齐大山铁矿东帮边坡空间形态优化

针对齐大山铁矿东帮边坡空间形态优化问题,在分析边坡工程地质条件的基础上,将极限平衡法与数值模拟法相结合,评价原设计到界边坡稳定性,优化设计到界边坡的形态参数,探讨追踪距离对边坡三维稳定性的影响规律。研究结果表明:采用逐水平优化方法设计的到界边坡角为46°,每阶段的边坡二维稳定性系数均满足安全储备系数要求;边坡的三维稳定性系数与追踪距离呈负相关指数函数关系,当追踪距离为50 m时,齐大山铁矿东帮到界边坡角可设计为48°,整体边坡角提高了2°,经济效益显著。

露天矿顺倾软岩边坡内排追踪压帮治理工程——以贺斯格乌拉南露天煤矿首采区南帮为例

软岩露天煤矿实现安全高效开采的重点是边坡稳定。为解决露天矿顺倾软岩边坡稳定性治理难题,在分析边坡稳定性主控因素的基础上,提出了露天矿顺倾软岩边坡内排追踪压帮治理工程。以贺斯格乌拉南露天煤矿首采区南帮为工程背景,兼顾采场与内排土场边坡稳定性,采用极限平衡法和数值模拟相结合的手段,设计了采场边坡的空间形态,提出了采场与内排土场边坡协同治理方案,可最大限度地安全回收边坡压覆煤炭资源。研究结果表明:弱层暴露长度是露天矿顺倾软岩边坡稳定性的主控因素,控制采场与内排土场间的追踪距离是改善边坡稳定性的有效途径;随着追踪距离的增加,边坡破坏模式从以圆弧为侧界面、弱层为底界面的切层-顺层-剪出滑动逐渐过渡为以圆弧为侧界面、弱层为底界面的切层-顺层滑动,边坡稳定性逐渐下降;内排土场及其与采场构成的复合边坡稳定性随破坏底板弱层回填岩石范围的增大呈指数函数规律提高;贺斯格乌拉南露天煤矿首采区南帮浅部边坡留设40 m运输平盘、15 m保安平盘,底帮深部边坡角29°,追踪距离控制在50 m之内时可满足安全要求;内排土场基底弱层完全破坏并回填岩石倾向长度60 m时可满足安全要求。研究成果为软岩露天煤矿边坡稳定性治理提供了新思路。

齿轨铁路桥上板式无砟轨道纵向力学特性研究

为研究齿轨铁路桥上铺设CRTSⅢ型板式无砟轨道的纵向力学特性,基于有限元理论和混凝土塑性损伤理论,建立齿轨-无砟轨道-桥梁精细化分析模型,分析不同坡度下轨道结构应力变化和变形规律。研究结果表明:上坡侧的轨道板端位置为荷载最不利位置。可在小于150‰坡度的齿轨铁路上直接应用CRTSⅢ型板式无砟轨道,坡度大于150‰时轨道板产生局部损伤;整体温度变化量为15~25℃时轨道板损伤较大。轨道纵向位移增长率随坡度增加逐渐减小,底座板位移增长率最大,150‰坡度时轨道最大位移为1.6 mm左右;底座板凹槽最大压缩量为0.52 mm,为增强凹槽限位能力,可调整凹槽上、下坡侧的垫层刚度。轨道与桥面层间约束不足,为相对不稳定层面,应采取增大桥面板凿毛程度、调整预埋钢筋规格等纵向稳定措施。

基于模型履带板的斜坡最大剪应力计算模型构建与验证

在山地斜坡路面工况下,履带拖拉机行走系对土壤施加的最大剪应力是拖拉机高效行驶的动力基础,由于经典的库伦公式未考虑履带剪切速率、斜坡角度、土壤含水率等实际因素的影响,不能直接应用于履带拖拉机在斜坡路面工况下的行驶力学计算。针对该问题,在不同土壤含水率条件下进行了直剪试验,得到土壤抗剪强度参数随含水率变化的数学模型。采用二次旋转正交组合试验,探究了履带板在不同剪切速率及斜坡角度下对土壤最大剪应力的影响规律,并对经典库伦公式进行修正。验证试验表明,在不同土壤含水率、剪切速率和斜坡角度条件下,最大剪应力试验值与理论值之间的相对误差均<5%,表明修正后的库伦公式可准确反映各因素对最大剪应力的影响,可为履带拖拉机在斜坡路面工况下的行驶力学计算、性能分析提供理论依据。

轨底坡对轮轨接触行为及动力响应的影响的分析

轨底坡的大小直接影响轮轨接触点的位置和轮轨力的作用方向及大小,适当地调整内外轨的轨底坡可改善轮轨之间的接触状况,使轮轨接触点发生变化而有利于轮对通过曲线。基于Simpack仿真软件,建立车辆系统动力学模型,设计不同曲线通过条件,分析了内外轨轨底坡相同和不同的情况下对轮轨接触行为及动力响应的影响。

基于M-DBT框架的岩质边坡落石跟踪算法研究

边坡落石是一种常见的自然灾害,构建高效准确的落石监测方法对边坡安全监控十分重要。传统基于视频图像的落石监测方法缺乏对落石运动的关注。针对该问题,选取YOLOv5s和DeepSort模型,基于DBT框架,从框架、算法两个层面对模型进行改进,提出了基于M-DBT框架的落石跟踪算法。框架层面,基于Background Matting算法搭建了运动检测器,并融入原有的DBT框架中,依据运动检测结果动态调用落石跟踪算法,提出了M-DBT目标跟踪算法框架,提高了设备算力的使用效率。算法层面,基于CBAM注意力机制、ASPP空间金字塔池化、SIoU损失函数和Swin Transformer网络集成优化了YOLOv5s和DeepSort算法,提高了算法对落石特征的提取能力、预测框的准确率及检测目标ID分配精度。使用自建目标检测和图像分类数据集进行模型训练与试验,试验结果表明:基于M-DBT框架的落石跟踪算法与基于DBT框架的算法相比,能有效减少算力资源消耗(最高可减少21.5%);改进后的YOLOv5s模型检测精度提高了8.4%,岩块检测准确率最高达87%;改进后DeepSort模型的跟踪精度提升了8.9%,跟踪准确率最高达84%。所提落石跟踪算法能够实现边坡落石的检测与跟踪,具有较强的实用价值。

基于弯沉斜率的CRTS-Ⅱ板CA砂浆层脱空长度评估方法

列车运动条件下CA砂浆层脱空病害的定量检测缺乏有效的评估指标,而基于轨道/车辆响应特征和轨道线形变化的检测方法以定性判断为主。为解决上述问题,采用弯沉斜率作为脱空长度病害的评估指标,开展多种条件下脱空长度的定量评估研究。首先,基于欧拉伯努利梁理论和Winkler模型,推导出轨道板弯沉斜率与变形速度之间的关系。建立车辆-轨道有限元动力学模型,设置多种不同的脱空长度。其次,研究列车以不同速度通过病害区域时,轨道板表面特定区域变形速度的分布情况,统计该过程中轨道板最大变形速度出现的位置与轮对中心的间距。再次,基于线性递减粒子群优化算法,求解最优的变形速度测量位置。最后,分析弯沉斜率的变化规律及其与脱空长度的关联。研究结果表明:弯沉斜率与脱空长度呈正相关,因此弯沉斜率不仅可以用于砂浆层脱空的识别,还可以用于脱空长度的定量评估;在不同的脱空工况下,变形速度的最优测量位置位于列车轮对中心前方2.4 m处,该位置对应的变形速度能更有效地反映出脱空产生的影响;在不同的速度条件下,弯沉斜率的平均绝对百分比误差的平均值为13.7%,对应位置变形速度的平均绝对百分比误差的平均值为112.93%;揭示了不同脱空工况条件下弯沉斜率的变化规律,给出了7种脱空条件下弯沉斜率变化的参考范围。

桥墩沉降下齿轨-超大坡度桥梁系统适应性及安全性研究

我国规划了多条含有超大坡度桥梁的齿轨铁路线路,随着服役时间增长,桥墩沉降问题难以避免,易造成齿轨结构局部应力过大,严重时还会导致连接螺栓断裂,威胁齿轨系统的安全性和稳定性。针对该问题,详细考虑齿轮-齿轨非线性啮合行为、轮轨非线性接触行为以及桥墩沉降等复杂因素,建立桥墩沉降下齿轨车辆-齿轨(轨道)-超大坡度桥梁系统耦合动力学模型,研究列车通过时桥墩沉降对齿轨垂/纵向变形、应力、加速度以及连接螺栓应力的影响,最终提出山区大坡度齿轨铁路桥墩沉降安全控制值。研究表明:在齿轮齿轨啮合作用和轮轨作用等多荷载综合作用下,桥墩沉降极有可能导致齿轨连接螺栓发生断裂;当桥墩沉降量达到6.76 mm时,连接螺栓剪切应力达到其许用剪切强度235 MPa,可能发生断裂,严重威胁结构稳定性和行车安全;齿轨结构应力远小于齿轨抗拉强度;齿轨最大变形量可达桥墩沉降量的140%;齿轨振动主频位于70~80 Hz;桥墩沉降对连接螺栓应力和齿轨变形的影响较为显著,而对齿轨振动、应力的影响较小。

高速铁路线路轨面坡度及竖曲线半径动态测量方法及应用研究

为揭示高速铁路线路纵断面参数变化,以及和轨道不平顺、路基大桥沉降关系,针对国内尚无轨道纵断面参数动态检测装备,提出基于惯组的轨面坡度及竖曲线半径动态测量方法。首先,建立转向架构架及惯性坐标系,并以重力加速度、水平加速度极小相关性为基准对齐两坐标系;其次,基于转向架构架纵向加速度解算轨面坡度,并补偿列车俯仰运动及与轨道平面纵向倾角误差;然后,以坡度测量值为基础解算竖曲线半径;最后,以高速综合检测列车为平台,在国内某新建高速铁路实车试验。结果表明:坡度和竖曲线曲率重复性偏差绝对均值分别为0.07‰、0.71×10^(-3)rad/km,极差分别为0.22‰、0.005 rad/km。

波浪作用下高速列车-轨道-桥梁系统耦合振动研究

为研究波浪作用对高速铁路跨海桥梁车-轨-桥系统耦合振动的影响,基于线性波浪理论和Morison方程模拟波浪荷载,采用分布力模式输入既有车-轨-桥系统耦合振动分析程序,提出波浪作用下的车-轨-桥系统耦合振动分析方法。以某高速铁路跨海斜拉桥为背景,研究波坡面效应、波浪重现期、车速对车-轨-桥系统动力响应的影响,并评估不同重现期波浪作用下过桥列车的走行性。结果表明:波坡面效应会使作用于不同单桩的波浪荷载初始相位不同,从而导致作用于群桩基础的波浪荷载合力不同;随着波浪重现期的增大,车-轨-桥系统的横向动力响应均增大,而竖向动力响应几乎不变;考虑波浪作用后,列车的行车安全性指标均随车速的增大而增大,波浪荷载会显著降低桥上列车的乘坐舒适性并增加桥上列车的脱轨风险。常遇波浪(10年重现期)和极端波浪(100年重现期)作用下列车的安全车速阈值分别为325 km/h和275 km/h。

适用于长大坡道的大功率轨道作业车研制及运用

为保证大功率轨道作业车在长大坡道安全运用,提出大功率轨道作业车设计方案:牵引传动系统、牵引控制系统、制动系统均采用冗余备份,作业装置设有机械锁闭机构且其锁定状态与大功率轨道作业车行走联控。大功率轨道作业车的线路运行性能专项试验和现场运用实践表明:大功率轨道作业车牵引和制动性能满足日常作业和高原作业时的安全要求,解决长大坡道基础设施检修作业和安全运用的难题,但在长大坡道连续调速运行时不适合采用空气制动。

Geotechnical methods of reinforcement of slopes near railroads

In order to generate well-based design decisions on reinforcement of landslide slopes and road embankment slopes, a system of combined geotechnical analysis of geological conditions is suggested which includes topographic and geo- physical survey, and laboratory studies of soils using infra-red spectroscopy methods. Calculations of slopes＇ deflected modes are carried out with taking into account elastic and elasto-plastic behavior of soil, and the presence of supporting man-made constructions. Results of the application of the system suggested may be used as criteria for the classification of landslide slopes along permanent ways according to the degree of danger when used for transportation.

含斜坡扰动的轮式拖拉机路径跟踪控制方法

针对部分地区横向斜坡农田地形导致路径跟踪控制算法精度下降的问题,提出了一种包含路面坡度扰动的动力学模型与跟踪误差模型结合的轮式拖拉机行驶动态过程的控制模型,并基于此模型通过线性模型预测控制方法得到控制律,由于预测模型包含了坡度的影响,使得反馈校正能够提前补偿,有效改善了农机在坡地上的路径跟踪性能。考虑到农机在不同行驶阶段对于误差和稳定程度需求的不同,提出了自适应的模型预测方法,令Q、R值随动变化以应对不同的需求(随动变化指的是两者相对大小的变化而非绝对数值)。进行了预测区间与控制区间选择的试验,而后基于简单运动学模型的模型预测控制进行了有无自适应Q、R的对比试验,最后分别在固定斜坡角的横向斜坡路面上和在斜坡角连续变化的横向斜坡路面上进行了本文方法与基于简单运动学的模型预测控制方法对比试验。试验结果表明:自适应能显著提升控制效果;本文方法在横向斜坡路面上的路径跟踪表现明显优于基于简单运动学模型的方法,此外稳态时的稳定程度也有较大的提升。

露天煤矿顺倾软岩边坡形态“三段式”优化研究

针对露天煤矿顺倾软岩边坡空间形态问题,从控制边坡稳定性角度出发,在分析地层岩性差异以及弱层层位的基础上,结合采场深部横采内排追踪压帮的三维效应,突破传统等分平盘线性边坡设计方法,将边坡划分为3段,提出了顺倾软岩边坡形态“三段式”优化设计方法;以扎哈淖尔露天煤矿煤岩破碎站区段南帮边坡为工程背景,基于极限平衡理论与数值模拟相结合的方法,分析了南帮边坡二维、三维稳定性,对顺倾软岩边坡空间形态参数进行了优化,并分析了边坡形态“三段式”优化带来的经济效益。研究表明:扎哈淖尔露天煤矿煤岩破碎站区段南帮横采内排追踪距离需控制在50 m内,深部断面形态以运输平盘30 m、保安平盘5 m组合形式进行设计;采用“三段式”边坡设计比等分平盘线性边坡设计及仅考虑断面形态效应的逐阶段边坡设计在断面上沿走向每单位长度分别可多出煤9271.82 t和7623.89 t,剥采比为0.48 m3/t和0.89 m3/t,有利于实现煤炭资源的安全高效回收。

基于图像处理与数值仿真辅助的电弧增材成形研究

为解决Fronius CMT TPS3200焊接电源提供的焊接模式(CMT或CMT+Pulse)与增材策略(单向或往复路径)的选择问题,在相同线能量密度条件下,基于不同模式的单道单层优质焊道成形,探索了单道多层的层宽、层高变化规律,并结合图像处理与数值仿真评价单道10层的增材试验。研究发现,针对焊道成形,CMT+Pulse模式与CMT模式分别从第4层和第3层开始趋于稳定。为优选扫描策略,通过顶层焊道成形和数值仿真结果对比,确定了往复路径优于单向路径。在往复路径下,CMT模式的焊道成形均优于CMT+Pulse模式。研究结果表明,CMT模式率先达到散热稳定条件,结合优选往复路径,在焊道成形方面具有优势,为后续电弧增材奠定了基础。

履带式甘蔗收割机坡道行驶稳定性分析与仿真

我国甘蔗种植区域主要在缓坡和丘陵地,为更好地开展履带式甘蔗收割机丘陵山地作业,需对履带式收割机的坡道行驶稳定性进行分析。以两履带与四履带式甘蔗收割机为研究对象,以极限倾翻角为评价指标,对两机纵、横坡倾翻稳定性进行理论分析。利用RecurDyn仿真软件对两机坡道行驶稳定性进行仿真。仿真结果显示:两履带式(输送臂水平旋转0°、+90°)、四履带式的纵上坡极限倾翻角仿真值分别为24.0°、31.0°、35.0°。两履带式(输送臂水平旋转0°、+90°)、四履带式的纵下坡极限倾翻角仿真值分别为36.0°、32.0°、27.0°。两履带式输送臂水平旋转+90°时纵上坡行驶稳定性比水平旋转0°时好,四履带式纵上坡行驶稳定性比两履带式好,纵下坡行驶稳定性则相反。两履带式(输送臂水平旋转-90°、0°、+90°)、四履带式的横坡极限倾翻角仿真值分别为21.0°、18.0°、12.0°、16.0°。两履带式输送臂水平旋转角度与横坡倾斜角度相反,行驶稳定性越好。四履带式横坡行驶稳定性比两履带式输送臂为+90°时好,比两履带输送臂为-90°、0°时差。研究结果表明:四履带式坡道行驶稳定性比两履带式好,更适应在丘陵山地行驶。仿真模拟两款甘蔗收割机坡道行驶试验,分析两机坡道行驶稳定性,为甘蔗收割机底盘设计提供参考。

米轨钢枕轨道不同坡度的道床阻力分析

为分析不同轨道坡度对道床纵横向阻力的影响,开展米轨铁路有砟轨道钢枕平坡和250‰坡度道床纵横向阻力室内试验,并建立离散元模型,通过室内试验验证了离散元模型的正确性,进一步建立了多种坡度的米轨钢枕有砟道床离散元模型。研究结果表明:平坡与250‰坡度米轨钢枕道床纵向阻力实测均值分别为11.33,10.31 kN/枕,道床横向阻力均值分别为7.44, 7.11 kN/枕,纵向阻力衰减了9%,横向阻力衰减了4.44%;米轨钢枕的道床纵横向阻力均随坡度增大而减小,坡度在0~700‰变化时,道床纵向阻力与横向阻力之间存在线性关系,斜率约为1.7,纵向阻力变化程度大于横向阻力;道床纵横向阻力均随坡度呈余弦趋势衰减,但并非单一的按照坡度的余弦值改变,在坡度小于200‰时,道床阻力可近似按坡度余弦折算考虑,坡度大于200‰时,可根据拟合余弦公式预测道床阻力。

磁浮轨道梁姿态高灵敏监测技术及其应用

针对动/静态运行下的磁浮列车与轨道梁相互作用所产生的振动变形进行了研究;在没有惯性导航系统的情况下,提出了使用全球导航卫星系统(GNSS)接收机同步多天线组载波相位纠缠差的概念;利用全球导航卫星系统(GNSS)技术的理论与方法融入对磁浮轨道梁三维空间高精度实时监测与定位;在静态和动态实验中实现了高灵敏且误差累积小的偏航、俯仰角和滚转角姿态的时-空同步监测;从得到的数据中获得桥面多自由度矢量振动形变的规律;同时,对轨道进行多阶模态的建模,探索在时间同步,通信协同策略下的“车-桥”耦合动力学的问题,在“人工智能+交通”的交叉创新领域上形成相关的解决方案和技术体系;推进桥面发生边坡蠕滑等自然灾害的预警与精准治理,经过实际应用满足磁浮列车的安全与平稳性运行需求。

复杂境界露天煤矿内排土场形态优化方法研究

分析了复杂境界露天煤矿对于内排土场追踪距离的影响,对“缓帮”和“降段”2种内排土场形态优化方法进行研究。建立了内排土场排弃形态模型,用剖面中的质心代替三维空间的质心,将采场所开采的物料运输到排土场的过程等效为相应的质心运动的过程,最后得出在复杂境界露天煤矿内排土场动态优化过程中,当采场工作线长度小于排土场工作线长度时,优先采用降低内排土场标高的方式对其进行优化。以宝日希勒露天煤矿为研究对象进行内排土场形态优化,优化后的内排土场质心向采场方向移动65 m,同时向下移动8.6 m,可节省运输功306288775 km·m3,预计未来3 a可节约运输成本6.31亿元,优化效果显著。

浅埋高速公路三洞隧道下穿铁路路基技术

在G0711乌鲁木齐至尉犁段高速公路建设项目中,天山胜利隧道下穿南疆线鱼儿沟至焉耆段铁路,该隧道采用双主洞+中导洞的三洞设计方案。隧道埋深浅,施工时对铁路路基和轨道影响较大。通过树根桩、支撑梁、长管棚等结构进行承载,利用注浆小导管和沟底进行铺砌防护,保护铁路路基边坡稳定。将隧道仰拱底部进行注浆加固,减少沉降。该隧道采用非爆破施工工艺,严格控制隧道仰拱和二次衬砌与掌子面的间距。在隧道开挖及支护过程中进行监控量测,根据结果及时调整施工方案,以保护铁路设备设施安全,降低施工风险,确保施工顺利完成。