面向民航的交通土木综合实验室管理工作的探索与实践

针对中国民航大学交通工程、土木工程的专业特点,在综合实验室的建制、人员、实验内容、创新机制、实验室开放共享等方面进行了改革与探索。

民航飞行航程中机组人员所受宇宙辐射有效剂量的估算

本文介绍了一种在大气层中民航飞行高度上宇宙辐射有效剂量率和飞行航程中机组人员所受有效剂量的计算方法。用此方法计算了10 km高空,87°E和116°E上,共计28个纬度的有效剂量率和6条飞行航线上宇宙辐射有效剂量,计算结果和美国联邦航空署的CARI-6算法的结果进行了对比,相对偏差在15%之内。此方法可用于航空公司对飞行人员的辐射防护管理。

大气层中民航飞行空域宇宙辐射有效剂量率估算方法研究

目的根据国家标准《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》(GB 18871-2002),为了保护民航飞行人员,应该对其飞行过程中受到的宇宙辐射剂量进行监测,为此本文提出一种计算大气层中宇宙辐射剂量率的方法。方法在大量实验和计算数据的基础上,推导出计算从海平面至25 km高度地球大气层中任意位置宇宙辐射剂量率的基本计算公式。宇宙辐射剂量率是海拔、地磁截止刚度和太阳活动日心压的函数。结果用该方法计算了10 km高度不同经度和纬度138个位置的宇宙辐射有效剂量率,并和美国联邦航空署的软件CARI-6的计算结果进行了对比,两组数据的差别在12.56%之内。结论该方法计算精度满足民航飞行宇宙辐射防护监测的要求。

北京新机场选址背景下的京津冀地区轨道交通网优化

从"空铁"联运的角度考虑,北京新机场的进场轨道交通优化组织依赖于两方面的运作机制:一方面是综合交通管理体制的理顺,尤其是铁路部门和民航部门决策层面之间的横向协调机制;另一方面是民航、铁路和公路等交通行业之间的技术层面协作机制(强化为决策层提供技术支撑的横向协作尤为重要)。如何针对北京新机场和高速铁路总站的规划建设,最终为决策层提供稳健而具有前瞻性的区域轨道交通规划方案,是当前京津冀地区区域综合交通体系优化过程中的重中之重。讨论了北京新机场进场轨道交通组织的原则,分析各种轨道交通方式引入机场的可能性及其运行特性;借鉴国外的经验,剖析在京津冀核心区并行设立机场和高速铁路总站的区域轨道交通优化组织思路;提出了京津冀地区城际轨道网络与区域机场体系全面对接的设想。

民航行李传送带车结构有限元动态分析

采用模态分析方法对机场行李传送车的动态性能进行评估,采用有限元法,利用Pro/E软件对行李传送车进行实体建模,并将模型导入ANSYS软件中,建立了详细的整车有限元模型,求解其前5阶振动模态。计算所得的数据为研究整车的振动规律提供了依据。

基于STIRPAT模型的天津滨海国际机场航空器碳排放峰值预测研究

机场航空器碳排放日益受到关注,早日实现碳达峰对行业绿色低碳发展,实现民航业减排目标具有重要意义。通过ICAO飞机起降循环模型核算天津滨海国际机场2000—2021年度航空器碳排放量,根据核算结果分析碳排放历史特征和变化趋势。利用改进KAYA恒等式构建机场航空器碳排放驱动因素模型,采用LMDI方法分析各影响因素的驱动效应。在碳排放核算基础上运用拓展STIRPAT环境影响评估模型和情景分析法预测碳达峰峰值和达峰时间,构建天津机场碳达峰路径。研究结果发现:地区经济水平对航空器碳排放起到明显促进作用,机场运行大型航空器比例上升促进了碳排放,能源强度发挥了一定的减排效果;情景分析中各情景峰值差异较大,情景2最先于2035年实现碳达峰,峰值为343048 t。逐步提高可持续航空燃油使用比例,持续提升机场航空器运行效率助力机场航空器早日碳达峰。

煤层钻孔水压致裂的裂缝扩展规律研究

煤层钻孔水压致裂是提高地面煤层气抽采效果的有效方法之一,借助于数值模拟方法对煤层钻孔水压致裂的裂缝扩展规律进行了分析.研究表明:当两个方向水平地应力值相等时,煤层钻孔围岩裂缝起裂角和扩展方向呈随机性,而当两个方向水平地应力值不相等时,则裂缝起裂角和扩展垂直于数值较大的水平地应力方向;钻孔围岩主裂缝的扩展长度随水平应力系数和注水压力的增大而增大;地面煤层气井的合理布置方式宜为菱形,且菱形对角线应平行于最大和最小水平地应力方向.

路基压实度剪切波测试新技术

对含砂低液限粘土、含砂低液限粉土与低液限粘土3种土样采用重型击实试验的方法进行了土的干密度与剪切波速的对比试验。大量试验结果表明,路基土干密度与剪切波速存在显著的相关性,各种土质的干密度与剪切波速的关系模型各不相同,但都可以利用4种典型回归模型来描述。论证了路基表层土压实度可以代表本层的压实度,提出了利用直达剪切波检测路基干密度的新方法。最后应用"振三压三"的压实方法对所得模型进行验证,将按照模型用剪切波速计算得到的数据与灌砂法所得数据进行了比较。现场试验表明:通过建立具体工程的干密度与剪切波速的关系模型,采用直达剪切波速检测技术,可以较好地实现路基压实度的无损检测。

煤岩拟三轴水力压裂实验研究

为了更深入地研究煤岩水压致裂机理,首先对MTS815.02电液伺服岩石力学实验系统进行改造;利用煤粉、水泥和石膏不同的配比制作相似材料,对型煤试件和原煤试件进行了拟三轴水压致裂实验,并与现场压裂数据进行了比较分析。结果表明:合理的材料配比为煤∶水泥∶石膏=1.5∶1∶1;裂缝总是沿地应力最大的方向扩展,且裂缝表面特征对缝内压裂液的流动具有重要影响;泵注流量越大,起裂压力也越大。

小波变换在确定桩裂缝、断桩及浅部缺陷中的应用

利用小波变换多分辨率分析的Mallat二进小波快速算法,引入Db5小波对桩身具有裂缝、断桩及浅部缺陷的基桩桩顶瞬态响应曲线进行多尺度小波变换。从小波变换结果的高尺度部分可以明显地发现缺陷反射波和桩底反射波,进而精确地确定缺陷位置,为补救措施的制定提供依据。

粗集料表面纹理粗糙度的分形测量和描述

为了分析粗集料表面纹理状况对沥青混合料性能的影响,采用激光轮廓仪对8种不同粗集料表面纹理曲线进行直接测量.运用分形理论中对随机过程的结构函数方法,分析了表面纹理曲线的分形特征.采用定量评定方法,以分形维数D和截距K为评价指标,对粗集料表面纹理粗糙度进行了研究.结果表明,粗集料表面纹理曲线均在一定范围内具有分形特性,粗集料表面纹理的粗糙程度不受粒径大小影响.

煤层钻孔孔壁瓦斯涌出的数值模拟

钻孔周围煤体中的瓦斯流动是一个复杂的非线性物理过程。应用Darcy定律、质量守恒定律建立了钻孔周围煤体中瓦斯不稳定径向流动的数学模型,利用FLAC3D中的有限差分方法对钻孔过程中孔壁瓦斯涌出进行模拟,得到此过程中瓦斯涌出速度、涌出总量与钻孔时间的关系,指出瓦斯涌出总量随着钻孔时间的增加呈3次多项式变化,而流速则呈倒抛物线形分布。研究结果表明,数值模拟能反映煤层瓦斯流动的基本规律,可为实际生产提供参考。

Tb掺杂对纳米TiO_2光催化活性的影响

以溶胶-凝胶法制备了纳米TiO2和掺杂Tb的TiO2(Tb-TiO2),用X射线衍射、示差扫描量热、热重分析、红外光谱和荧光光谱等技术对纳米TiO2和Tb-TiO2的结构进行了表征;考察了以纳米TiO2及Tb-TiO2为催化剂光催化氧化环己烷合成环己酮和环己醇的情况。表征结果表明,掺杂Tb后明显抑制了TiO2中锐钛矿相向金红石相的转变,提高了TiO2催化剂的热稳定性,晶格发生了膨胀现象,晶格膨胀可有效降低光生载流子的复合几率,减小晶粒尺寸,提高光催化活性;光催化氧化环己烷的实验结果表明,与TiO2催化剂相比,Tb-TiO2催化剂的环己烷转化率和环己酮、环己醇的选择性大幅度提高,表明Tb-TiO2催化剂的光催化活性和光催化效率提高。

pH对红土性质的影响

为研究pH对红土性质的影响,通过人为地将红土的pH调节为4.5、5.5、6.5、7.5,对恒温30℃养护50d之后的试样进行物理、化学和力学测试.试验发现游离氧化铁作为红土中主要的胶结物质,其含量和存在形式的变化对红土本身的工程地质性质有很大影响.游离氧化铁活性较高,易受环境的影响而活化或老化.在控制温度一定的前提下,随pH的升高,游离氧化铁含量减少,土颗粒团聚度降低,在较小围压下,土的力学性质也相对越低.最后,结合试验结果对pH的改变导致红土性质变化的机理进行了进一步的分析和阐述.

土石混填路基压实质量无损检测技术

系统地分析了现阶段公路和水利工程建设中经常遇到的土石混合料路基的压实问题、力学特性等。通过理论分析，提出了应用剪切波速评价土石混填路基孔隙率的新方法，并开展了孔隙率～单位比能相关试验，研究了不同含石量孔隙率不再变化时的单位比能，提出以孔隙率为压实质量指标的控制标准，为应用剪切波速检测土石路基压实质量提供了理论依据。

基于DDA的强度折减法求土坡安全系数

介绍了非连续变形分析(DDA)方法和强度折减法的基本理论,提出了基于DDA的强度折减法求土坡安全系数的方法。分析了在计算连续介质时块体的划分方法,提出应预先根据费伦纽斯经验方法假定土坡潜在滑动面的位置和形状,依据强度折减法,分别求出各条滑动面在失稳破坏时的折减系数,即为此条滑动面的安全系数。然后绘曲线找出最小值,即为土坡的稳定安全系数。提出了DDA法判定土坡失稳破坏的标准,通过算例证明了此法在计算土坡稳定安全系数时的可行性,所得到的安全系数较其他几种方法偏小。

含水量对土石混合介质剪切波传播速度的影响分析

采用室内重型击实试验的方法,分别对低液限粘土、粉质粘土、砂土的纯土试件和土石混合试件进行了不同含水量、不同含石量情况下的剪切波速对比试验。研究了纯土试件在密度一定的条件下试件剪切波速随含水率的变化规律,同时分析了纯土试件含水量对剪切波速影响的机理。大量试验结果表明,土体的含水量与土石混合介质的剪切波速存在显著的相关性,即剪切波速随含水量的增加而减少,同时在土石混合料中这种相关性随着含石量的增大而逐步减弱。研究结果将为土石混合料压实质量剪切波速测试分析技术提供理论依据。

水文地质参数自动监测处理系统的研制与应用

为提高现场水文试验的工作效率,研制水文地质参数自动监测处理系统,采用冲击试验代替传统水文地质试验,大幅缩短水文试验周期,显著降低现场技术人员的工作强度并减小试验费用,且开发后处理系统,能同时处理稳定流试验和非稳定流试验、冲击试验数据,可快速生成水文试验报告。通过现场的对比应用,证明系统完全能满足工程需要,为今后的水文试验提供一种很好的选择。

巷道瓦斯爆炸传播规律的试验研究

为了得到巷道瓦斯爆炸时的传播规律,利用大型试验巷道对不同质量、浓度的瓦斯-空气混合物的爆炸过程及传播规律进行了试验研究,分析了瓦斯爆炸时最大爆炸压力的时空变化特征、瓦斯爆炸火焰速度变化特征、火焰波及范围变化特征等规律,得出：1）最大爆炸压力的峰值较大,且随着瓦斯量的增加,出现最大压力峰值的位置距爆源点更近;2）最大爆炸压力呈现时间随与爆源的距离增大单调增加;3）随着瓦斯量增大,火焰传播速度绝对值明显增大,火焰传播速度最大点距爆源距离减小;4）火焰区长度可达原始瓦斯积聚区长度的3～6倍,但火焰传播距离并不与瓦斯量的增加成正比.研究所得结论可为矿井瓦斯事故的预防和治理提供参考.

长春地区季节冻土水热迁移的分析与模拟

为了揭示季节性冻土中地下水的运移规律,在长春进行了为期5个月的现场冻深、含水量、地温观测,同时进行了室内试验研究,并建立模型分析水的运移规律。结果表明:导热系数随着温度的降低略有增大,但增率很小,当温度变化1℃,导热系数的变化在1%左右,所以计算中可忽略温度变化对导热系数的影响,并且需要加入一个过渡函数来防止数值模拟过程中的不收敛问题。改进后的数值模拟方法可以正确揭示冻土中水分迁移的规律,并进一步指导工程实践。