雨天高速公路综合车速研究

针对雨天高速公路行车,采用基于层次分析的辖合指教法对导致雨天行车的风险因素进行有效识别,提出不同能见度条件下的高速公路限速值,及不同降雨强度下的安全行车车速.     

车辙变形对多孔沥青路面排水性能的影响

为了明确多孔沥青路面发生车辙时,多孔沥青上面层的空隙率改变对其排水性能的影响。采用中国高速公路多孔沥青路面典型的层状体结构形式,首先根据车辙变形空间,提出空隙率变化率评价指标,并通过室内试验对多孔沥青路面的车辙变形与空隙率的关系进行观测;通过对实际路面的检测和有限元模拟,分析不同沥青层位对总体车辙深度的影响;最后,利用路表径流模型,分析车辙位置产生径流的条件。研究结果表明:空隙率衰减的比例与车辙变形量占原路面厚度的比例基本相当,车辙变形空间来自于空隙压缩及石料、砂浆流动;多孔沥青路面在长期使用过程中的车辙变形主要由上、中面层共同变形引起,多孔沥青上面层在经过早期压密阶段后,车辙变形稳定,总变形量较小;多孔沥青路面的竖向和横向渗透系数与空隙率成明显的线性关系,当空隙率低于15%时,渗透系数接近于0;车辙深度增加时,车辙位置能够承受的极限降雨强度逐渐降低,车道数增多,也会使最外侧车道右轮迹带位置的极限降雨强度承受能力降低;但是,即使多孔沥青路面产生10 mm以上车辙时,仍能满足承受大雨强度标准。该研究明确了车辙对多孔沥青路面排水性能的影响规律,并为多孔沥青路面车辙养护标准的确立提供了研究基础。     

水泥混凝土路面的路基温度场测试及数值模拟

路基中温度的分布和变化规律是研究季节性冰冻地区水泥混凝土路面稳定性的基础。基于黑龙江省鸡讷(鸡西—讷河)公路试验路段的路基温度场测试资料,分析温度场的变化规律;建立水泥混凝土路面结构的路基温度场模型,分别在第一类边界条件(附面层理论)和第二、第三类边界条件下对路基温度场进行数值模拟。研究结果表明:路基内部温度变化滞后于大气温度;第二、第三类边界条件作用下的路基温度场数值模拟结果比第一类边界条件更接近温度实测值;沿深度方向,越靠近路基表面,第一类边界条件下的计算值与现场实测值的差异越大,越往下差异越小;而第二、第三类边界条件下的计算值与实测值的差异沿深度方向变化较小,可应用于路基温度场的数值模拟。     

基于雨滴谱函数的降雨动能理论计算模型

降雨动能是刻画降雨侵蚀能力的一个重要指标，广泛地应用于土壤侵蚀模型研究. 基于大量试验观测资料所给出的降雨动能与降雨强度的经验关系，受观测手段和条件的限制，难以普适推广使用. 文中结合试验资料分析，研究和建立了基于雨滴谱函数和雨滴终点速度的降雨动能理论计算模型，并给出了体积比动能和时间比动能的理论计算方法. 结果表明：在降雨强度近似不变的条件下，降雨动能与降雨强度间更符合幂函数关系；通过改变雨滴形状参数，可以计算不同类型的降雨动能. 通过与其他研究者根据实测资料所得的经验公式的对比分析表明，对于不同地点和不同类型的降雨动能，本计算模型都可以给出十分接近的理论估算，并且地形和风对降雨动能的影响也可以被有效地考虑.     

基于多孔介质模型的刷式密封泄漏流动特性研究

采用数值求解基于多孔介质模型的Reynolds-averaged Navier-Stokes方程技术，对刷式密封内泄漏流动特性进行了详细的数值研究．根据刷式密封的泄漏量试验数据，确定了刷丝束多孔介质的渗透率系数．利用所确定的渗透率系数，数值计算和分析了7种压比和5种径向间隙条件下的某轴端刷式密封的泄漏量和泄漏流动形态，并且与迷宫式密封进行了比较．结果表明：在相同的压比下，刷式密封的泄漏量小于迷宫式密封；压比影响刷式密封的泄漏量，但对泄漏流动形态的影响可以忽略；径向间隙不仅影响刷式密封的泄漏量，而且影响泄漏流动形态；在相同的径向间隙下，压比越大则泄漏量越大；在相同的压比条件下，径向间隙越小则泄漏量越小．研究工作可对刷式密封在汽轮机中的应用提供理论依据和技术参考．     

强降雨致洪因素下渗流对高速公路路基稳定性的影响

近年来由于全球变暖的影响,极端降雨事件频发.洪水灾害多由暴雨引起,极端降雨一旦诱发洪水,会增大灾害的破坏力,严重威胁高速公路路基稳定性.采用有限元分析的方法,分析不同降雨强度、强降雨致洪作用下路基模型的渗流场、位移分布规律和安全系数的变化规律,探究降雨入渗、洪水渗流作用对高速公路路基边坡稳定性的影响.得出结论：(1)高速公路路基安全系数随降雨时长和强度的增加而降低,降雨强度越大,延长降雨时间对路基边坡安全系数的影响越大,路基的安全性能折损越严重,失稳风险越大.(2)高速公路路基的安全系数随着强降雨诱发的洪水高度的增加而降低,洪水水位越高,行洪时间的延长对路基边坡安全系数的影响越大,路基的安全系数折损越严重,失稳风险增加.(3)对比洪水对自然状态下的路基进行渗流,强降雨致洪条件下路基更容易失稳.与洪水直接对自然状态下公路路基渗流相比,若洪水作用前路基经历72 h强降雨（20 mm/h）作用,4、6、8 m高洪水分别导致安全系数降低15.368%、21.438%、13.928%.     

非均布动荷载作用下车速对粘弹性沥青路面寿命的影响

在不考虑超载情况下,为探求重载货车行车速度对沥青路面使用寿命的影响,采用层状体系理论,建立ANSYS 3-D有限元粘弹性路面结构模型;针对不同车速及非均布动荷载作用下路表面弯沉值的变化进行了计算和分析,并利用轴载换算方法对仿真结果在不同车速下的寿命比进行了比较.结果表明,当重载车速在10～32 km/h之间时,路面的动态弯沉值显著大于静态弯沉值;当车速在17 km/h时,动态弯沉比静态弯沉大22.4%,此时沥青路面的实际使用寿命比设计寿命缩短将近61.5%.在合宁高速公路上开展的交通调查结果显示,高速公路入口2 km内、收费站前1 km内、车辆爬坡路段及交通繁忙的大桥上,大多数重车的车速都处于不利行车速度,对路面实际使用寿命的影响非常显著.     

旋风分离器三维强旋湍流流动的数值模拟

为优化旋风分离器设计,将改进了Reynolds应力方程压力应变项的产生项和对流项的各向同性化模型与壁面效应模型结合,加入到FLUENT6.0软件平台上,对蜗壳式旋风分离器内三维强旋湍流流动进行了数值模拟.结果表明 在分离空间和灰斗内,预报值与实测值吻合较好,表明数值模拟的合理性;在环形空间内预报值也与实测值接近,流动有明显的非轴对称性;在排气管内预报值与实测值一致性较差,表明湍流模型尚有待改进.     

考虑驾驶人视觉搜索能力的雨天公路限速设计

为解决雨天行车时，由于车速过高导致驾驶人无法准确识别公路路侧信息的问题，本研究首先基于注意分配理论选取车速、驾驶人视野图片清晰度、视线角度和注视分布比例作为雨天行车驾驶人的注意分配指标，结合Fisher判别理论建立雨天视觉搜索能力量化模型。其次利用UC-win/Road模拟驾驶软件搭建试验平台，以降雨强度和车速作为影响因素，研究二者协同作用下的驾驶人注意分配指标的变化规律，构建降雨强度-车速与视觉搜索能力的关系模型，并提出降雨强度与限速的匹配方案。结果表明，车速和降雨强度的增加都会导致驾驶人难以观察道路远方的交通信息，驾驶人为降低行车风险，会改变视觉搜索策略，转而增加对道路前方的关注程度，进而降低了对观测目标的视觉搜索效率。因此，当车速和降雨强度匹配不当时，驾驶人需要花费更多努力将注意转移至观测目标所在的兴趣区域，导致无法及时发现路侧交通信息。此外，视觉量化模型的整体判别准确率为85.94%，可以较好地评价雨天环境下驾驶人视觉搜索能力。最后分别对传统基于停车视距的限速方案和基于驾驶人视觉搜索能力的限速方案进行了对比，结果表明基于停车视距的限速模型计算的限速值较高。为避免由于车速过高导致...     

非饱和土边坡饱和区降雨强度-时间临界曲线

为研究降雨入渗边坡产生饱和区的临界条件,使用基于MVG模型的土体饱和度表征降雨强度的计算方程.当土表面饱和度首次达到0.9以上时,饱和度持续稳定在0.9±0.005为饱和区出现的临界判据,数值计算得出土柱和边坡的饱和区临界降雨强度与降雨时间.通过数据拟合构建了饱和区降雨强度-时间临界曲线模型,分析了不同坡度、有效降雨强度对临界曲线的影响.结果表明:饱和度表征降雨强度的计算方法可使土体表面饱和度达到预定值,平均精度为-0.008;有效降雨强度较大时,坡度为50°~60°的边坡,坡度越大产生饱和区的耗时越短,反之耗时越长;坡度30°~40°为易发浅层滑坡的“危险坡度”.     

平纵组合线形几何特征对车速变化的影响

利用同济大学高仿真驾驶模拟器,采集山区高速公路连续车速数据,将车速变化划分为减速、稳定车速及提速3个区间.通过多项Logistic回归模型建立组合线形及相邻路段几何特征与车速变化的定量关系.结果表明:组合线形中,坡长越长,平均坡度越大,越不易维持稳定车速;下坡时,提速通过平纵组合线形路段的可能性大;向左转弯,维持稳定车速的可能性大;上游和平纵组合线形的坡度差越大,越不易维持稳定车速;下游路段的曲率越大,减速通过平纵组合线形路段的可能性越大.     

基于神经网络的公路边坡冲刷量模拟计算

神经网络模拟采用三层前馈网络模型，输入层有3个结点，分别代表30min降雨强度、降雨历时和降雨量，表示冲刷外因。输出层只有一个结点，代表坡面冲刷量；隐层结点数采用7个，即土压实度、坡度坡长、径流流速、径流流量、土颗粒粘聚力、植被指数和人为干扰等，为影响冲刷量的主要因素。为了验证模型，在连徐高速公路路堤边坡用SR型人工降雨设施进行冲刷试验，得到冲刷量实测资料，将通过模型计算的冲刷量值与之比较，显示了模型具有较好的模拟预测效果。     

路桥过渡段沥青路面平整度的评价方法

为合理评价路桥过渡段沥青路面的平整度,采用最大瞬态振动值(MTVV)作为平整度的振动舒适性评价指标,采用Carsim建立整车车辆模型和路桥过渡段路面模型,进行人-车-路相互作用的仿真,分析桥头台阶高度、搭板长度、搭板纵坡变化值和车速对MTVV值的影响;基于数值模拟结果,结合通过现场试验所进行的桥头舒适性调查问卷统计结果,探究MTVV分级标准和路桥过渡段平整度评价方法.根据以上研究,提出了MTVV分级标准;对设有搭板的桥头和不设搭板的桥头,分别提出容许纵坡变化值和容许台阶高度值;针对路桥过渡段平整度提出两种评价方法.     

不同天气状况下吊罗山热带雨林空气正负离子含量比较

对不同天气状况下吊罗山热带雨林空气正负离子含量进行监测,采用单因素方差分析和配对样本t检验,比较空气正离子与负离子的含量及其变化.结果表明,空气正离子含量因天气状况不同有一定程度的变化,但变化幅度较小;而负离子含量变化非常剧烈,远大于正离子含量的变化幅度.在同一天气状况下,阴天和雾天空气正离子与负离子含量无显著性差异(P0.05);其他天气条件下,即晴天及所有的雨天,空气负离子含量均显著高于正离子(P0.05).除雾天单极系数略高于1外,其他天气状况下,吊罗山热带雨林的单极系数均低于1;其中,晴天、阴天与1级降雨条件下单极系数值接近于1;2级及以上降雨强度单极系数值均小于0.3,随着降雨强度的增大,单极系数值越来越小,最小值为0.09;降雨强度越大,单极系数越小,空气越清洁.从空气负离子含量来看,吊罗山热带雨林森林环境在各种天气状况下都有利于人体健康,适宜开展保健养生旅游.     

基于驾驶员特性的山区高速公路夜间限速模型

为充分保障不同特征的驾驶员在山区高速公路夜间行驶的安全性,同时提高行驶的经济性,本文先从夜间环境,如环境照度、能见度、气象和眩光对驾驶员特性的影响分析出发,提出考虑驾驶员特性的夜间反应时间模型和有效动识距离模型。然后,根据主要目标优化思想,提出以驾驶经济性和安全性为目标的山区高速公路夜间限速方法。该方法通过将驾驶员在单位长度路段上每小时的时间费用和车辆燃油费用之和最小作为目标函数,并结合夜间反应时间模型和停车视距模型,考虑夜间对障碍物识别以及车辆行驶稳定性的安全性要求,将三者分别作为约束条件,由此建立起基于驾驶员特性的山区高速公路夜间安全车速最优化模型,从而求解该模型所得的最大安全车速值即为路段最大限速值。最后,为验证模型的合理性和有效性,以松建高速公路某路段为例,通过选取一定参数值,并运用Matlab仿真软件对该模型进行求解,得到不同能见度、路面附着系数和时段下的夜间动态最大安全车速值。仿真结果表明,当能见度和时段不变时,最大安全车速随路面附着系数的减小而减小;当路面附着系数和时段不变时,最大安全车速随路面附着系数的减小而减小;而当仅有时段变化时,最大安全车速值随时段的变化而出现一定程度的波动。该结果所表现的规律符合当前的相关研究成果,且以此得到的该路段的最高限速值99.390km/h,也与该高速公路的设计车速100km/h基本一致。因此,该限速模型为研究山区高速公路的安全车速和改善山区高速公路夜间行驶安全现状提供了一定参考。     

多孔球形电极颗粒中的扩散-应力耦合分析

具有良好化学稳定性及较高存储容量的多孔材料在锂离子电池及超级电容器中有广泛的应用,但已有的扩散-应力耦合模型大多忽略多孔材料的微观结构.基于此,建立考虑孔隙率和迂曲度的多孔球形电极颗粒中的扩散-应力耦合模型.针对Mn_2O_4电极进行恒压充电下的数值计算,探讨孔隙率和迂曲度系数对锂离子浓度、径向应力、环向应力及体积应变的影响,并将模型结果与他人结果进行对比.数值结果表明:迂曲度系数越大,电极中锂离子的扩散越差、体积应变越小且径向应力和环向应力越大;孔隙率越大,电极中的锂离子浓度和体积应变越大但径向应力和环向应力越小;多孔电极结构更有利于提高嵌锂能力.因此,应选择孔隙率大且迂曲度系数小的材料作为高存储容量的电极材料.     

前期降雨对非饱和覆盖层边坡性状及稳定性的影响

基于非饱和渗流及非饱和抗剪强度理论,以前期降雨强度为变量,对考虑前期不同降雨强度下的边坡体积含水率、有效应力场、位移场以及边坡稳定性变化过程进行数值模拟分析,得到前期降雨强度变化对覆盖层边坡性状以及稳定性的影响。研究结果表明:前期降雨强度越大,无差别降雨作用后边坡各位置含水率越大,对边坡最终含水状态起决定性影响的是前期降雨强度;无差别降雨过后,边坡相同位置的有效应力与前期降雨强度成反比,边坡深部有效应力下降幅度较小而边坡坡脚处有效应力下降幅度较大,边坡坡脚处位移与前期降雨强度呈正比;无差别降雨过后,边坡安全系数随着前期降雨强度的增大而减小,前期降雨对边坡稳定性的影响主要表现在前期降雨强度越大,边坡初始安全系数越小。     

整体式U形渠道不同断面结构抗冻胀性研究

针对倾角与渠道衬砌抗冻胀性定量关系存在不足的问题，以河套灌区D80整体式U形渠道为例，结合力学模型和数值模拟，分析不同条件下适用于当地冻胀环境的整体式U形渠道断面结构.结果表明:倾角越小渠道越窄深，渠顶水平冻胀量越大，渠底应力越大；反之，倾角越大渠道越宽浅，渠底竖向冻胀量越大.渠基土冻胀性、渠道混凝土衬砌强度和厚度对渠道抗冻胀性影响较大.对于亚黏土基土，选择0.07m厚衬砌，10°倾角为宜；对于粉土基土，选择0.08m厚衬砌，13°倾角为宜.     

地下水源热泵采能的水-热耦合数值模拟

应用数值模拟方法对北京某地下水源热泵采能条件下地温场的演化进行了研究，并应用校正后的模型对未来5年的温度场演化进行了预测．模拟和预测结果表明：含水层中温度变化较为显著，含水层渗透性越好，温度锋面的运移速度越快，温度影响半径越大；相对而言，黏土层中温度变幅较小，温度变化存在明显的滞后现象；抽水井距离回灌井（群）越近，温度变化越灵敏，变幅越大；按现状强度进行地下含水层采能，抽水井温度在未来5年略呈上升趋势，总上升幅度约0．3～0．7℃．     

基于坡道元胞自动机模型的能耗研究

针对上坡路段汽车需减小车速增大牵引力的现象,假定坡道倾度与车辆在坡道上的最大速度成反比,基于元胞自动机NaSch交通流模型建立包含有坡道的单车道元胞自动机模型,用数值模拟研究在周期边界条件下,坡道长度和倾度对交通流能耗的影响.结果表明:坡道长度和倾度对交通流能耗均有很大的影响,坡道长度越长、坡度越大,车速被限速越厉害,...