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期刊信息/Journal information
长安大学学报（自然科学版）
长安大学学报（自然科学版）

马建

双月刊

1671-8879

xuebao@chd.edu.cn

029-82334383

710064

西安市南二环路中段

长安大学学报（自然科学版）/Journal Journal of Chang'an University(Natural Science Edition)CSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊系中华人民共和国教育部主管，长安大学主办的学术性双月刊，她在中国乃至世界范围内的公路交流科技领域具有广泛的影响，她是中国期刊方阵“双效”期刊，国务院学位委员会、国家教育学位与研究生教育中文重要期刊，《中国核心期刊要目总览》（第三版）鉴定的中国公路运输类核心期刊，EI(Page One数据库)固定刊源，国际道路科研信息（IRRD）书目文献数据库固定刊源，中国道路文献服务中心（CRDS）核心报道期刊，自1981年创刊以来多次获国家交通部和陕西省奖励。本刊以繁荣公路交通科技为己任，促进公路交通科技交流和转化。她主要刊载道路工程、桥梁工程、交通工程、隧道工程、汽车工程、筑路机械、交通控制、交通运输管理、国土资源与环境、建筑工程、基础学科等具有国内先进水平的论文、同时刊载公路交通科技动态方面的简要评述和通讯。主要读者对象为大专院校师生、公路交通科研人员、公路交通管理决策人员、公路交通领域的勘测、设计和施工单位的技术人员，国土资源与环境、建筑工程等领域的科研及工程设计人员。
正式出版
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    PVA纤维改性树脂基微表处制备及性能

    王朝辉王若飞李彦伟王志斌...
    1-14页
    查看更多>>摘要：为进一步提升微表处的韧性及各项路用性能,制备了聚乙烯醇(PVA)纤维改性树脂基微表处(WEA-Ⅰ型和WEA-Ⅱ型),基于PVA纤维改性前、后的性能及不同添加方式下PVA纤维在微表处混合料中的分散状态,明确了 PVA纤维表面改性与分散添加方式,优化了 PVA纤维改性树脂基微表处组成配比;采用黏聚力、抗滑摆值、构造深度、抗渗水、湿轮磨耗、轮辙变形和板带拉伸试验,探明了不同纤维掺量下2种PVA纤维改性树脂基微表处成型状态、抗滑、耐磨耗、抗水损、抗车辙等路用性能和拉伸韧性,确定了最佳纤维掺量;对比评价了 PVA纤维改性树脂基微表处与现有其他微表处的路用性能.结果表明:基于氨基硅油改性的表面处理效果最佳,采用纤维与集料预拌和至分散、加水搅拌、再分2次加入乳化沥青拌和的添加方式,可使PVA纤维在微表处混合料中分布最为均匀;随着PVA纤维掺量的增加,2种微表处耐磨耗性能、抗水损性能、抗车辙性能和拉伸韧性均呈现先增后降的变化趋势;与未掺加PVA纤维相比,PVA纤维改性树脂基微表处耐磨耗性能提升幅度达75％,抗车辙性能与拉伸韧性分别提升了 36％～61％和80％～120％;2种PVA纤维改性树脂基微表处均具备优异的防水抗渗性能和抗滑性能.综合考虑微表处的性能变化,推荐PVA纤维最佳掺量(质量分数,下同)为微表处混合料重量的0.1％.

    道路工程微表处PVA纤维水性树脂制备路用性能

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    粉煤灰微珠粒径及掺量对灌浆料性能的影响

    何锐柴华安炬峰李亮亮...
    15-26页
    查看更多>>摘要：为了探究粉煤灰微珠粒径及掺量对灌浆料性能的影响,选取了 4种不同粒径的粉煤灰微珠制备灌浆料试样,测试其流动度与抗压强度,并采用气孔结构分析仪、等温微量热仪与扫描电镜(SEM),分析灌浆料孔隙结构参数、水化放热特性与微观形貌的变化,探讨了粉煤灰微珠对灌浆料性能的影响机理.试验结果表明:小粒径(≤45 μm)的粉煤灰微珠有助于增加灌浆料的流动性和提升灌浆料的28 d强度,且当10pm的微珠掺量(质量分数,下同)为10％时,28 d抗压强度最大;粉煤灰微珠的掺加增大了灌浆料的总含气量,当10 μm的微珠掺量为5％时,可以细化并改善材料的孔结构;随着粉煤灰微珠掺量的增加,水化放热量降低显著,且水化放热量随着粉煤灰微珠粒径的增大而降低;SEM微观分析显示小粒径的粉煤灰微珠表面生成了更多的水化产物.总体来看,掺入5％～10％小粒径的粉煤灰微珠,可以显著提升灌浆料工作性能和28 d抗压强度,且降低灌浆料的水化放热.

    道路工程粉煤灰微珠粒径流动度抗压强度孔隙结构水化热

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    考虑细颗粒含量的季冻区公路路基水分迁移特性

    刘红平李昊魏进卞海丁...
    27-37页
    查看更多>>摘要：季冻区公路冻胀翻浆现象严重,冻胀翻浆等病害主要由路基土中水分迁移造成.为探明季冻区路基土中水分迁移特性与细颗粒含量(质量分数,下文同)的关系,以西藏贡觉—芒康公路改扩建工程为依托,设计非冻结路基土和冻结路基土的水分迁移试验,研究细颗粒含量对毛细水上升高度、温度梯度及入流通量等特性的影响规律,建立迁移势与细颗粒含量的修正模型.研究结果表明:控制初始含水率与干密度不变,随着细颗粒含量的增加,毛细水上升高度和入流通量均呈线性增加,温度梯度呈曲线增加;随着细颗粒含量的减小,冻土体的总入流量随时间的变化曲线由拱形变化为轻微S形,入流通量随时间的变化曲线由递降变化为峰值形;考虑基质势对入流通量的影响,建立季冻区路基土体水分迁移势与细颗粒含量的修正模型,发现迁移势随着细颗粒含量的增加先变大后减小,与不考虑基质势的迁移势模型相比,迁移势修正模型计算值偏小,峰值点也偏小,结果相对安全;细颗粒含量小于22％的路堤填筑高度应不小于1.5 m.

    道路工程路基土室内试验水分迁移特性细颗粒含量迁移势

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    降雨对多年冻土区公路路基内部水热影响试验

    张明礼周志雄周凤玺雷兵兵...
    38-47页
    查看更多>>摘要：为了明确降雨对多年冻土区公路路基内部水热状态的影响,以青藏高原北麓河地区的环境特点和多年冻土路基结构为背景,在室内底板-大气双控温模型箱内制作冻土路基的几何相似比(1∶6)模型.首先通过无降雨和有降雨工况对比试验明确2种工况下多年冻土区路面温度及热通量的变化特征,然后进一步探究2种工况下路基内部水分场及其温度场的变化特征,进而明确多年冻土区公路路基内部水热状态对降雨作用的响应情况.研究结果表明:降雨作用下路面温度普遍低于无降雨时的路面温度,且路面及路肩下部5 cm处热通量呈减小趋势,路面下部热通量减小相对更加明显,约为路肩下部热通量减小量的3倍,表明降雨作用缓解路基内部热量吸收;降雨会显著增加路基不同部位的浅层含水量,降低路基浅层温度,且夏季较多降雨量导致冻土路基释放出更多的热量,路基温度降低明显;降雨作用对路基不同部位下部含水量和温度的影响随着深度增加逐渐减弱,对路基下部50 cm及以下位置的含水量和温度基本没影响;相比路基其他部位,降雨作用导致天然场地含水量增加明显,而路面下部含水量增加较小;虽然路面下部含水量增加较小,但沥青路面吸收的热量较多导致自身温度较高,因此降雨作为能量冷脉冲作用在路面时会导致路面下部温度相比路基其他部位降低更加显著,并且7月路面下部5 cm处温度降低最为明显,最大降温达 2.4 ℃.

    道路工程多年冻土区室内试验水热变化降雨路基温度

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    大跨连续钢桁梁桥顶推施工全过程可靠度评估

    闫磊闫金宁韩恒梁浩源...
    48-65页
    查看更多>>摘要：为评估大跨连续钢桁梁桥顶推施工过程的安全性,通过数值模拟、统计调查和概率分析相结合的方法,从定值和概率两方面对连续钢桁梁桥顶推施工全过程进行分析与评价.首先,基于组合应力识别出顶推全过程的失效候选单元,对失效候选单元的强度和稳定进行定值分析,探明钢桁梁顶推施工全过程的定值安全储备;其次,针对失效候选单元建立强度和稳定的功能函数,分析对应的可靠指标,揭示钢桁梁顶推施工全过程的概率安全储备;最后,对影响可靠指标的不定性参数进行敏感性分析,并根据目标可靠指标提出工程监测建议.研究结果表明:顶推施工全过程主桁各类杆件最大强度承力比均超过60％,其中,二期铺装过程中主桁跨中位置处的下弦杆E46'E45'强度承力比达到了 84.8％,相应的稳定承力比为89.9％,材料强度得到充分利用;导梁在顶推施工全过程的最大强度承力比为29.5％,最大稳定承力比为41.8％,导梁定值安全储备较大;梁段顶推施工过程中主桁及导梁各失效候选单元可靠指标均大于5.20,主桁及导梁杆件概率安全储备充足;钢梁合龙过程中上弦杆A56' A55'及下弦杆E46'E45'面内稳定可靠指标分别为3.72和2.72;材料性能变异性对杆件可靠指标影响较大,杆件强度及面内稳定可靠指标随材料变异系数增大呈线性减小;综合定值和概率分析结果给出了顶推施工全过程需要监测的关键杆件,以目标可靠指标为依据,对关键杆件进行了分级,制定了关键杆件监测建议并提出了位移及应力监测预警值.

    桥梁工程顶推施工有限元钢桁梁桥可靠度评价

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    桥塔结构火灾温度荷载模型及效应分析

    王佐才郭战徐京海李阳...
    66-76页
    查看更多>>摘要：为研究火灾对桥塔结构的影响,提出桥塔近火面的火灾温度荷载模型,并对全塔结构的火灾效应进行分析.以高345 m的钢-混组合桥塔作为研究对象,设定7种火灾场景,采用火灾动力学仿真软件(fire dynamics simulator,FDS)获取不同火灾场景下桥塔近火面的温度分布.基于距离和高度参数建立近火面火灾温度荷载模型公式.以温度荷载模型为输入,计算获得桥塔壁面内部的瞬态温度场,通过顺序耦合力场分析桥塔在火灾下的力学性能.研究结果表明:火源与塔面距离较近时,火焰会发生贴壁现象,近火面温度较高且温度沿着桥塔高度方向逐渐降低;火源与塔面距离较远时,近火面整体温度较低,桥塔倾斜使近火面的最高温度出现在火焰距离桥塔最近高度上;在桥塔厚度方向,温度沿着厚度方向迅速降低且温度上升起点逐渐滞后;不同火灾场景下桥塔的最大应力取决于近火面温度,应力集中在近火面温度较高的区域;随着火灾的发展,应力集中区域由高温区域逐渐向低温区域发展;近火面温度较低时,热膨胀效应会引起桥塔发生远离火源方向的侧向位移,而温度较高会导致近火面及其内部材料的承载能力大幅下降,侧向位移靠近火源方向发展;桥塔施工期间发生火灾引起的侧向位移较运营期间更小.

    桥梁工程桥塔温度荷载模型火灾动力学火灾效应温度场

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    近断层区地震动的有限断层数值模型与分析

    马海英邱媛夏烨赖明辉...
    77-86页
    查看更多>>摘要：近场地震动含有脉冲成分,对桥梁的作用响应区别于远场地震动,其破坏更大,会导致桥梁出现坍塌等严重事故.为评估断层场地的近场地震效应,并为跨断层斜拉桥Benchmark模型平台提供近场地震动数据,基于琼山地震旧址的地质结构特征,建立有限有限断层数值模型,进行正演模拟,包括构建断层影响区域、确定断层破裂面的平均滑动、以及点震源地震动模拟.并利用数值模拟得到了观测点,比较数值分析结果与相近等级的记录地震动脉冲特性参数.分析了近断层区域的地震动,验证了有限断层震源数值模型的有效性.结果表明:断层破裂面视倾角越小,地面最大峰值加速度PGA、地面的峰值速度与峰值加速度之比PGV2A和Arias强度Ia越大,地震动脉冲性越强.垂直断层破裂面方向的地面峰值加速度PGAv、PGV2A在上盘或在传播方向的数值大于下盘,表现出了近断层地震的上盘效应和方向性效应;而平行断层破裂面方向的地面峰值加速度PGAp、Ia和两水平方向的Arias强度之比Iy2x的分布规律恰好相反,其原因是横向地震动在下盘观测点的断层距更近,下盘上的效应大于上盘.模拟的Mw7.5的正断层地震动除PGA与1999年ChiChi地震CHY101(Mw7.62的斜滑断层)较为接近外,其余地震动脉冲特性参数和同类型的1980年Irpinia Sturno(Mw6.9的正断层)地震有较高的一致性.

    桥梁工程有限断层数值模型正演模拟地震动脉冲成分结构参数

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    超深竖井侧压力计算方法

    李尧董星曹校勇徐平...
    87-96页
    查看更多>>摘要：中国公路隧道竖井设计与施工主要借鉴煤炭、冶金等行业的经验,尽管在超深竖井建设方面取得了瞩目的成就,但相关设计理论远滞后于工程实践,在多座超特长隧道中超深竖井的建设过程中遇到多种挑战.针对隧道工程中超深竖井围岩压力计算难题,基于天台山2号竖井设计参数,结合已有实测围岩应力和损伤特征,使用三维有限差分模拟方法,假定爆破损伤区范围为1 m,建立560 m深竖井(包含Ⅲ-Ⅴ级围岩)数值模型,分析围岩应力分布特征,建立超深竖井侧压力计算方法.结果表明:围岩塑性区在竖井开挖线外1～2.5 m处;塑性区范围在同级围岩内随埋深增大而增大,在接近围岩等级变化处时减小;损伤区内围岩应力远小于其他区域,大主应力为切向应力,围岩成环作用显著;损伤区外的塑性区内大主应力为垂直应力.竖井开挖并支护后,竖井周边围岩应力状态显著变化,径向应力随埋深增加而持续增加,在接近围岩级别变化处和竖井底部时开始减小.围岩级别的改变显著影响切向应力和垂直应力的大小,而对径向应力影响较小.相比现行《公路隧道设计细则》(JTG/T D70-2010)推荐方法,提出的计算方法所得围岩压力更小,且更接近类似工程的实测结果和模拟结果,可为超深竖井围岩压力计算提供参考.

    隧道工程竖井侧压力径向应力切向应力

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    高速公路异构交通流HDV建模及其特征

    程国柱李金禹陈永胜徐亮...
    97-107页
    查看更多>>摘要：为了更好地模拟高速公路中网联自动驾驶车辆(connected and autonomous vehicles,CAV)与人工驾驶车辆(human-driven vehicles,HDV)组成的异构交通流,开展高速公路异构交通流跟驰与换道行为研究.首先,以NGSIM轨迹数据集为基础分析HDV的微观交通特性,根据驾驶人在相同车头时距条件下的加、减速策略,将驾驶人分为保守型、普通型和激进型3类.其次,从驾驶人感知判断结果存在不确定性的角度,结合车辆跟驰数据分析不同类型驾驶人车头时距和速度判断误差的特性,同时引入信息效用理论模拟驾驶人对CAV认知程度的变化及其对驾驶决策的影响,在智能驾驶人模型(intelligent driver model,IDM)和对称双车道元胞自动机换道模型的基础上,提出一种改进的HDV跟驰与换道模型.最后,将改进模型与IDM模型预测结果进行对比分析,并通过MATLAB对高速公路异构交通流特征进行仿真分析.研究结果表明:改进模型能够更准确地模拟车辆跟驰行为,相比于IDM模型,保守型HDV跟驰模型平均绝对误差MAE降低24.7％,均方误差MSE降低11.9％,皮尔逊相关系数PCCs提高2.6％;普通型HDV跟驰模型MAE降低45.6％,MSE降低38.6％,PCCs提高4.0％;激进型HDV跟驰模型MAE降低41.2％,MSE降低45.9％,PCCs提高0.4％;在接近自由流状态下,HDV在车流中的占比对异构交通流的速度、流量和稳定性等特征影响较小,随着密度的增大HDV占比对交通流的影响也随之增大,直到达到临界密度,车辆组成对交通流的影响开始减小;在相同交通流密度下,HDV在车辆组成中的占比与交通流的速度、流量和稳定性呈负相关性.模型丰富了对异构交通流HDV跟驰与换道行为的研究,在高速公路HDV和CAV混行的异构交通流的交通管理和基础设施设计等方面具有一定参考价值.

    交通工程异构交通流跟驰模型换道模型交通流特征

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    基于航拍数据的高速公路出口环圈匝道行车安全性评价方法

    张敏陈嘉乐张驰王世法...
    108-118页
    查看更多>>摘要：为准确评估高速公路环圈匝道不同交通状况下碰撞护栏和追尾的风险,改善出口环圈匝道行车安全不足现状,提出一种基于航拍数据的行车风险评估方法.首先,通过分析3个实际案例的车辆速度和轨迹数据,总结高速公路互通式立交出口环圈匝道的车辆行驶特征,并定义2种主要的事故类型(车辆进入匝道后与左侧护栏相撞、由于跟驰状态导致的追尾).其次,介绍如何计算安全评估指标(横向距离和碰撞时间),并根据出口环圈匝道特点选择合适的评估阈值,建立行车安全性评估方法.最后,通过实际案例的分析,验证该方法的有效性.研究结果表明:车辆在匝道内的速度和轨迹控制呈现一致性,车辆需要约135 m的距离从变速到稳定;为避免与左侧护栏相撞,车辆在匝道内会有向右偏移的趋势,偏移长度与初始车速相关;在减速车道上,车辆几乎没有撞击护栏的风险,但在跟驰状态下,前车进入匝道可能导致追尾事故;车速过快可能导致在匝道入口处与左侧护栏相撞;所提出方法与历史事故数据的预测结果相符.研究提供了一种新的出口环圈匝道行车安全性分析方法,将行车特征与安全性分析量化,可为立交出口的管理和设计提供理论支持.

    交通工程出口环圈匝道安全性评价行车特征交通数据获取

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