Abstract:

为了提升隧道洞门与自然环境的协调统一，应用色彩学理论和图像处理技术，对我国公路隧道墙式洞门色彩与洞口环境色彩之间的协调性问题开展研究。通过调查问卷和引入色相协调理论，构建了隧道洞门色彩协调性设计准则，即色相符合谐波协调类型、饱和度和明度均为弱对比类型；基于该准则提出了隧道墙式洞门色彩量化设计方法：利用聚类分析对隧道洞口环境图像进行色彩提取并转化为HSV（色相、饱和度、明度）色彩空间，分析色相谐波类型，计算饱和度和明度，进而确定洞门色彩三属性的取值范围。应用基于色相协调理论的洞门色彩设计方法对既有隧道进行案例分析，其协调性评价结果与主观问卷结果一致，验证了该方法的可行性与有效性，同时为新建隧道洞门设计提供科学依据。

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目前同步注浆材料采用水泥砂浆作为注浆材料，注浆和固结过程中浆液在土体中渗透，导致浆液体积减少，若后续注浆不及时，极易造成盾尾间隙注浆不密实。而轻质智能同步注浆材料含气泡，其具有压缩“弹性”，随着浆体的固结卸荷，虽然有部分浆体扩散，但浆体在盾尾间隙中体积保持不变，保证了同步注浆密实度。研究了轻质智能同步注浆材料密度与压力的映射关系，建立了轻质智能同步注浆材料压缩理论模型。定性分析了轻质智能同步注浆材料高密实度注浆原理。针对轻质智能同步注浆材料成分特征，建立了基于渗滤效应的可压缩智能同步注浆材料的固结扩散机理。研究表明：可压缩同步注浆材料随着压力增大，浆液体积逐渐减小，通过实验验证，轻质材料压力?密度曲线可变参数与气泡含量具有较强的相关性。地层渗透系数对浆体固结扩散距离具有显著影响，地层渗透系数越大，轻质智能同步注浆材料固结扩散距离受土体力学性质影响越显著。

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承载性能是盾构隧道管片衬砌结构重要的力学特性之一，其准确评估是保障结构受力安全的关键，然而目前尚无成熟的评价方法。首先基于管片衬砌结构中管片和管片接头的受力及变形特征，建立了基于管片承载力和管片接头承载力的管片衬砌结构承载性能评估方法，提出了管片衬砌结构承载性能评估指标，然后分别开展了单环和组合环管片衬砌结构破坏加载原型试验对所提出的方法进行检验，最后结合现场实测对实际工程中管片衬砌结构的承载状态进行了定量评估和分析。研究结果表明：单环结构破坏试验中，管片接头破坏现象更为明显，其先于管片达到抗弯承载力极限值，组合环结构破坏试验中，管片破坏现象更为明显，其先于管片接头达到抗弯承载力极限值；单环和组合环管片结构试验中，结构破坏与理论计算方法中管片或接头达到承载力极限的荷载一致，表明所提出的结构承载状态评估方法是合理的；所选取监测断面管片结构中管片和接头的承载安全系数分别为4.27和4.86，可见其承载状态良好。该研究方法和结论可为类似盾构隧道管片结构承载安全评估提供重要支撑。

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首先按照数字图像技术分析基本原理差异，对数字图像相关（DIC）、粒子图像测速（PIV）等二维数字图像测量方法在隧道模型试验中的应用现状、技术发展以及基本原理进行梳理。进一步，对三维测量方法的原理及在隧道模型试验中的应用潜力进行分析。最后，通过黄土地层盾构隧道的掘进模拟试验，对数字图像测量技术在隧道模型试验中的应用进行示范。结果表明：DIC、数字照相变形量测（DPDM）等非接触测量方法以照片上点的相关性判断各点的位移，使用场景更偏向于室内试验道路、桥梁、隧道、基础、河坝、钢结构、钢混结构等土建结构的变形监测中；而PIV分析可测量流体中流动的大小和方向，被广泛运用于浆液、泥石流、喷泉等流体运动的研究中。此外，基于黄土地层盾构隧道室内模型试验方案发现，低含水率黄土地层盾构掘进8环管片距离时，围岩的扰动范围为盾构掘进中轴线两侧1 D（管片外径）左右和盾构上方1 D范围内。

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为了实现施工期盾构管片上浮过程的智能预测，采用动力水准仪对施工期盾构管片上浮过程进行自动化监测并建立了基于卷积神经网络?长短期记忆（CNN-LSTM）深度学习算法的管片上浮过程智能预测模型。结果表明：管片上浮阶段呈现出“阶梯状”，即管片上浮主要发生在盾构掘进期间，且掘进状态的上浮量最大，占峰值的75.24 %~98.29 %；CNN-LSTM模型对施工期盾构管片上浮过程具有较好的预测效果，在训练集上的均方误差MSE、平均绝对误差MAE和决定系数R2分别为0.038 7、0.148 2和0.999 3，在测试集上为0.030 7、0.138 9和0.801 9；相较于反向传播（BP）模型，CNN-LSTM模型在训练集与测试集上的性能均有所提升，且测试集的提升更明显，最高可达89.71 %。研究结果可为盾构管片上浮的现场实测及预防处治提供新思路。

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盾构隧道穿越砂卵石地层掘进施工时，由于砂卵石的地层特性及施工扰动，隧道掌子面容易失稳而引发事故。为研究砂卵石地层盾构隧道掌子面稳定所需的最小支护力，结合砂卵石地层的掌子面失稳模式，在三维Murayama模型的基础上，将掌子面前方土体的滑动面形式假设为对数螺旋滑移线，结合上部松动区域的破坏机制，引入椭球体放矿理论，对传统的棱柱体筒仓模型进行改进，进一步通过极限平衡法推导出砂卵石地层的掌子面极限支护力求解公式；最后通过离散元数值模拟验证所推公式，两者的误差为3.1 %。结果表明所得公式可对砂卵石地层的掌子面极限支护力进行较为精确的求解。研究成果以期为砂卵石地层掌子面极限支护力计算理论提供依据。

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小半径公路长隧道内部为典型弱视觉参照环境，极易诱发驾驶人心理旋转效应，难以准确辨识隧道线形、隧道轮廓和交通信息，驾驶绩效降低，行车风险增大。为缓解驾驶人心理旋转效应，提升小半径公路长隧道交通安全水平，从其视觉环境典型行车安全问题出发，提出基于心理旋转效应的小半径公路长隧道视觉环境优化研究框架。结果表明：小半径公路长隧道视觉参照系具有诱导信息过渡剧烈、违背驾驶期望和冗余性欠缺等特点，突出表现为视线诱导信息不连续、局部视觉参照信息与整体视觉环境信息不一致、轮廓诱导信息与线形诱导信息协同作用差等方面。根据空间路权、驾驶人因和驾驶任务等评价要素，结合视知觉恒常性、整体优先性、多层次诱导等理论，提出构建恒常稳定、连续一致、信息冗余的视觉参照系的优化思路。总结提出通过布设多频率、多尺度、多形状的视线诱导设施，利用局部视觉参照元素构建与整体行车环境信息相连续一致的参照线索，加强轮廓诱导与线形诱导，借助高位、中位与低位诱导信息的协同作用构建信息冗余的多层次视觉参照系，有效缓解心理旋转效应带来的负面影响，达到行车安全、舒适、低成本、可持续的优化目标。该研究可为小半径公路长隧道、小半径光学长隧道的交通安全提升提供理论依据。

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为明确海峡两岸高层建筑顺风向风荷载的异同，对两岸建筑风荷载标准进行了对标分析，并采用均匀设计方法进行了高层建筑顺风向风荷载多因素分析。研究表明：两岸风荷载标准中基本风速取样方法和极值分布参数取值方法存在明显区别，风压高度变化系数分布和不同重现期的设计风速转换系数大致相同，台湾标准给出的湍流强度建议值明显大于大陆标准；台湾标准分类计算建筑物主体和围护结构的设计风压，大陆标准采用统一表达式，两者给出的设计风荷载组合方式区别明显；以基底剪力和基底弯矩作为评价指标，H/BL（高宽比）、α（地面粗糙度指数）、C_g（脉动效应系数）、C_p（风荷载体型系数）和I_z（湍流强度），对高层建筑顺风向风荷载的影响程度依次减小，H/BL和α为主要影响因素；随H/BL的增大，C_g对顺风向风荷载的影响逐渐增强，当H/BL增大到一定程度时，C_g成为主导因素。

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为研究带开孔板连接件（PBL连接件）的压型钢板?混凝土组合桥面板的疲劳性能，设计制作了1块连续组合桥面板试件，试件长9.25 m，宽1.5 m，最大混凝土板厚24 cm，压型钢板厚3 mm；开展了单点变幅疲劳加载和间隔性的静力加载试验，测试了试件的跨中挠度、钢底板和负弯矩区钢筋应变，观测了负弯矩区混凝土裂缝的分布与发展，测量了最大裂缝宽度，得到了组合桥面板试件受力性能随疲劳加载次数增加而退化的过程以及和试件的疲劳破坏形态。试验结果表明：组合桥面板试件的受力性能随着疲劳加载次数的增加而发生退化；在经过累计600万次疲劳加载后试件未发生破坏，表明其具有较好的抗疲劳性能；组合桥面板试件最终的疲劳破坏形态为跨中截面钢底板断裂破坏，裂纹最先萌生于PBL连接件与钢底板焊接位置，同时静载下负弯矩区混凝土的最大裂缝宽度达到了0.2 mm，利用线性损伤准则分析了已有的S-N（应力幅?循环次数）曲线对组合桥面板的适用性。

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为探究砂卵石层盾构施工的开挖面失稳过程和支护力设定方法，针对成都地铁盾构掘进施工超挖失稳实例，开展了三维工程离散元（EDEM）分析，对不同支护力分布形式的极限支护力和开挖面稳定性进行分析。进而结合盾构施工超挖失稳区段的掘进参数，考虑盾构机整体机械性能配置，提出了开挖面稳定性双参数控制建议值。结果表明，开挖面失稳位置与支护力分布形式有关，开挖面处于极限状态时，盾构上方0.75 D（D为隧道直径）范围内产生土拱效应，当支护力逐渐减小至0.1 P0（P0为初始静止状态支护力）时，失稳区发展到地面；盾构掘进时应保持土仓适当欠压，并降低刀盘转速，为可能遇到的大粒径漂石和土仓压力控制预留足够的富余扭矩。

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原位软土处于K₀固结状态因此变形具有显著的非线性和各向异性，然而室内三轴剪切试验通常采用等向固结方式，目前对K₀固结和等向固结两种方式下不排水剪切的模量E_u的差别还未系统的对比总结过。采用上海软黏土的原状土样和重塑土样，进行了三轴等向固结压缩（ICUC）、K₀固结压缩（ACUC）和K₀固结拉伸（ACUE）三种不排水剪切试验，对比分析了应力?应变曲线、不排水模量E_u的非线性特性以及双曲线模型的参数值。研究结果表明，同等应变下ICUC试验的E_u与ACUE试验相近，但要大于ACUC试验值；ACUC试验与ACUE试验具有相近的初始模量和破坏比。结合试验结果和双曲线模型，推导给出了适用于这三种试验的归一化模量的统一表达式，并给出了上海软黏土的参数值。

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高快速路汇入区（即合流区）瓶颈是交通流运行的咽喉，汇入瓶颈交通流失效会加剧拥堵，诱发交通振荡以及事故率上升等一系列问题。与现有研究大都通过调节匝道汇入车辆行为或主线车辆速度进而试图改善汇入区交通流问题不同，该研究聚焦于瓶颈汇入区上游主线车辆，通过动态调节汇入区上游主线车道车辆分布，提升汇入区通行能力。具体而言，研究提出一种可以对网联车（CV）进行双向换道建议的混合整数线性规划模型，该方法不依赖于交通流基本图设定的临界密度，通过实时计算每一辆个体CV的向左、向右或保持车道决策以优化车道流量分布，减少汇入车辆干扰，提升汇入效率。基于VISSIM交通仿真软件，通过二次开发搭建了汇入区瓶颈换道优化实时仿真评估系统，并对该方法进行了验证，测试不同流量组合和不同CV渗透率下算法的有效性。各车道时空轨迹表明该换道建议优化方法可以有效减小汇入车辆冲突，车均延误分析结果表明在单车道平均流量1 550 ~1 800 veh·h^-1区间，即汇入瓶颈失效关键流量区段，换道建议优化方案相比原方案能显著改善汇入区的运行效率，车均延误可降低10 %~50 %左右。CV渗透率敏感性分析表明，在较低的0.2~0.5渗透率下即可达到减小延误的目标。

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针对快速路网和普通道路网所组成的混合路网由于非集中化协同管控而导致的局部拥堵易演变为大规模拥堵现象，以及高峰时段内路网流量压力分配不均衡问题，基于Stackelberg博弈过程构建了管理者与用户间对策角色可变的混合路网集中化协同优化模型LC-MPC（可变角色模型预测控制）。将用户服从率作为表征路段流量压力分配的均衡指标，设计角色交换函数实现不同交通状态下领导与跟随关系的转换，并通过模型预测控制（MPC）的中央控制器实现了对混合路网CAC（交通分配与信号控制的组合问题）的同步优化求解，最后与不同控制模型对照以验证设计模型的有效性。分析结果显示，结构集中化程度最高的LC-MPC模型较之其他对照模型在降低路网出行成本上有更好的效果；同时，该模型能将用户服从率稳定在一定范围内，有利于路网流量均衡分配及整体运行稳定。

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国内外轨道车辆运行时振动相关舒适性评价基于ISO2631-1、UIC513以及GB/T 5599标准，其中我国广泛采用的GB/T 5599-2019规范中的Sperling指标算法，将采样时间由1985版本的18~20 s缩短为与UIC513标准相同的5 s，引起相同测试数据的平稳性指标结果增大的问题。分析上述三种运行平稳性及舒适性指标算法，通过车辆线路实测数据与仿真数据相结合，研究不同算法关于采样时间长度的指标一致性及其机理，采用频率分辨率量化了非平方加权谱由于时频能量转换不对应导致的指标结果不稳定现象，基于此提出相应的平稳性指标一致性修正算法。结果表明：ISO2631-1与UIC513标准算法基于振动数据时频域转换的能量对应性，其计算结果与采样时间长度不相关，而GB/T 5599中采用的频域立方值算法因不满足能量一致性原则，在栅栏效应和能量泄露的影响下，缩短采样时间使得加速度频谱幅值增大，进而引起运行平稳性指标增大。提出的基于统一频率分辨率的平稳性指标一致性修正算法，并经动力学仿真数据验证有效，这为完善轨道车辆动力学分析与测试中振动舒适性的相关算法与评估限值制定提供理论依据。

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以往波束形成算法将潜在声源区域划分成若干网格，所有的声源被映射到一个个网格点上，会导致错误的声源定位与强度计算，并且计算精度与效率受网格间距大小的影响。采用多层感知机神经网络以及无网格策略，能够提高声源识别的空间分辨率与计算效率。通过使用单个平面麦克风阵列对三维等强度双点声源进行识别定位，发现相较于传统互谱算法，多层感知机能够改善平面阵列在深度方向上较差的空间分辨率性能。此外，在定位误差方面，多层感知机优于传统互谱算法，同时声源识别的强度误差有所降低。在低频时，多层感知机性能优于波束形成算法，可用来弥补波束形成算法空间分辨率性能不佳的局限性。

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针对道路噪声主动控制系统中，冲击噪声引起的鲁棒性问题，提出了一种对冲击噪声的主动控制方法。首先，进行了道路噪声采集试验，选取了4个最佳参考信号位置，并采集了道路冲击噪声的数据。然后，基于多通道自适应滤波算法，提出了归一化多通道自适应滤波算法和符号算法相结合的冲击噪声主动控制算法。其次，基于提出的冲击噪声主动控制算法，搭建了道路噪声主动控制系统仿真模型，使用采集到的冲击噪声信号和加速度信号进行了仿真分析。最后，使用选取的4个加速度信号和1个扬声器，控制驾驶员处的道路噪声，进行了道路冲击噪声主动控制试验，验证了方法的有效性。与原有算法相比，该算法的稳定性和降噪效果得到了较大的提升。

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为了解电动共享汽车领域研究现状，梳理了电动共享汽车的基本概念和发展阶段，界定了电动共享汽车车队动态调度问题，从供给端、需求端、匹配端分别剖析车队动态调度的影响因素并分别开展文献综述，其中包括用户接受度与偏好、共享出行需求预测、车辆实时电耗估计与预测、站车桩位选址布局与规划、动态调度优化模型、动态调度求解算法等方面，旨在总结过往研究不足并展望未来研究方向。

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在可溶性聚四氟乙烯（PFA）、聚四氟乙烯（PTFE）及环氧树脂（EP）中添加纳米二氧化硅等材料，制备了应用于冷凝式换热器表面的超疏水自清洁性复合涂层。对复合涂层进行接触角、导热系数、耐磨性、结合强度及自清洁性测试，研究其综合性能。测试结果表明，含7.5 %~9.4 %纳米SiO₂的PFA涂层与含1.4 %~2.3 %纳米SiO₂的PTFE涂层接触角均在150°以上，其表面自清洁性优异。添加0.8 %~1.7 %的石墨可将涂层的导热系数由0.2 W·m^-1·K^-1提升至2 W·m^-1·K^-1以上。涂层的耐磨性随SiC含量的增加而提升，对于PFA超疏水涂层，添加SiC能使涂层被砂纸打磨后仍能保持良好的疏水性。EP涂层的结合强度达ASTM（美国材料与试验协会）等级5B，PFA涂层为4B，PTFE涂层为3B。