基于网络效率的城市轨道交通网络震后性能评估∗

对于以地铁为主要组成部分的城市轨道交通系统,地震作用造成的车站、隧道等结构的损伤和破坏,会严重影响系统的交通运行功能。目前针对扰动事故场景下轨道交通网络性能的研究,主要集中于随机失效和蓄意攻击场景,缺乏地震场景下的相关研究。本文采用客流加权的网络效率指标,研究了不同地震作用下轨道交通网络的抗震性能。利用图论建模方法构建网络拓扑模型,基于车站、区间隧道等主体结构的地震易损性模型计算结构失效概率,采用 Monte Carlo 模拟方法抽样网络单元的震后状态,利用三类网络效率指标(拓扑网络效率、站点流量加权网络效率和网络服务效率)评价网络的震后性能。以北京市轨道交通网络为例,比较了不同地震作用场景下的网络性能指标,选择站点流量加权网络效率指标表示网络震后性能;计算不同 PGA 下的网络性能损失,拟合得到了案例轨道交通网络地震易损性模型,便于案例网络震后性能的快速评估。     

基于AHP的轨道交通施工风险模糊综合评价方法——以福州轨道交通1号线为例

以福州轨道交通1号线为研究对象,在地形、地貌和水文地质等资料的基础上,结合车站基坑、隧道等工程规划情况,识别了可能对工程造成影响的风险因素,构建了轨道交通工程的风险指标体系,利用层次分析法计算了指标权重,应用模糊综合评价法结合风险评估矩阵,依据工程风险分级规范制定了风险等级和接受准则,构建了轨道交通的风险评价模型。评价结果指出了福州轨道交通1号线的主要施工风险因素和风险集中的地理区域,可为工程的风险管理和风险监控提供参考。     

城市轨道交通深基坑工程承压水风险与控制研究

随着我国城市轨道交通建设发展,北京、上海、广州等特大型城市轨道交通线路网逐渐形成,出现不同线路交错、轨道交通线路与其他城市设施空间交叉等情况,这使得地下车站深度不断增加,深基坑工程受深部承压水风险日益突出。收集了27个承压水风险工程案例,统计分析了围护结构隔断或未隔断承压含水层等不同情况下,承压水风险与围护结构类型、承压含水层面覆土厚度等的相关性;采用故障树法探讨了深基坑工程坑底突涌、围护结构漏水、流砂等风险事件及风险因素,根据风险工程案例对承压水风险主次因素进行排列;结合工程实例应用分析,提出了承压水风险预防应对措施,提出了设置备用降压井和基坑开挖前试抽水试验等风险应对措施,为类似工程提供参考。     

日本阪神地震中大开地铁车站地震破坏机理分析

基于ABAQUS有限元软件,对日本神户大开地铁车站在阪神地震中的地震反应进行了数值模拟研究。采用能合理反映剪胀及应变软化特性的统一硬化本构模型来模拟土体的力学行为,同时应用塑性损伤模型描述了混凝土的力学特性,建立了大开地铁车站的三维数值计算模型。首先研究并对比了水平地震动单独作用,以及水平与竖向地震动共同作用下大开车站结构与围岩土体的地震反应,进而探讨了浅埋地下结构的地震破坏机理。数值结果表明:在强震作用下浅埋结构的上覆土体首先剪切破坏,进而丧失抗剪能力;上覆土体丧失抗剪能力后,在竖向地震作用下,其惯性力作用于车站结构顶板,该惯性力与侧壁土体引起剪切荷载的耦合作用使车站结构的中柱压剪破坏,继而结构顶板折断,最后结构整体倒塌。     

轨道交通荷载作用下EPS颗粒轻质混合土的动力特性研究

EPS处理软土地基具有的独特优越性已逐渐引起学界的重视。基于GDS空心圆柱扭剪试验和ABAQUS有限元数值模拟,进行了轨道交通荷载作用下EPS颗粒轻质混合土的动力特性研究。研究表明:EPS颗粒体积配比Ve/Vs、初始平均有效固结压力p0、初始固结应力比R0、初始中主应力系数b0和初始大主应力方向角α0这5个因素对最大动剪切模量和参考剪应变有明显的影响,但归一化的G/G0—γ/γr曲线基本不受以上试验变量影响;数值模拟结果显示,采用非线性动力本构模型计算得到的EPS混合土路堤中的应力比弹性本构的计算结果大,且剪应力随深度的增加衰减更快。该结论可为EPS颗粒轻质混合土在软土地区的应用提供参考和理论支持。     

MIKE 21模型及其在城市内涝模拟中的应用

随着城市化水平的不断提高,下垫面发生巨大变化,城市内涝问题频现,严重制约着城市的健康发展。以北京市朝阳区某规划小区为例,应用DHI开发的MIKE软件,建立了MIKE 21的二维水动力模型,在典型降雨情况下模拟了研究区域内的积水过程。采用城市内涝ArcGIS模型的计算结果对比分析。结果表明:MIKE 21模型的计算结果满足规范要求,较好地模拟了区域积水分布位置、深度、历时等,较ArcGIS模型的精度更高。研究成果为城市内涝灾害的治理提供了技术支撑,对城市小区规划、道路设计、海绵城市建设等方面具有重要的应用价值。     

基于CRITIC法与TOPSIS地铁车站施工安全评价

地铁车站周边环境复杂,施工难度大,风险极高,具有较大的模糊性和不确定性,为保证其施工安全,提出采用CRITIC法与逼近理想排序法（TOPSIS）相结合进行地铁车站施工的安全评价方法。选取人员、施工、环境和管理4个方面的主要因素,共建立20个三级评价指标,构建地铁车站施工安全评价指标体系,运用CRITIC法计算各指标的权重,利用TOPSIS对各评价指标进行综合决策,建立地铁车站安全评价模型。依托南昌市轨道交通3号线车站工程项目,对该评价方法进行验证,结果表明：该方法能客观、合理地进行地铁车站施工安全评价,评价结果与工程实际情况相符合,该方法具有良好的实用性、客观性与准确性,可以给类似工程施工提供理论指导。     

地铁车站人员疏散离散时间模型研究

疏散时间对于保证地铁车站这类复杂建筑结构内人群的安全至关重要,本文借鉴群集流动理论建立了用于计算地铁车站人群移动时间的疏散离散时间模型(EDTM),模型中的人群流动系数取值不同于传统计算公式中的常量,依据的是经典的车站人群密度与速度函数关系式。将此模型用于某地铁车站站台层,求解楼梯出口疏散人数与时间的关系,并与Building EXODUS疏散软件的模拟结果以及传统地铁车站疏散时间计算公式的计算结果进行了对比,分析表明,EDTM计算结果与EXODUS疏散模拟结果非常接近,且比传统公式计算更为精确和符合实际情况。该计算模型可以为地铁车站人群疏散时间计算、建筑出口性能化设计,以及地铁车站事故应急预案的制定提供更有效的工具。     

震后公路桥梁通行能力理论模型研究

震后公路桥梁通行能力的理论模型是其通行能力快速评估技术的重要基础。阐述了震后公路桥梁通行能力对于震后应急救援决策工作的重要性,在分析震后公路桥梁的交通功能损失的基础上,定义了震后公路桥梁的震害度,修正了震后公路桥梁的震害指数;从交通工程学的角度,研究了公路桥梁理论通行能力,分析了震后公路桥梁实际通行能力的影响因素,推导出震后公路桥梁的通行概率,定义了地震对于公路桥梁通行能力的修正系数,进而建立了震后公路桥梁通行能力的理论模型。通过算例分析,验证了该模型的有效性。     

快速轨道交通运行引起的场地振动反应分析

在运输业高度发达的当今社会,轨道交通运行引起的环境振动已经引起了越来越多的关注和研究。本文以ABAQUS软件为计算平台,基于轨道几何不平顺理论荷载模型,采用基于Davidenkov骨架曲线的非线性动粘弹塑性模型描述土的动力特性,以南京典型场地条件为研究对象,对快速轨道交通运行引起的场地地表振动特性进行了分析,得到了不同列车车速下地表振动的强度、频谱特性及其衰减规律,并分析了场地振动强度的影响因素,为进一步研究和控制快速轨道交通运行引起的地面振动提供了基础性资料。     

暴雨内涝对城市社区居民出行影响的初步分析——以上海市普陀区金沙居委地区为例

开展城市社区暴雨内涝模拟,初步分析受影响的居民数量.以上海市普陀区金沙居委地区为案例,利用上海市暴雨经验公式计算重现期为50年、100年、500年三种不同情景下的1h降水量,以修正的SCS模型计算径流量.结合上海市排水管网系统的运行状况和实测的研究区相对高程,模拟9种不同情景下暴雨积水的淹没深度,分析不同情景下受影响的房屋分布和对居民出行的影响.随着暴雨强度的增强,排水管网系统功能的失效,积水区域由研究区中部不断扩大.在重现期为500年的情景下,在排水系统完全失效的情况下,最大淹没深度可达0.405 m,道路积水影响出行的人数达到5 970人,占研究区总人口数的87％,已经严重影响到当地居民的日常生活和出行.     

大型十字换乘车站结构地震响应及空间效应分析∗

由于换乘地铁车站结构在地下交通线网中发挥重要作用,且其相对于单体地铁车站具有结构复杂、三维不规则等特性,是典型的空间结构,不能采用平面模型进行分析,因此极有必要探讨大型十字换乘站的抗震性能。基于某大型十字换乘地铁车站,分别建立自由场、单体地铁车站、十字换乘地铁车站三维有限元模型,对比分析单体车站与换乘站结构的抗震性能差异,换乘站结构在不同地震动输入方向作用下的地震响应及其空间效应的影响范围。结果表明：(1)相对于单体车站,换乘站结构及其周围土体加速度响应、相对位移均小于单体车站,表明其整体抗震性能优于单体车站;(2)换乘站空间效应受地震动输入方向的影响较小,其中端墙的影响范围为 B,十字换乘节点的影响范围为 3B/2(B 为结构宽度)。     

基于SWMM模型的城市洪涝过程模拟及风险评估

以SWMM模型作为研究基础,建立了西安市沣西新城区洪涝过程模型,对由暴雨强度公式和芝加哥降雨过程线合成的不同重现期、历时120 min、雨峰系数为0.4的降雨情景开展洪涝过程及其风险评估研究。计算结果表明:该区域设计的排水管网可抵御3年一遇暴雨,但高于此重现期的暴雨会出现不同程度的内涝;溢流最严重的节点在重现期为T=10年暴雨中最大积水深约0.20 m,对城市影响程度不大,但在T=20年暴雨中最大积水深可达0.56 m,可引起严重灾情。根据积水深度模拟结果,可初步判断出在T=20年暴雨过程的特定时段(75~105 min)内,积水会导致以溢流节点为中心10 m范围内的行人和车辆失稳。     

城市地下轨道交通火灾风险评估体系模型研究——以某地铁车站为例

用按时序分阶段的评估方法建立了城市地下交通火灾风险评估体系的架构,并用改进的层次分析法建立了多层次评估指标权重模型,建立了判断火灾风险的评价标准。以北京地铁二号线某车站为例,在对其现有设备资料和运行特性进行详细调研分析的基础上,把风险评估结构划分为目标层、准则层、指标层,并按照现有的参考依据对各项影响火灾安全的风险因素进行赋值计算,得到了火灾各个阶段该车站的火灾风险水平,并对评价中的薄弱环节,提出了有针对性的建议。研究结果可供地下交通系统火灾应急预案制定参考。     

软土地铁车站中柱在强震作用下的响应研究

将汶川地震时获得的地震波作为输入波,利用FLAC3D软件对软土典型地铁车站中柱进行强震响应的三维数值模拟。土体采用D-P本构模型,车站结构采用弹性模型,并选用瑞利阻尼和Hardin/Drnevich模型的滞后阻尼来实现土在循环动荷载下的滞回和非线性。计算结果包括中柱的相对变形、轴力、剪力、弯矩及车站中柱的加速度响应规律。结果表明:下层中柱是地铁车站受地震波作用时最为薄弱的构件,并且中柱的破坏系水平向地震波和竖直向地震波共同作用的结果。     

上海市洪涝灾害损失评估系统的开发

结合上海市洪涝灾害损失评估模型的研制工作,从GIS的应用开发角度,系统阐述了设计和开发上海市洪涝灾害损失评估系统的步骤和技术特征,该系统集基础信息处理、模型运算、结果查询、专题图制作、报表输出等于一体,建立了与洪水数值模型和用户实时添加方案的动态关联,整个系统开放、灵活、实用,为上海市防汛决策提供了有力的技术支持。     

地铁车站与上盖高层建筑一体化抗震性能研究∗

随着城市地铁发展,既有运营地铁车站上盖开发工程逐渐增多,新建上盖工程与既有运营地铁车站的相互作用、协同受力及抗震性能等问题受到越来越多的关注。依托我国南方某市地铁运营车站工程,提出了地铁车站与上盖高层建筑一体化抗震思路,分别采用 SATWE 和 MIDAS 有限元分析程序建立一体化结构与地基地基土相互作用模型,开展了多遇地震作用下的弹性分析和罕遇地震作用下弹塑性分析。结果表明地震波地震影响系数在结构主周期点上与设计反应谱在统计意义上相符。采用时程分析法针对多遇地震工况进行计算,结果满足规范的结构抗震验算要求,每组地震波计算的地震剪力不小于反应谱法的 65%,时程计算的楼层平均地震剪力均小于反应谱法,楼层层间位移角的变化规律和反应谱法基本一致。通过开展罕遇地震动力弹塑性时程分析,发现最大基底剪力与多遇地震基底剪力比为 3.29~5.09,结构框架梁柱塑性铰开展趋势合理,最终状态下框架柱基本不屈服,约 31.6% 的混凝土框梁以及约 19% 的钢梁达到屈服强度。相关方案达到预期的抗震性能目标。     

反应位移法中地基弹簧刚度系数求解方法对比研究∗

反应位移法是目前地下结构抗震设计中应用最为广泛的简化方法之一,其中的一个关键参数是结构周围弹簧刚度系数。基于《城市轨道交通结构抗震设计规范》(GB 50909—2014)中简化的静力有限元法,进行了不同加载形式的静力有限元刚度法和柔度法计算弹簧刚度系数,将其计算结果应用于反应位移法与严格的动力时程计算结果进行对比研究。结果表明:不论静力有限元刚度法还是柔度法,除水平竖直加载方式外,其余的加载方式确定的地基弹簧系数对反应位移法计算的结构变形及内力影响较小。考虑计算次数,可以采用刚度法和柔度法中的径向切向和径向环向一次加载方式对静力有限元法进行简化计算。     

灾害性天气环境下高等级公路车速管理

分析了灾害性天气对道路交通安全的影响及驾驶员动态视觉行为与期望车速选择模式。以2003年全国道路交通事故统计数据为样本，提出了灾害性天气环境下驾驶员动态视野实际可靠度的计算方法，建立了灾害性天气环境下高等级公路安全行车速度模型，模型通过引入交通环境复杂度系数，考虑了灾害性天气不良能见度、道路等级及交通量对驾驶员期望安全车速的影响。最后，提出了灾害性天气环境下高等级公路安全运营车速的推荐标准。     

最优曲线投影动态聚类指标及在洪水分类中的应用——以南京站洪水为例

聚类数和聚类方法是聚类分析研究的核心,有着及其重要的实用价值。在投影寻踪动态聚类模型的基础上,通过引入S型曲线作为投影方式,并据此首次提出了能够同时确定最佳聚类数和对应聚类结果的最优曲线投影动态聚类指标。该动态聚类指标完全由数据驱动,具有计算简便并且物理意义清晰等特点。南京站洪水过程的应用结果表明:最优洪水动态分类指标在洪水聚类分析中是有效的,能提供明确、客观及合理的分类数和分类结果。