SUV車輛差動(dòng)制動(dòng)防側(cè)翻控制研究

徐中明，張志飛，于海興，等

摘要：目的：SUV車輛側(cè)翻事故發(fā)生率和死亡率較高，必須及時(shí)采取主動(dòng)安全措施。由于側(cè)翻事故瞬時(shí)發(fā)生，保證側(cè)翻預(yù)警和控制的有效性和實(shí)時(shí)性較為困難。本文以SUV車輛配置較多的兩前輪獨(dú)立后輪低選控制布置形式的ABS為基礎(chǔ)，基于TTR側(cè)翻預(yù)警技術(shù)研究設(shè)計(jì)差動(dòng)制動(dòng)防側(cè)翻控制系統(tǒng)，利用CarSim和Matlab/Simulink進(jìn)行魚(yú)鉤轉(zhuǎn)向工況的仿真分析，對(duì)所提出的差動(dòng)制動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行可行性驗(yàn)證。方法：① 側(cè)翻模型方面，建立了SUV車輛的三自由度線性側(cè)翻模型并簡(jiǎn)化為狀態(tài)空間方程形式，應(yīng)用于側(cè)翻風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警和防側(cè)翻控制；出于實(shí)車狀態(tài)參數(shù)仿真精度和驗(yàn)證側(cè)翻預(yù)警與控制效果的需要，建立了CarSim非線性整車動(dòng)力學(xué)模型，作為研究側(cè)翻動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的實(shí)車仿真模型。② 側(cè)翻預(yù)警算法方面，基于TTR側(cè)翻預(yù)警算法，以輪胎載荷轉(zhuǎn)移率為側(cè)翻指標(biāo)，利用所建立的三自由度側(cè)翻模型根據(jù)車輛行駛狀態(tài)在線進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)和預(yù)測(cè)側(cè)翻風(fēng)險(xiǎn)。③ 防側(cè)翻控制原理方面，根據(jù)最優(yōu)控制理論設(shè)計(jì)了LQG上層控制器，計(jì)算得到最優(yōu)的橫擺力偶矩以減少車輛能量損耗；通過(guò)差動(dòng)制動(dòng)協(xié)調(diào)器進(jìn)行車輛前軸左右車輪的制動(dòng)力分配和協(xié)調(diào)駕駛員的制動(dòng)操作；利用基于TTR的側(cè)翻預(yù)警技術(shù)協(xié)調(diào)控制邏輯，當(dāng)車輛有發(fā)生側(cè)翻危險(xiǎn)時(shí)便進(jìn)行橫擺力偶矩的控制輸入；而對(duì)滑移率控制的ABS下層控制器和執(zhí)行器保持不變。從而在不改變和影響原有ABS功能的基礎(chǔ)上建立了差動(dòng)制動(dòng)防側(cè)翻控制系統(tǒng)。其中，LQG上層控制器的最優(yōu)控制算法、差動(dòng)制動(dòng)協(xié)調(diào)器的制動(dòng)輪缸壓力分配算法和基于 TTR的預(yù)警算法與控制邏輯是該控制系統(tǒng)的核心。④ 試驗(yàn)驗(yàn)證與分析方法方面，采用CarSim非線性整車動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行魚(yú)鉤轉(zhuǎn)向輸入工況的實(shí)車仿真，利用Matlab/Simulink進(jìn)行差動(dòng)制動(dòng)防側(cè)翻控制系統(tǒng)的構(gòu)建和仿真，通過(guò)聯(lián)合仿真分析對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行有效性和時(shí)效性驗(yàn)證，避免實(shí)車大量側(cè)翻試驗(yàn)的損耗。結(jié)果：① 從魚(yú)鉤轉(zhuǎn)向試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，差動(dòng)制動(dòng)防側(cè)翻控制系統(tǒng)通過(guò)側(cè)翻預(yù)警技術(shù)可以更早地得知側(cè)翻危險(xiǎn)，及時(shí)地進(jìn)行差動(dòng)制動(dòng)防側(cè)翻控制輸入。無(wú)防側(cè)翻控制時(shí)車輛最終發(fā)生側(cè)翻，而有防側(cè)翻控制時(shí)車輛經(jīng)過(guò)通過(guò)有效地控制車輛狀態(tài)避免了側(cè)翻事故，尤其在即將發(fā)生側(cè)翻危險(xiǎn)的時(shí)間段內(nèi)，車輛側(cè)傾角、側(cè)傾角速度和質(zhì)心側(cè)偏角均得到明顯控制。② 控制系統(tǒng)對(duì)各車輪的制動(dòng)及時(shí)減小了車速，由前軸左右車輪的制動(dòng)力分配產(chǎn)生的橫擺力偶矩在即將發(fā)生側(cè)翻危險(xiǎn)的時(shí)間段內(nèi)明顯減小了汽車橫擺角速度。車速降低的情況下，雖然橫擺角速度有所下降，但被控車輛在繞至路肩后能夠在更短的縱向行駛距離內(nèi)回正，表明車輛具有良好的操縱穩(wěn)定性和路徑跟蹤能力。③ LTR整車預(yù)警值總體接近于CarSim實(shí)車仿真的精確值，能準(zhǔn)確地預(yù)知后軸車輪離地的情況，即基于TTR預(yù)警算法所得到的LTR預(yù)警值，能夠達(dá)到所需的側(cè)翻預(yù)警精度。側(cè)翻預(yù)警的時(shí)效性與所設(shè)定的最大側(cè)翻預(yù)警時(shí)間TTRmax和預(yù)警計(jì)算的時(shí)間步長(zhǎng)Ts有關(guān)。TTRmax越大、Ts越小，預(yù)警能力越強(qiáng)，預(yù)警精度越高，預(yù)警計(jì)算處理時(shí)間相應(yīng)越長(zhǎng)。仿真試驗(yàn)所得的側(cè)翻預(yù)警時(shí)間約是計(jì)算處理時(shí)間的1500倍，即在當(dāng)前微處理器技術(shù)水平下可以滿足控制系統(tǒng)的時(shí)效性要求。④ 控制系統(tǒng)對(duì)車輪進(jìn)行制動(dòng)的增壓、保壓、減壓過(guò)程中，后軸左右側(cè)車輪由于低選控制原則滑移率變化稍大，但并未出現(xiàn)后輪抱死側(cè)滑的情況；前軸左右側(cè)車輪滑移率基本維持在0.12～0.17范圍之內(nèi)，即前輪在較為穩(wěn)定附著情況下仍保有轉(zhuǎn)向能力，這有助于車輛按照駕駛員的轉(zhuǎn)向意圖安全行駛。因而，將ABS應(yīng)用于差動(dòng)制動(dòng)防側(cè)翻控制系統(tǒng)不僅可行而且能夠使ABS得到更充分的應(yīng)用。結(jié)論：建立了SUV車輛的側(cè)翻預(yù)警與控制模型，利用CarSim和Matlab/Simulink進(jìn)行車輛側(cè)翻動(dòng)力學(xué)的仿真分析?；诓顒?dòng)制動(dòng)原理，以SUV車輛較為常用的前輪獨(dú)立后輪低選控制布置形式的ABS為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了差動(dòng)制動(dòng)防側(cè)翻控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠有效減少側(cè)翻事故，滿足側(cè)翻預(yù)警有效性和實(shí)效性要求，不影響ABS防抱死性能，能夠在差動(dòng)制動(dòng)防止側(cè)翻的同時(shí)使車輛保有轉(zhuǎn)向能力，這有助于車輛保持良好的路徑跟蹤能力。

來(lái)源出版物：汽車工程, 2014, 36(5): 566-572

入選年份：2017

基于E-NCAP的10歲兒童損傷防護(hù)研究

曹立波，顏凌波，胡淵，等

摘要：目的：兒童作為道路交通事故中的易受傷群體，其道路交通安全問(wèn)題已不容忽視。2016版歐洲新車評(píng)價(jià)規(guī)程（E-NCAP）使用Q系列10歲兒童假人來(lái)對(duì)車輛安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)兒童乘員保護(hù)提出了新的要求。針對(duì)2016版E-NCAP要求，利用后排兒童約束系統(tǒng)仿真模型和整車有限元模型，對(duì)E-NCAP兩種工況下的Q系列10歲兒童假人響應(yīng)情況進(jìn)行仿真分析，并分別對(duì)兩種工況下的后排約束系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。方法：針對(duì)某國(guó)內(nèi)量產(chǎn)車型，采用MADYMO軟件建立并驗(yàn)證了后排兒童乘員約束系統(tǒng)仿真模型，采用Hypermesh軟件建立并驗(yàn)證了整車有限元模型。然后利用這些模型以Q系列10歲兒童假人為研究對(duì)象，對(duì)E-NCAP的正面40%偏置碰撞、側(cè)面碰撞兩種試驗(yàn)工況進(jìn)行仿真計(jì)算，并根據(jù) E-NCAP的評(píng)分規(guī)則進(jìn)行評(píng)分。在對(duì)兩種工況下乘員約束系統(tǒng)參數(shù)靈敏度分析的基礎(chǔ)上，選取對(duì)兒童損傷影響顯著的參數(shù)為優(yōu)化變量，以WIC（weighted injury criterion）最小為優(yōu)化目標(biāo)，利用 Kriging算法構(gòu)建響應(yīng)面模型并基于MODE FRONTIER軟件使用遺傳算法NSGA-II（nondominated sorting genetic algorithm II）對(duì)兩種工況進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化。結(jié)果：在正面40%偏置碰撞中，頭部HIC15為321.1、3 ms加速度為58.7 g、偏移量為327 mm；頸部軸向力為2.44 kN；胸部3 ms加速度為45.4 g，頭部得分為滿分4分，失分部位為頸部和胸部。在側(cè)面碰撞中，頭部HIC15為295.6、3 ms加速度為80.5 g；頸部合力為1.46 kN；胸部3 ms加速度為52.6 g，頸部和胸部得分均為滿分1分，頭部失分嚴(yán)重。靈敏度分析結(jié)果顯示，在正面40%偏置碰撞中，安全帶限力值、假人與安全帶的摩擦因數(shù)、后排座椅坐墊剛度對(duì)兒童乘員各部位損傷影響顯著，最終選取的最優(yōu)設(shè)計(jì)點(diǎn)為：安全帶限力值為2000 N、假人與安全帶的摩擦因數(shù)為0.5、后排座椅坐墊剛度為初始剛度的1.3，優(yōu)化后兒童頭部3 ms加速度、頸部軸向力以及胸部3 ms加速度下降幅度分別為38.1%，22.5%，18.1%，E-NCAP評(píng)分頭、胸部得分為滿分，總得分增加了 24.6%。而在側(cè)面碰撞中，增高坐墊的側(cè)翼剛度、增高坐墊剛度對(duì)兒童乘員損傷影響較大，選取的最優(yōu)設(shè)計(jì)點(diǎn)為：增高坐墊的側(cè)翼剛度為初始剛度的0.7、增高坐墊剛度為初始剛度的0.8，優(yōu)化后兒童頭部3 ms加速度下降幅度為13.4%，頸部合力和胸部3 ms加速度略有減小，E-NCAP得分為滿分，增加了36.5%。結(jié)論：在E-NCAP正面40%偏置碰撞、側(cè)面碰撞兩種工況下該車型原始約束系統(tǒng)對(duì)兒童的保護(hù)不夠完善，在Q10兒童假人頭、頸、胸3個(gè)部位出現(xiàn)不同程度的失分情況。靈敏度分析發(fā)現(xiàn)兩種工況下影響兒童乘員損傷的主要參數(shù)是不同的，合理匹配約束系統(tǒng)參數(shù)能有效減小兩種工況下的兒童乘員損傷，優(yōu)化后的約束系統(tǒng)參數(shù)在正面偏置碰撞中得分提高了 24.6%，側(cè)面碰撞中得分提高了 36.5%。采用拉丁超立方試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法抽取樣本點(diǎn)、Kriging算法創(chuàng)建響應(yīng)面并結(jié)合遺傳算法NSGA-II進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，這一流程可有效實(shí)現(xiàn)兒童約束系統(tǒng)參數(shù)最優(yōu)匹配，以提高車輛在E-NCAP兒童乘員保護(hù)動(dòng)態(tài)試驗(yàn)中的得分。

來(lái)源出版物：汽車工程, 2017, 39(6): 653-660

入選年份：2017

基于行駛工況分類的混合動(dòng)力車輛速度預(yù)測(cè)方法與能量管理策略

丁峰，齊蘊(yùn)龍，王偉達(dá)，等

摘要：目的：雙模式混合動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)相較于其他形式的混合動(dòng)力傳動(dòng)方案能夠更好的滿足重型非道路車輛調(diào)速范圍廣和驅(qū)動(dòng)功率大等特殊需求，但該方案結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，能量管理策略是保證雙模式混合動(dòng)力車輛正常高效運(yùn)行的核心內(nèi)容，可靠準(zhǔn)確的未來(lái)工況預(yù)測(cè)是實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)最優(yōu)能量管理策略的前提。方法：設(shè)計(jì)了基于預(yù)測(cè)控制的能量管理策略，通過(guò)實(shí)時(shí)優(yōu)化進(jìn)行功率在線分配。預(yù)測(cè)控制算法采用多步測(cè)試、滾動(dòng)優(yōu)化和反饋校正的思路，在滿足行駛需求和系統(tǒng)約束的條件下，在線合理分配需求功率，調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)，以獲得更佳的燃油經(jīng)濟(jì)性，并維持電池電量。提出了未來(lái)車速預(yù)測(cè)方法，利用 K均值聚類算法在離線狀態(tài)下將工況分類為平穩(wěn)工況與快變工況兩類，并實(shí)時(shí)判斷車輛當(dāng)前所處工況的類別。針對(duì)平穩(wěn)工況，采用基于馬爾科夫鏈的車速預(yù)測(cè)方法，認(rèn)為車輛的加速度變化是一種馬爾科夫過(guò)程，選擇典型平穩(wěn)工況計(jì)算得出馬爾科夫鏈模型轉(zhuǎn)移概率矩陣，根據(jù)馬爾科夫鏈模型進(jìn)行車速預(yù)測(cè)。針對(duì)快變工況，采用基于徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的車速預(yù)測(cè)方法，通過(guò)在線對(duì)駕駛員駕駛行為的學(xué)習(xí)進(jìn)行未來(lái)車速的預(yù)測(cè)，通過(guò)自組織中心選取和偽逆法確定權(quán)值的方法實(shí)現(xiàn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)。結(jié)果：針對(duì)一典型綜合循環(huán)工況的工況類別結(jié)果可以看出，在車輛速度急劇變化時(shí)，工況判斷為快變工況；而在車速小范圍波動(dòng)或是車輛緩慢加減速時(shí)，工況判斷為平穩(wěn)工況，由此可以說(shuō)明工況類別判斷方法的有效性。從車速預(yù)測(cè)結(jié)果可以看出，在大部分時(shí)間內(nèi)提出的車速預(yù)測(cè)方法都能較為準(zhǔn)確的進(jìn)行預(yù)測(cè)。引入均方根誤差RMSE作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，作為基準(zhǔn)的保持預(yù)測(cè)方法RMSE較高，預(yù)測(cè)精度較差，綜合預(yù)測(cè)方法結(jié)合了馬爾科夫鏈預(yù)測(cè)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)的優(yōu)點(diǎn)，其RMSE最小，預(yù)測(cè)精度最佳，較基準(zhǔn)提升了31%左右。對(duì)比了預(yù)測(cè)控制、保持控制、動(dòng)態(tài)規(guī)劃、規(guī)則等多種能量管理策略在不同工況下的仿真結(jié)果，預(yù)測(cè)控制與保持控制所得到的結(jié)果與動(dòng)態(tài)規(guī)劃相似，而預(yù)測(cè)控制的發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)分布相較于保持控制更為集中于高效區(qū)，而規(guī)則所得到的結(jié)果則較差，發(fā)動(dòng)機(jī)則常工作在低效區(qū)。對(duì)于車輛經(jīng)濟(jì)性的改善，預(yù)測(cè)控制接近于動(dòng)態(tài)規(guī)劃，較規(guī)則有較大的提升，并優(yōu)于保持控制，相較于基準(zhǔn)有最大18%的提升。結(jié)論：針對(duì)雙模式混合動(dòng)力車輛，提出了基于模型預(yù)測(cè)控制的能量管理策略，通過(guò)實(shí)時(shí)優(yōu)化在線進(jìn)行功率分配。提出了未來(lái)車速的分類預(yù)測(cè)方法，通過(guò)K均值聚類算法將工況分類為平穩(wěn)工況與快變工況兩類，并實(shí)時(shí)判斷車輛當(dāng)前所處工況類別。針對(duì)平穩(wěn)工況，采用了基于馬爾科夫鏈的車速預(yù)測(cè)方法，針對(duì)快變工況，采用了基于徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的車速預(yù)測(cè)方法。通過(guò)對(duì)仿真結(jié)果的分析對(duì)比，驗(yàn)證了車速預(yù)測(cè)方法的有效性，精確度提升31%，同時(shí)也驗(yàn)證了基于預(yù)測(cè)控制能量管理策略的有效性，燃油經(jīng)濟(jì)性較規(guī)則策略有18%的提升。

來(lái)源出版物：汽車工程, 2017, 39(11): 1223-1231

入選年份：2017

盾構(gòu)隧道粘度時(shí)變性漿液壁后注漿滲透擴(kuò)散模型

葉飛，茍長(zhǎng)飛，陳治，等

摘要：目的：壁后注漿參數(shù)控制不當(dāng)時(shí)，可能會(huì)引發(fā)地表沉隆超限，管片上浮、錯(cuò)臺(tái)、開(kāi)裂、壓碎或其他形式的破壞等工程問(wèn)題。為保證施工質(zhì)量與安全，需通過(guò)嚴(yán)格控制注漿壓力、注漿量等參數(shù)，以確保良好的注漿效果。本文利用達(dá)西定律推導(dǎo)黏度時(shí)變性漿液壁后注漿滲透范圍及漿液對(duì)管片造成的壓力計(jì)算式。方法：假定注漿漿液為黏度時(shí)變性流體，漿液黏度隨時(shí)間的變化呈指數(shù)函數(shù)；注漿漿液在盾尾間隙影響厚度范圍內(nèi)，沿與隧道管片表面平行的方向呈柱面均勻擴(kuò)散；漿液擴(kuò)散速度和漿液壓力水頭滿足達(dá)西定律。運(yùn)用達(dá)西定律，分別在盾尾注漿和管片注漿2種類型注漿方式下，推導(dǎo)漿液擴(kuò)散半徑及對(duì)管片產(chǎn)生的壓力計(jì)算式。通過(guò)具體實(shí)例，對(duì)比分析了是否考慮黏度時(shí)變性2種條件下漿液擴(kuò)散半徑及對(duì)管片產(chǎn)生壓力的計(jì)算結(jié)果，以及不同膠凝時(shí)間下漿液擴(kuò)散半徑及對(duì)管片產(chǎn)生壓力的計(jì)算結(jié)果。結(jié)果：（1）盾構(gòu)壁后注漿效果主要體現(xiàn)在漿液擴(kuò)散半徑及對(duì)管片產(chǎn)生的壓力上，與其相關(guān)的因素包括3個(gè)方面：即注漿壓力、注漿時(shí)間等施工參數(shù)，漿液初始黏度、凝膠時(shí)間等漿液特性參數(shù)，滲透系數(shù)等土體特性參數(shù)。推導(dǎo)出了考慮漿液黏度時(shí)變性條件下的漿液擴(kuò)散半徑及對(duì)管片產(chǎn)生的壓力計(jì)算式。在已知漿液特性和土體特性條件下，可通過(guò)理論公式計(jì)算不同施工參數(shù)的漿液擴(kuò)散半徑及對(duì)管片產(chǎn)生的壓力。（2）漿液擴(kuò)散半徑及對(duì)管片產(chǎn)生的壓力隨注漿壓力的增大、注漿時(shí)間的推移而增大。（3）其他條件相同時(shí)，漿液擴(kuò)散半徑考慮時(shí)變性的計(jì)算值小于不考慮時(shí)變性的計(jì)算值，兩者的差距隨著注漿壓力的增大和注漿時(shí)間的推移而增大；漿液對(duì)管片產(chǎn)生的壓力考慮時(shí)變性的計(jì)算值小于不考慮時(shí)變性的計(jì)算值，兩者的差距隨著注漿壓力的增大和注漿時(shí)間的推移而增大。（4）對(duì)比是否考慮漿液黏度時(shí)變性兩種情況下盾尾注漿柱面擴(kuò)散理論的基本公式后，提出了注漿時(shí)效函數(shù)，并繪制了函數(shù)曲線。可通過(guò)注漿時(shí)效函數(shù)來(lái)描述漿液黏度時(shí)變性對(duì)注漿效果的影響。注漿時(shí)效函數(shù)值在注漿時(shí)間趨于無(wú)窮大時(shí)存在極限值，這與漿液的性質(zhì)正好相吻合，即隨著注漿時(shí)間的推移，漿液最終會(huì)膠凝，不再擴(kuò)散。結(jié)論：（1）漿液擴(kuò)散半徑、漿液對(duì)管片產(chǎn)生的壓力受漿液黏度時(shí)變性影響明顯，其顯著程度隨漿液擴(kuò)散半徑、注漿時(shí)間的增大而增大；漿液對(duì)單位面積管片的壓力幾乎不受漿液黏度時(shí)變性影響。（2）漿液擴(kuò)散半徑、漿液對(duì)管片產(chǎn)生的壓力受漿液膠凝時(shí)間的影響顯著，膠凝時(shí)間長(zhǎng)的漿液擴(kuò)散半徑和對(duì)管片產(chǎn)生的壓力較大。（3）在盾構(gòu)隧道壁后注漿施工中，可通過(guò)調(diào)整材料配比來(lái)改變漿液膠凝時(shí)間，通過(guò)調(diào)整注漿壓力和注漿時(shí)間來(lái)改變漿液擴(kuò)散范圍和對(duì)管片產(chǎn)生的壓力。

來(lái)源出版物：中國(guó)公路學(xué)報(bào), 2013, 26(1): 127-134

入選年份：2017

擴(kuò)底楔形樁沉樁擠土效應(yīng)理論分析

孔綱強(qiáng)，周航

摘要：目的：擴(kuò)底樁是通過(guò)在預(yù)制樁靜壓沉樁或者鉆孔灌注樁沉樁底部注漿或者夯擴(kuò)形成擴(kuò)大頭，使樁身下部直徑大于上部樁徑，從而提高基樁豎向抗壓和抗拔承載力。擴(kuò)底楔形樁是在靜壓預(yù)應(yīng)力楔形管樁的基礎(chǔ)上，通過(guò)在樁端注漿或者夯擴(kuò)形成擴(kuò)大頭，以達(dá)到同時(shí)提高樁側(cè)摩阻力和樁端阻力的目的。為了分析擴(kuò)底楔形樁施工過(guò)程中擴(kuò)大頭注漿或夯擴(kuò)施工對(duì)樁周土體的擠土效應(yīng)，為擴(kuò)底楔形樁在工程應(yīng)用中的設(shè)計(jì)與計(jì)算提供理論依據(jù)。方法：基于球孔擴(kuò)張理論，考慮擴(kuò)底楔形樁施工中的楔形樁靜壓沉樁完成后的土體應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng)影響，建立擴(kuò)底楔形樁施工中擴(kuò)大頭注漿或夯擴(kuò)沉樁過(guò)程中樁周土體位移場(chǎng)的理論計(jì)算方法。理論模型的基本假設(shè)：（1）把楔形樁擴(kuò)大頭的施工過(guò)程看成是在內(nèi)壓作用下由初始半徑為0的球形孔洞擴(kuò)張至樁半徑的球形孔洞過(guò)程；（2）擴(kuò)大頭在擠擴(kuò)的過(guò)程中，擴(kuò)大頭附近土體由彈性狀態(tài)進(jìn)入塑性狀態(tài)，擠擴(kuò)完畢后擴(kuò)大頭周圍土體分為兩塊區(qū)域——彈性區(qū)和塑性區(qū)；（3）彈性區(qū)土體應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系服從胡克定律，塑性區(qū)土體應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系服從摩爾-庫(kù)倫彈塑性模型；（4）擴(kuò)大頭施工之前，擴(kuò)大頭周圍土體的初始應(yīng)力由楔形樁靜壓沉樁完畢后所產(chǎn)生的應(yīng)力場(chǎng)確定，擴(kuò)大頭施工完畢后的應(yīng)力場(chǎng)由楔形樁施工產(chǎn)生的應(yīng)力場(chǎng)與擴(kuò)大頭施工產(chǎn)生的應(yīng)力場(chǎng)疊加可獲得。將基于楔形樁沉樁后應(yīng)力場(chǎng)基礎(chǔ)上建立的擴(kuò)大頭擠擴(kuò)效應(yīng)的計(jì)算結(jié)果，與等截面樁沉樁后的擴(kuò)大頭擠擴(kuò)效應(yīng)、半無(wú)限空間內(nèi)無(wú)樁情況下的擴(kuò)大頭擠擴(kuò)效應(yīng)進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證所建立理論計(jì)算模型的準(zhǔn)確性和可靠性。最后，開(kāi)展擴(kuò)大頭直徑、土體參數(shù)，以及楔形樁沉樁后應(yīng)力場(chǎng)、位移場(chǎng)規(guī)律等因素對(duì)擴(kuò)大頭施工擠土效應(yīng)的影響規(guī)律分析。結(jié)果：針對(duì)考慮楔形樁沉樁過(guò)程影響，擴(kuò)底楔形樁的擴(kuò)大頭注漿或者夯擴(kuò)施工過(guò)程中的樁周土體應(yīng)力場(chǎng)問(wèn)題，可以得到如下幾點(diǎn)結(jié)果。（1）楔形樁沉樁過(guò)程中造成的徑向和切向擠土應(yīng)力要小于同等條件下的等截面樁；半無(wú)限空間內(nèi)無(wú)樁情況下的擴(kuò)大頭擠擴(kuò)造成的徑向和切向擠土應(yīng)力是最小的。（2）楔形樁、等截面樁、半無(wú)限空間內(nèi)無(wú)樁這3種情況下樁周豎向擠土應(yīng)力是一樣的，這是由于在楔形樁、等截面樁這兩種情況中樁身施工時(shí)主要產(chǎn)生徑向和切向擠土應(yīng)力而豎向擠土應(yīng)力較小可以忽略不計(jì)，所以豎向應(yīng)力主要是由樁端擴(kuò)大頭擠擴(kuò)產(chǎn)生的。（3）擴(kuò)底楔形樁樁體和擴(kuò)大頭兩部分施工完畢后樁周土體應(yīng)力增量主要表現(xiàn)在徑向和切向兩個(gè)方向，而豎向的應(yīng)力變化相對(duì)于前兩個(gè)方向比較小，甚至可以忽略不計(jì)。（4）擴(kuò)底楔形樁在施工過(guò)程中楔形樁樁身施工過(guò)程中造成的樁周土體應(yīng)力的變化要遠(yuǎn)大于擴(kuò)大頭的施工所造成的土體應(yīng)力的變化，楔形樁樁身施工所產(chǎn)生的擠土應(yīng)力起主導(dǎo)作用。（5）擴(kuò)大頭直徑只對(duì)樁端附近的擠土應(yīng)力有影響，對(duì)離樁端稍遠(yuǎn)處（如4～5倍擴(kuò)大頭直徑）影響變得很?。煌馏w的強(qiáng)度參數(shù)中黏聚力對(duì)樁周土體的擠土應(yīng)力起主要作用。結(jié)論：所建立的理論計(jì)算方法能夠較好的模擬樁端擴(kuò)大頭施工所造成的樁周土體擠土應(yīng)力，以及擴(kuò)大頭注漿或夯擴(kuò)沉樁過(guò)程。

來(lái)源出版物：中國(guó)公路學(xué)報(bào), 2014, 27(2): 9-16

入選年份：2017