2019年第41卷第5期文章目次
2019, 41(5):1-8.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.088
摘要:
抗滑桩桩间形成的土拱是水平土拱和竖向摩擦拱的共同体现，具有明显的三维特征。利用颗粒流分析软件PFC3D建立数值模型，在桩后不同高度处及同一水平面不同位置设置一系列测量球，监测桩后土体应力变化情况。结合颗粒位移变化情况对抗滑桩桩间三维土拱效应的形成演化进行分析，并对土拱厚度的演化规律做了深入研究，提出结合相对位移和最大主应力等值线综合确定土拱厚度的新方法。分析表明：桩后土拱由桩间临空面靠近桩底开始并不断向土体内部和上部发展，土拱的破坏过程由桩底向桩顶扩展；土拱厚度随深度变化表现为沿桩底向桩顶先增加后减小的趋势；土拱厚度随时间的变化表现为随着加载时间增加，土拱厚度先增加后减小直至土拱破坏。
抗滑桩桩间形成的土拱是水平土拱和竖向摩擦拱的共同体现，具有明显的三维特征。利用颗粒流分析软件PFC3D建立数值模型，在桩后不同高度处及同一水平面不同位置设置一系列测量球，监测桩后土体应力变化情况。结合颗粒位移变化情况对抗滑桩桩间三维土拱效应的形成演化进行分析，并对土拱厚度的演化规律做了深入研究，提出结合相对位移和最大主应力等值线综合确定土拱厚度的新方法。分析表明：桩后土拱由桩间临空面靠近桩底开始并不断向土体内部和上部发展，土拱的破坏过程由桩底向桩顶扩展；土拱厚度随深度变化表现为沿桩底向桩顶先增加后减小的趋势；土拱厚度随时间的变化表现为随着加载时间增加，土拱厚度先增加后减小直至土拱破坏。
2019, 41(5):9-17.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.089
摘要:
为研究基坑底部土体裙边加固对基坑变形和内力的影响，分别对未进行坑底加固和采用坑底裙边加固2种工况进行模型试验。在填土过程中预先浇筑加固土体，实现坑底土体加固。在基坑开挖过程中对地表沉降、冠梁侧向位移、桩身弯矩以及桩后土压力进行监测。用有限元软件Abaqus对模型试验进行拓展，将基坑变形的计算结果进行极差分析。研究表明，对坑底土体采用裙边加固，可以有效地减小支护结构的侧向位移；坑顶地表沉降虽有减小，但效果不明显；桩身弯矩略小于未进行坑底加固的工况；土体开挖，桩随着坑底下某一点发生转动，造成桩上半部分土压力减小，桩底处土压力增大；裙边加固尺寸中深度相较于宽度对基坑的变形影响更大；土体加固深度与宽度超过一定范围，控制基坑变形的效果有所提高但不明显，加固深度宜取0.3~0.4倍的开挖深度，宽度宜取0.35~0.45倍的开挖深度。
为研究基坑底部土体裙边加固对基坑变形和内力的影响，分别对未进行坑底加固和采用坑底裙边加固2种工况进行模型试验。在填土过程中预先浇筑加固土体，实现坑底土体加固。在基坑开挖过程中对地表沉降、冠梁侧向位移、桩身弯矩以及桩后土压力进行监测。用有限元软件Abaqus对模型试验进行拓展，将基坑变形的计算结果进行极差分析。研究表明，对坑底土体采用裙边加固，可以有效地减小支护结构的侧向位移；坑顶地表沉降虽有减小，但效果不明显；桩身弯矩略小于未进行坑底加固的工况；土体开挖，桩随着坑底下某一点发生转动，造成桩上半部分土压力减小，桩底处土压力增大；裙边加固尺寸中深度相较于宽度对基坑的变形影响更大；土体加固深度与宽度超过一定范围，控制基坑变形的效果有所提高但不明显，加固深度宜取0.3~0.4倍的开挖深度，宽度宜取0.35~0.45倍的开挖深度。
2019, 41(5):18-26.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.090
摘要:
采用车辆轨道路基垂向耦合动力学模型，研究了轨道高低不平顺下有砟轨道路基动力影响系数φi的概率分布特性；根据循环荷载下路基粗粒土典型填料单元模型试验反映出的累积变形状态特征与荷载水平的关系，明确了基床以下填料处于无时间效应变形状态、基床填料处于微弱时间效应变形状态的设计工作状态；以基床结构的动强度、长期动力稳定性、循环变形为设计控制指标，开展了高速铁路有砟轨道基床结构的技术条件分析。研究表明：表征路基承受列车动力效应程度的φi沿线路纵向服从对数正态分布；列车荷载作用下，路基各结构层的累积变形状态与填料性质密切相关；基床结构的长期动力稳定性为设计主控因素，据此，提出了适用于350 km/h有砟轨道高铁基床双层结构型式的技术标准建议。
采用车辆轨道路基垂向耦合动力学模型，研究了轨道高低不平顺下有砟轨道路基动力影响系数φi的概率分布特性；根据循环荷载下路基粗粒土典型填料单元模型试验反映出的累积变形状态特征与荷载水平的关系，明确了基床以下填料处于无时间效应变形状态、基床填料处于微弱时间效应变形状态的设计工作状态；以基床结构的动强度、长期动力稳定性、循环变形为设计控制指标，开展了高速铁路有砟轨道基床结构的技术条件分析。研究表明：表征路基承受列车动力效应程度的φi沿线路纵向服从对数正态分布；列车荷载作用下，路基各结构层的累积变形状态与填料性质密切相关；基床结构的长期动力稳定性为设计主控因素，据此，提出了适用于350 km/h有砟轨道高铁基床双层结构型式的技术标准建议。
2019, 41(5):27-34.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.091
摘要:
通过模型槽试验和有限元相结合的方法，研究了在倾斜基岩条件下高架轨道交通引起地表振动的衰减规律，分析倾斜角度、荷载频率、桩长对地面环境振动的影响。结果表明：倾斜基岩条件下，地表振动衰减快慢呈现出方向差异化，一般沿基岩倾斜正下方衰减最慢，沿正上方衰减最快，并从正下方到正上方衰减逐渐变快。基岩层倾角越大，地面振动响应越小，基岩倾角变化对地面振动响应的方向差异化影响较为显著。随着荷载频率的增加，地表响应速度先线性增加，然后增速变缓；当频率为13 Hz时，与桩等距离各方向振动响应差异最大。地表速度响应随桩长增加呈线性减小，且距桩越近减小越快；桩长变化对与桩等距离各方向振动响应差异影响并不明显。
通过模型槽试验和有限元相结合的方法，研究了在倾斜基岩条件下高架轨道交通引起地表振动的衰减规律，分析倾斜角度、荷载频率、桩长对地面环境振动的影响。结果表明：倾斜基岩条件下，地表振动衰减快慢呈现出方向差异化，一般沿基岩倾斜正下方衰减最慢，沿正上方衰减最快，并从正下方到正上方衰减逐渐变快。基岩层倾角越大，地面振动响应越小，基岩倾角变化对地面振动响应的方向差异化影响较为显著。随着荷载频率的增加，地表响应速度先线性增加，然后增速变缓；当频率为13 Hz时，与桩等距离各方向振动响应差异最大。地表速度响应随桩长增加呈线性减小，且距桩越近减小越快；桩长变化对与桩等距离各方向振动响应差异影响并不明显。
2019, 41(5):35-41.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.092
摘要:
河道底泥的压缩性状是影响河道底泥环保疏浚设计及处置的一个关键因素，采集了4条河道的底泥，针对4种城市河道底泥和过氧化氢处理的底泥开展了一系列物理和压缩试验，研究河道底泥的压缩性状，探讨有机质含量对河道底泥压缩性状的影响规律。试验结果表明，河道底泥的有机质含量变化范围大，河道底泥的压缩性状与底泥的物理性状密切相关，与无机质土类似，初始孔隙比和液限孔隙比是河道底泥压缩性状的两个关键控制因素。有机质对底泥压缩性状的影响可以归结于液限孔隙比的改变，有机质含量主要影响河道底泥的液限和比重，进而导致河道底泥重塑屈服应力σ'yr和压缩性状发生改变。有机质含量越高，液限孔隙比越大，压缩指数越大，呈现出的压缩性越高。
河道底泥的压缩性状是影响河道底泥环保疏浚设计及处置的一个关键因素，采集了4条河道的底泥，针对4种城市河道底泥和过氧化氢处理的底泥开展了一系列物理和压缩试验，研究河道底泥的压缩性状，探讨有机质含量对河道底泥压缩性状的影响规律。试验结果表明，河道底泥的有机质含量变化范围大，河道底泥的压缩性状与底泥的物理性状密切相关，与无机质土类似，初始孔隙比和液限孔隙比是河道底泥压缩性状的两个关键控制因素。有机质对底泥压缩性状的影响可以归结于液限孔隙比的改变，有机质含量主要影响河道底泥的液限和比重，进而导致河道底泥重塑屈服应力σ'yr和压缩性状发生改变。有机质含量越高，液限孔隙比越大，压缩指数越大，呈现出的压缩性越高。
2019, 41(5):42-48.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.093
摘要:
中国是受热带台风灾害影响最为严重的国家之一，由于强风暴雨作用引起的林木根系拔出及倾倒破坏致使交通中断、车辆受损、人员伤亡等次生灾害与日俱增。为进一步研究土体物理特性对林木抗拉拔性能的影响，采用自主设计的根系横向加载试验系统，通过对银杏树苗施加定速率横向加载的拉拔试验，模拟外力荷载下根系的倾倒过程。试验设置了5组梯度含水率和4种埋深工况分析土体含水率、根系埋深对拔出过程中抗拉拔力的影响。研究表明：在粉质砂土中，黏聚力根系位移抗拉拔力曲线中抗拉拔力的变化可以概括为平缓上升、陡峭上升和缓慢上升达到峰值3个阶段；最大抗拉拔力随含水率提升呈现先升后降的总体趋势，与土体黏聚力变化的总体趋势相同，当含水率趋近饱和含水率时，最大抗拉拔力衰减显著；当含水率一定时，根系的最大抗拉拔力随着根系埋深的增加，在试验设置的埋深区间内呈线性趋势增长。
中国是受热带台风灾害影响最为严重的国家之一，由于强风暴雨作用引起的林木根系拔出及倾倒破坏致使交通中断、车辆受损、人员伤亡等次生灾害与日俱增。为进一步研究土体物理特性对林木抗拉拔性能的影响，采用自主设计的根系横向加载试验系统，通过对银杏树苗施加定速率横向加载的拉拔试验，模拟外力荷载下根系的倾倒过程。试验设置了5组梯度含水率和4种埋深工况分析土体含水率、根系埋深对拔出过程中抗拉拔力的影响。研究表明：在粉质砂土中，黏聚力根系位移抗拉拔力曲线中抗拉拔力的变化可以概括为平缓上升、陡峭上升和缓慢上升达到峰值3个阶段；最大抗拉拔力随含水率提升呈现先升后降的总体趋势，与土体黏聚力变化的总体趋势相同，当含水率趋近饱和含水率时，最大抗拉拔力衰减显著；当含水率一定时，根系的最大抗拉拔力随着根系埋深的增加，在试验设置的埋深区间内呈线性趋势增长。
2019, 41(5):49-58.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.094
摘要:
为研究开口和闭口试桩在黏性土体静力沉桩过程中荷载传递规律及承载性能的差异性，采用桩身开槽预埋增敏微型光纤光栅传感器的方法，针对黏性地基土，开展两组不同桩端形式模型试桩承载性能对比试验，测得沉桩过程中压桩力、桩端阻力、桩侧摩阻力及桩身轴力发展变化规律。结果表明：光纤光栅传感器可实时监测沉桩过程中桩身受力状态；开口和闭口模型管桩的压桩力、桩端阻力等荷载均随着沉桩深度的增加呈增长趋势，而不同贯入深度下的桩身轴力却逐渐递减；黏性土中的静力压桩、开口管桩和闭口管桩的桩端阻力占比均超过50%；在桩侧摩阻力发挥上，双壁开口模型管桩外管是内管的3倍。当开口管桩贯入深度达到最大值90 cm时，土塞高度稳定在33 cm，此时，桩侧单位侧摩阻力的分布呈下大上小的形式。
为研究开口和闭口试桩在黏性土体静力沉桩过程中荷载传递规律及承载性能的差异性，采用桩身开槽预埋增敏微型光纤光栅传感器的方法，针对黏性地基土，开展两组不同桩端形式模型试桩承载性能对比试验，测得沉桩过程中压桩力、桩端阻力、桩侧摩阻力及桩身轴力发展变化规律。结果表明：光纤光栅传感器可实时监测沉桩过程中桩身受力状态；开口和闭口模型管桩的压桩力、桩端阻力等荷载均随着沉桩深度的增加呈增长趋势，而不同贯入深度下的桩身轴力却逐渐递减；黏性土中的静力压桩、开口管桩和闭口管桩的桩端阻力占比均超过50%；在桩侧摩阻力发挥上，双壁开口模型管桩外管是内管的3倍。当开口管桩贯入深度达到最大值90 cm时，土塞高度稳定在33 cm，此时，桩侧单位侧摩阻力的分布呈下大上小的形式。
2019, 41(5):59-66.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.095
摘要:
对桩心配筋桩、钢管+桩心配筋桩和钢管+H型钢桩共27根试件进行极限抗弯承载力试验，发现桩心配筋桩极限抗弯承载力较低且为脆性破坏，钢管+桩心配筋桩和钢管+H型钢桩表现出较高的极限抗弯承载力和延性性能。对桩心配筋桩、钢管+桩心配筋桩和钢管+H型钢桩荷载位移曲线进行分析，将桩心配筋桩受荷分为试件咬合阶段、弹性阶段、弹塑性阶段和破坏阶段，将钢管+桩心配筋桩和钢管+H型钢桩分为试件咬合阶段、弹性阶段、弹塑性阶段和强化阶段。钢管+桩心配筋桩极限抗弯承载力计算可用钢管混凝土桩极限抗弯承载力乘以1.2的提高系数计算。
对桩心配筋桩、钢管+桩心配筋桩和钢管+H型钢桩共27根试件进行极限抗弯承载力试验，发现桩心配筋桩极限抗弯承载力较低且为脆性破坏，钢管+桩心配筋桩和钢管+H型钢桩表现出较高的极限抗弯承载力和延性性能。对桩心配筋桩、钢管+桩心配筋桩和钢管+H型钢桩荷载位移曲线进行分析，将桩心配筋桩受荷分为试件咬合阶段、弹性阶段、弹塑性阶段和破坏阶段，将钢管+桩心配筋桩和钢管+H型钢桩分为试件咬合阶段、弹性阶段、弹塑性阶段和强化阶段。钢管+桩心配筋桩极限抗弯承载力计算可用钢管混凝土桩极限抗弯承载力乘以1.2的提高系数计算。
2019, 41(5):67-72.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.096
摘要:
可靠度方法因其更符合边坡岩土体的非均匀性及失稳破坏的不确定性特征，受到科研及工程设计人员的重视。然而，目前没有成熟且能够用于可靠度分析的随机有限元软件，而跨平台的随机场生成和稳定性分析增加了可靠度分析的难度，从而限制了其推广应用。基于Python语言和Abaqus平台，开发了一套能自动计算边坡可靠度的随机有限元算法。在给定边坡几何参数及土体抗剪强度参数的均值、相关距离和变异系数前提下，利用该算法可自动实现非平稳随机场的离散及边坡失效概率的计算；该程序有效地解决了多种软件交互使用的稳定对接和子程序编写等难题；与经典的边坡算例进行对比，计算结果验证了该方法的可靠性。
可靠度方法因其更符合边坡岩土体的非均匀性及失稳破坏的不确定性特征，受到科研及工程设计人员的重视。然而，目前没有成熟且能够用于可靠度分析的随机有限元软件，而跨平台的随机场生成和稳定性分析增加了可靠度分析的难度，从而限制了其推广应用。基于Python语言和Abaqus平台，开发了一套能自动计算边坡可靠度的随机有限元算法。在给定边坡几何参数及土体抗剪强度参数的均值、相关距离和变异系数前提下，利用该算法可自动实现非平稳随机场的离散及边坡失效概率的计算；该程序有效地解决了多种软件交互使用的稳定对接和子程序编写等难题；与经典的边坡算例进行对比，计算结果验证了该方法的可靠性。
2019, 41(5):73-81.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.097
摘要:
对1片现浇剪力墙和轴压比不同的3片新型钢管混凝土边缘约束叠合剪力墙进行拟静力试验，研究其在往复水平荷载作用下的试验现象、破坏形式和抗震性能，提出钢管混凝土边缘约束叠合剪力墙屈服承载力的计算方法；采用XTRACT有限元分析软件对新型剪力墙峰值承载力进行算例验证，二者结果吻合较好。研究表明：钢管混凝土边缘约束叠合剪力墙的水平承载力和耗能能力较现浇混凝土剪力墙有所提高；其承载力随着轴压比的增大而增大；实验范围内的轴压比对其耗能能力的影响较小。
对1片现浇剪力墙和轴压比不同的3片新型钢管混凝土边缘约束叠合剪力墙进行拟静力试验，研究其在往复水平荷载作用下的试验现象、破坏形式和抗震性能，提出钢管混凝土边缘约束叠合剪力墙屈服承载力的计算方法；采用XTRACT有限元分析软件对新型剪力墙峰值承载力进行算例验证，二者结果吻合较好。研究表明：钢管混凝土边缘约束叠合剪力墙的水平承载力和耗能能力较现浇混凝土剪力墙有所提高；其承载力随着轴压比的增大而增大；实验范围内的轴压比对其耗能能力的影响较小。
2019, 41(5):82-91.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.098
摘要:
现有针对钢筋混凝土框架结构的等效阻尼比公式大多使用简化的单自由度滞回模型等效推导得出，难以充分反映结构的整体非线性滞回特征。按现行抗震规范设计了66个不同层数和跨度的规则钢筋混凝土框架结构，并对其进行单向推覆分析，选出其中主要通过梁铰变形耗能的51个结构进行往复推覆分析，基于等能量耗散原则建立了适用的整体等效阻尼比模型，分析表明，基于该等效阻尼比的结构位移需求预测值总体偏低。为此，进一步通过动力时程分析对其进行修正，采用修正后的整体等效阻尼比模型进行拟静力非线性分析，所得结果与时程分析得到的平均最大位移基本一致，说明该模型具有较好的适用性，可以更好地反映结构整体耗能特性。
现有针对钢筋混凝土框架结构的等效阻尼比公式大多使用简化的单自由度滞回模型等效推导得出，难以充分反映结构的整体非线性滞回特征。按现行抗震规范设计了66个不同层数和跨度的规则钢筋混凝土框架结构，并对其进行单向推覆分析，选出其中主要通过梁铰变形耗能的51个结构进行往复推覆分析，基于等能量耗散原则建立了适用的整体等效阻尼比模型，分析表明，基于该等效阻尼比的结构位移需求预测值总体偏低。为此，进一步通过动力时程分析对其进行修正，采用修正后的整体等效阻尼比模型进行拟静力非线性分析，所得结果与时程分析得到的平均最大位移基本一致，说明该模型具有较好的适用性，可以更好地反映结构整体耗能特性。
2019, 41(5):92-98.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.099
摘要:
试验制作了塑钢纤维掺量分别为0、3、6、9 kg/m3的4根轻骨料混凝土梁，研究塑钢纤维对轻骨料混凝土梁受弯性能的影响。结果表明：塑钢纤维有效地延缓了梁裂缝的发展，减小了最大裂缝宽度，使裂缝变得多而密；梁的开裂弯矩和极限弯矩随塑钢纤维掺量的增加均得到不同程度的提高，LC-9梁的开裂弯矩和极限弯矩相较于LC-0梁分别提高了72%和8.43%；纤维掺量增加，梁的屈服挠度减小，极限挠度增大，挠度延性系数μf增大，最大提高了92.23%；塑钢纤维使梁的相对受压区高度略微增大，持荷能力提高，降低了受拉钢筋应变，延缓了钢筋的屈服时间。
试验制作了塑钢纤维掺量分别为0、3、6、9 kg/m3的4根轻骨料混凝土梁，研究塑钢纤维对轻骨料混凝土梁受弯性能的影响。结果表明：塑钢纤维有效地延缓了梁裂缝的发展，减小了最大裂缝宽度，使裂缝变得多而密；梁的开裂弯矩和极限弯矩随塑钢纤维掺量的增加均得到不同程度的提高，LC-9梁的开裂弯矩和极限弯矩相较于LC-0梁分别提高了72%和8.43%；纤维掺量增加，梁的屈服挠度减小，极限挠度增大，挠度延性系数μf增大，最大提高了92.23%；塑钢纤维使梁的相对受压区高度略微增大，持荷能力提高，降低了受拉钢筋应变，延缓了钢筋的屈服时间。
2019, 41(5):99-108.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.100
摘要:
速生杨木在中国种植范围广，但由于力学性能差、变形大等缺点，其应用受到很大限制，迫切需要对速生杨木进行改性处理。主要考虑不同板材厚度（5、10、15、20 mm）和不同纹理（径向、弦向）两个因素对改性速生杨木进行力学性能试验研究。试验表明：随着板材厚度的减小，试件破坏由单个斜截面破坏至连续斜截面破坏，再到水平压皱破坏，最后出现双曲破坏和单板弯曲破坏。不同板材厚度改性试件抗压试验中，与对比试件相比，改性试件的力学性能有较大提高，且随着板材厚度的减小，试件的抗压强度、峰值压应变、弹性模量等均显著增大。不同纹理组合改性试件抗压试验中，弦向与弦向纹理组合试件力学性能最优，其次为径向与径向纹理组合试件，最低为弦向与径向纹理组合试件。同时，在顺纹加顺纹的纹理组合方式下，与对比试件相比改性试件的抗压强度、峰值压应变、弹性模量等均有提高显著；在顺纹加横纹的纹理组合方式下，改性试件的抗压强度和弹性模量反而有所降低。
速生杨木在中国种植范围广，但由于力学性能差、变形大等缺点，其应用受到很大限制，迫切需要对速生杨木进行改性处理。主要考虑不同板材厚度（5、10、15、20 mm）和不同纹理（径向、弦向）两个因素对改性速生杨木进行力学性能试验研究。试验表明：随着板材厚度的减小，试件破坏由单个斜截面破坏至连续斜截面破坏，再到水平压皱破坏，最后出现双曲破坏和单板弯曲破坏。不同板材厚度改性试件抗压试验中，与对比试件相比，改性试件的力学性能有较大提高，且随着板材厚度的减小，试件的抗压强度、峰值压应变、弹性模量等均显著增大。不同纹理组合改性试件抗压试验中，弦向与弦向纹理组合试件力学性能最优，其次为径向与径向纹理组合试件，最低为弦向与径向纹理组合试件。同时，在顺纹加顺纹的纹理组合方式下，与对比试件相比改性试件的抗压强度、峰值压应变、弹性模量等均有提高显著；在顺纹加横纹的纹理组合方式下，改性试件的抗压强度和弹性模量反而有所降低。
2019, 41(5):109-114.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.101
摘要:
为了更有效地求解二维耦合热弹性动力学问题，对无网格自然邻接点Petrov-Galerkin法在此类问题中的应用进行了研究，并发展了相应的计算方法。该方法建立试函数时可以只依赖于一组离散的节点，有效地避免了复杂的网格划分和网格畸变的影响。相对于常用的移动最小二乘而言，自然邻接点插值不涉及复杂的矩阵求逆运算，更不需要任何人为参数。由于运动方程和瞬态热传导方程相互影响，这些方程必须联立求解。采用Newmark法求解空间离散后得到的二阶常微分方程组，进而可直接获得温度场和位移场的数值结果。
为了更有效地求解二维耦合热弹性动力学问题，对无网格自然邻接点Petrov-Galerkin法在此类问题中的应用进行了研究，并发展了相应的计算方法。该方法建立试函数时可以只依赖于一组离散的节点，有效地避免了复杂的网格划分和网格畸变的影响。相对于常用的移动最小二乘而言，自然邻接点插值不涉及复杂的矩阵求逆运算，更不需要任何人为参数。由于运动方程和瞬态热传导方程相互影响，这些方程必须联立求解。采用Newmark法求解空间离散后得到的二阶常微分方程组，进而可直接获得温度场和位移场的数值结果。
2019, 41(5):115-124.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.102
摘要:
以一般大气环境喷射混凝土永久衬砌长大公路隧道为工程背景，开展汽车尾气中氮氧化物对喷射混凝土衬砌结构中性化过程及机理研究。以pH值为2的硝酸溶液为侵蚀介质，对喷射混凝土开展浸泡试验。以侵蚀喷射混凝土的物理力学性能及离子含量为表征指标，分析喷射混凝土中性化过程。采用X射线衍射、热分析及扫描电镜，分析及表征喷射混凝土中性化区的物相组成及微观形貌，研究喷射混凝土中性化发展过程及机理。结果表明，硝酸侵蚀喷射混凝土中性化演化过程可分为中和反应阶段、水化产物分解阶段、混凝土表面剥蚀等3个阶段。期间，喷射混凝土pH值逐渐下降，NO3-含量升高。随着侵蚀的进行，水化硅酸钙及氢氧化钙的含量降低，硝酸钙、硝酸型水化氮铝酸钙及高岭石的相对含量增大，微观结构被破坏，中性化速度加快，物理力学性能降低。
以一般大气环境喷射混凝土永久衬砌长大公路隧道为工程背景，开展汽车尾气中氮氧化物对喷射混凝土衬砌结构中性化过程及机理研究。以pH值为2的硝酸溶液为侵蚀介质，对喷射混凝土开展浸泡试验。以侵蚀喷射混凝土的物理力学性能及离子含量为表征指标，分析喷射混凝土中性化过程。采用X射线衍射、热分析及扫描电镜，分析及表征喷射混凝土中性化区的物相组成及微观形貌，研究喷射混凝土中性化发展过程及机理。结果表明，硝酸侵蚀喷射混凝土中性化演化过程可分为中和反应阶段、水化产物分解阶段、混凝土表面剥蚀等3个阶段。期间，喷射混凝土pH值逐渐下降，NO3-含量升高。随着侵蚀的进行，水化硅酸钙及氢氧化钙的含量降低，硝酸钙、硝酸型水化氮铝酸钙及高岭石的相对含量增大，微观结构被破坏，中性化速度加快，物理力学性能降低。
2019, 41(5):125-131.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.103
摘要:
石灰石粉具有水化活性，能与硅酸盐水泥中的C3A、铝酸盐水泥中的CA、CA2等铝酸盐矿物发生反应，水化产物为水化碳铝酸钙。利用微量热仪法、胶砂强度和X射线衍射（XRD），研究不同比例的石灰石粉铝酸盐水泥复合体系的水化反应，结果表明：石灰石粉会加快铝酸盐水泥的水化进程，水化过程诱导期缩短，放热速率峰值下降；复合体系中石灰石粉占比越高，早期水化反应速率越快，但水化反应放热量越低；相对而言，复合体系中石灰石粉掺量为20%时石灰石粉参与反应程度最高，且掺量为20%时石灰石粉对复合体系强度有显著贡献。随复合体系中石灰石粉比例增加，铝酸盐水泥水化产物越来越不明显；石灰石粉掺量为20%~40%时，水化碳铝酸钙XRD特征峰相对最明显，复合体系中石灰石粉与铝酸盐水泥存在一个最佳的比例范围。研究表明，石灰石粉与铝酸盐水泥间会发生明显的水化反应，石灰石粉与铝酸盐水泥复合有望制得一种新型胶凝材料。
石灰石粉具有水化活性，能与硅酸盐水泥中的C3A、铝酸盐水泥中的CA、CA2等铝酸盐矿物发生反应，水化产物为水化碳铝酸钙。利用微量热仪法、胶砂强度和X射线衍射（XRD），研究不同比例的石灰石粉铝酸盐水泥复合体系的水化反应，结果表明：石灰石粉会加快铝酸盐水泥的水化进程，水化过程诱导期缩短，放热速率峰值下降；复合体系中石灰石粉占比越高，早期水化反应速率越快，但水化反应放热量越低；相对而言，复合体系中石灰石粉掺量为20%时石灰石粉参与反应程度最高，且掺量为20%时石灰石粉对复合体系强度有显著贡献。随复合体系中石灰石粉比例增加，铝酸盐水泥水化产物越来越不明显；石灰石粉掺量为20%~40%时，水化碳铝酸钙XRD特征峰相对最明显，复合体系中石灰石粉与铝酸盐水泥存在一个最佳的比例范围。研究表明，石灰石粉与铝酸盐水泥间会发生明显的水化反应，石灰石粉与铝酸盐水泥复合有望制得一种新型胶凝材料。
2019, 41(5):132-140.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.104
摘要:
为探究铜绿微囊藻水华自然衰亡和水华堆积区藻快速衰亡对CH4释放的影响，构建了室内模拟实验，研究了铜绿微囊藻自然衰亡和快速衰亡过程中水环境因子和CH4、CO2气体释放通量的变化。结果表明：高密度铜绿微囊藻衰亡中水环境因子和产气的变化遵循相似的时间模式，且衰亡对CH4和CO2的产生有显著的促进作用。自然衰亡和快速衰亡的CH4累积释放量分别为对照组的22.80倍37.72倍，CO2累积释放量分别为对照组的5.36倍和4.03倍。自然衰亡与快速衰亡的总碳（C）释放量差异不大，但快速衰亡释放的气体组分中CH4的占比是自然衰亡的1.86倍。相关性分析表明，溶解性有机碳（DOC）是铜绿微囊藻衰亡中影响CH4和CO2释放的主导因子，且DOC中的芳香蛋白类物质和溶解性微生物代谢产物是CH4和CO2产生的主要底物来源。
为探究铜绿微囊藻水华自然衰亡和水华堆积区藻快速衰亡对CH4释放的影响，构建了室内模拟实验，研究了铜绿微囊藻自然衰亡和快速衰亡过程中水环境因子和CH4、CO2气体释放通量的变化。结果表明：高密度铜绿微囊藻衰亡中水环境因子和产气的变化遵循相似的时间模式，且衰亡对CH4和CO2的产生有显著的促进作用。自然衰亡和快速衰亡的CH4累积释放量分别为对照组的22.80倍37.72倍，CO2累积释放量分别为对照组的5.36倍和4.03倍。自然衰亡与快速衰亡的总碳（C）释放量差异不大，但快速衰亡释放的气体组分中CH4的占比是自然衰亡的1.86倍。相关性分析表明，溶解性有机碳（DOC）是铜绿微囊藻衰亡中影响CH4和CO2释放的主导因子，且DOC中的芳香蛋白类物质和溶解性微生物代谢产物是CH4和CO2产生的主要底物来源。
2019, 41(5):141-150.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.105
摘要:
农业面源氮素已成为影响三峡库区环境安全的主要因素，但有关农业面源氮污染研究并未深入区分氮污染主要来自何种农业用地，同时以什么方式进入三峡库区。以三峡库区紫色土农用坡地为研究对象，对典型农耕模式下碳铵、尿素和复合肥的氨挥发特征以及小流域内氮素收支平衡进行分析，以期探究氨挥发对三峡库区氮污染的影响。采用原位受控对照实验的范式进行研究，结果表明，在典型农耕模式下，三峡库区紫色土氨挥发速率表现为：复合肥最低，变化最平缓；尿素的峰值出现滞后，下降缓；碳铵的峰值出现较早，下降快。小流域内尿素的氨挥发率为8.82%~18.37%，碳铵为17.86%~30.70%，复合肥为2.56%~3.86%。施肥种类的氨挥发率大小为：碳铵 > 尿素 > 复合肥，典型用地的氨挥发率大小为：水田 > 果林 > 旱地。对流域内氮收支平衡分析，发现小流域内化肥是氮素最主要的输入，氨挥发是主要的输出，土壤氮素残留严重，增加了氮素流失风险。从环保角度考虑，降低三峡库区碳铵使用频率、减少旱地和果林施肥量、优化氮肥施用结构是减少氨挥发的有效途径，氨挥发率的减少对三峡库区氮污染防治具有重要意义。
农业面源氮素已成为影响三峡库区环境安全的主要因素，但有关农业面源氮污染研究并未深入区分氮污染主要来自何种农业用地，同时以什么方式进入三峡库区。以三峡库区紫色土农用坡地为研究对象，对典型农耕模式下碳铵、尿素和复合肥的氨挥发特征以及小流域内氮素收支平衡进行分析，以期探究氨挥发对三峡库区氮污染的影响。采用原位受控对照实验的范式进行研究，结果表明，在典型农耕模式下，三峡库区紫色土氨挥发速率表现为：复合肥最低，变化最平缓；尿素的峰值出现滞后，下降缓；碳铵的峰值出现较早，下降快。小流域内尿素的氨挥发率为8.82%~18.37%，碳铵为17.86%~30.70%，复合肥为2.56%~3.86%。施肥种类的氨挥发率大小为：碳铵 > 尿素 > 复合肥，典型用地的氨挥发率大小为：水田 > 果林 > 旱地。对流域内氮收支平衡分析，发现小流域内化肥是氮素最主要的输入，氨挥发是主要的输出，土壤氮素残留严重，增加了氮素流失风险。从环保角度考虑，降低三峡库区碳铵使用频率、减少旱地和果林施肥量、优化氮肥施用结构是减少氨挥发的有效途径，氨挥发率的减少对三峡库区氮污染防治具有重要意义。
2019, 41(5):151-163.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.106
摘要:
污水处理是一个高能耗、低能效的复杂过程。改变传统认知，将污染物当作能量物质加以资源化，回用于水处理过程或者产品化，可改变污水处理的能耗。以城市污水与焦化废水为例，分析了水质中污染物具有的内含能形式，并探讨了两种计算方法，指出内含能利用的两类可能途径和最大限度。基于热力学基本定律与污水水质特征，辅以适当的当量假设，分析了污水处理过程中的不同形式能量消耗及其原因，运用能流图表达了两个具体案例的能量转化与分布规律。比较了污水处理两类节能评价方法的优异性，提出了未来水处理可能的节能新途径。在加深污水内含能认识的基础上，结合相关产业与工艺技术，分离回收有价值成分，如营养物（氮、磷）、重金属等，并获得水资源的再利用，以间接补偿处理过程的能耗，从而实现节能目标。
污水处理是一个高能耗、低能效的复杂过程。改变传统认知，将污染物当作能量物质加以资源化，回用于水处理过程或者产品化，可改变污水处理的能耗。以城市污水与焦化废水为例，分析了水质中污染物具有的内含能形式，并探讨了两种计算方法，指出内含能利用的两类可能途径和最大限度。基于热力学基本定律与污水水质特征，辅以适当的当量假设，分析了污水处理过程中的不同形式能量消耗及其原因，运用能流图表达了两个具体案例的能量转化与分布规律。比较了污水处理两类节能评价方法的优异性，提出了未来水处理可能的节能新途径。在加深污水内含能认识的基础上，结合相关产业与工艺技术，分离回收有价值成分，如营养物（氮、磷）、重金属等，并获得水资源的再利用，以间接补偿处理过程的能耗，从而实现节能目标。
2019, 41(5):164-172.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.107
摘要:
房间空调器是中国长江流域地区改善室内热环境的重要措施，然而，在以往的房间空调器的行为研究中，只能通过现场实测、问卷调查等方式获取其使用行为，由于数据获取方式本身所存在的局限性，无法对空调的使用行为进行可靠且深入的挖掘，尤其是对于空调的设置温度。为了研究长江流域地区房间空调器的设置温度行为，包括设置温度的分布、设置温度调节习惯、设置温度与一天中不同时间段的关系、设置温度与室外温度的关系，依托于大数据平台下的房间空调器监测数据，针对长江流域地区的3个典型城市（重庆、武汉、上海）的房间空调器的设置温度习惯，对重庆地区575台房间空调器、武汉地区430台房间空调器、上海地区540台空调器的夏季上万次运行数据、冬季上千次运行数据进行了基本的统计与相关分析，结果表明：空调器的设置温度及其调节习惯在不同城市之间存在一定差异性，夏季用户在一次空调使用过程中存在对较低设置温度（低于26℃）的短时需求情景，同时，设置温度与1 d中的不同时刻以及室外温度也有明显关联。
房间空调器是中国长江流域地区改善室内热环境的重要措施，然而，在以往的房间空调器的行为研究中，只能通过现场实测、问卷调查等方式获取其使用行为，由于数据获取方式本身所存在的局限性，无法对空调的使用行为进行可靠且深入的挖掘，尤其是对于空调的设置温度。为了研究长江流域地区房间空调器的设置温度行为，包括设置温度的分布、设置温度调节习惯、设置温度与一天中不同时间段的关系、设置温度与室外温度的关系，依托于大数据平台下的房间空调器监测数据，针对长江流域地区的3个典型城市（重庆、武汉、上海）的房间空调器的设置温度习惯，对重庆地区575台房间空调器、武汉地区430台房间空调器、上海地区540台空调器的夏季上万次运行数据、冬季上千次运行数据进行了基本的统计与相关分析，结果表明：空调器的设置温度及其调节习惯在不同城市之间存在一定差异性，夏季用户在一次空调使用过程中存在对较低设置温度（低于26℃）的短时需求情景，同时，设置温度与1 d中的不同时刻以及室外温度也有明显关联。
2019, 41(5):173-182.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.108
摘要:
以广州地区自然通风体育馆为研究对象，用问卷和实测的方式分别采集了建筑内运动人群及观众人群的热感觉投票值和室内外热环境参数，初步建立了这两类人群的适应性热舒适模型和对应的热舒适范围。并通过对比，分析了两类人群的适应性热舒适模型和热舒适范围的区别。研究结果表明：自然通风体育馆室内运动人群的热敏感度0.326 6要小于观众人群的热敏感度0.379 9；运动人群和观众人群的中性操作温度都随着室外温度的升高而升高，前者中性操作温度高于后者，差值在0.80~1.48℃之间；运动人群和观众人群热舒适范围的上下限都随着室外温度的升高而升高，前者热舒适范围的下限与后者相似，但是前者热舒适范围的上限比后者高，差值在1.86~2.48℃之间。
以广州地区自然通风体育馆为研究对象，用问卷和实测的方式分别采集了建筑内运动人群及观众人群的热感觉投票值和室内外热环境参数，初步建立了这两类人群的适应性热舒适模型和对应的热舒适范围。并通过对比，分析了两类人群的适应性热舒适模型和热舒适范围的区别。研究结果表明：自然通风体育馆室内运动人群的热敏感度0.326 6要小于观众人群的热敏感度0.379 9；运动人群和观众人群的中性操作温度都随着室外温度的升高而升高，前者中性操作温度高于后者，差值在0.80~1.48℃之间；运动人群和观众人群热舒适范围的上下限都随着室外温度的升高而升高，前者热舒适范围的下限与后者相似，但是前者热舒适范围的上限比后者高，差值在1.86~2.48℃之间。
2019, 41(5):183-190.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.109
摘要:
严寒地区分布范围广、气候条件复杂，现行标准规范以基准温度18℃的采暖度日数（HDD18）作为分区指标，将严寒地区划分为3个二级气候区。为分析该指标的适用性，通过EnergyPlus软件模拟并地较典型建筑在严寒地区61个城市的年累计热负荷差异，对比部分城市之间的气候特征，分析城市的HDD18与建筑年累计热负荷的关系，探讨HDD18分区指标的适用地区。结果表明：在HDD18相近的条件下，西部高海拔地区城市的建筑年累计热负荷显著低于东部城市；HDD18与建筑年累计热负荷仅在太阳辐射量及夏季温度差异较小的地区呈线性关系；HDD18作为分区指标，适用于太阳辐射及夏季温度差异小的地区，严寒地区宜结合太阳辐射等因素划分二级分区。
严寒地区分布范围广、气候条件复杂，现行标准规范以基准温度18℃的采暖度日数（HDD18）作为分区指标，将严寒地区划分为3个二级气候区。为分析该指标的适用性，通过EnergyPlus软件模拟并地较典型建筑在严寒地区61个城市的年累计热负荷差异，对比部分城市之间的气候特征，分析城市的HDD18与建筑年累计热负荷的关系，探讨HDD18分区指标的适用地区。结果表明：在HDD18相近的条件下，西部高海拔地区城市的建筑年累计热负荷显著低于东部城市；HDD18与建筑年累计热负荷仅在太阳辐射量及夏季温度差异较小的地区呈线性关系；HDD18作为分区指标，适用于太阳辐射及夏季温度差异小的地区，严寒地区宜结合太阳辐射等因素划分二级分区。
