2020年第42卷第1期文章目次
2020, 42(1):1-8.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.138
摘要:
桩板式挡土墙是山区道路工程建设中经常采用的一种支挡结构，由于抵抗水平荷载的需要，传统桩板式挡土墙结构桩和板的尺寸通常做得较大，桩体的布置较密，不经济。基于此，提出一种新的适用于山区道路的桩拱组合式挡土墙，利用拱结构受压性能较好的特点，采用拱板代替传统的平板，拱板与桩基础的上部连接，整体结构可以通过装配式或者现浇制作而成。基于土压力和桩基水平承载力理论，分别建立拱板主动土压力计算模型和抗滑桩计算模型，利用拱板荷载传递给桩基的基本原理，建立桩拱挡土墙整体结构的力学平衡方程，通过求解平衡方程获得桩拱挡土墙整体结构的极限承载力。通过参数分析，分别讨论了不同的桩体几何尺寸、拱板几何尺寸以及土体参数对桩拱组合式挡土墙极限承载力的影响，结果表明，增加矩形截面的长宽比、桩体嵌入深度、土体摩擦角等可以有效提高桩拱组合式挡土墙的极限荷载。
桩板式挡土墙是山区道路工程建设中经常采用的一种支挡结构，由于抵抗水平荷载的需要，传统桩板式挡土墙结构桩和板的尺寸通常做得较大，桩体的布置较密，不经济。基于此，提出一种新的适用于山区道路的桩拱组合式挡土墙，利用拱结构受压性能较好的特点，采用拱板代替传统的平板，拱板与桩基础的上部连接，整体结构可以通过装配式或者现浇制作而成。基于土压力和桩基水平承载力理论，分别建立拱板主动土压力计算模型和抗滑桩计算模型，利用拱板荷载传递给桩基的基本原理，建立桩拱挡土墙整体结构的力学平衡方程，通过求解平衡方程获得桩拱挡土墙整体结构的极限承载力。通过参数分析，分别讨论了不同的桩体几何尺寸、拱板几何尺寸以及土体参数对桩拱组合式挡土墙极限承载力的影响，结果表明，增加矩形截面的长宽比、桩体嵌入深度、土体摩擦角等可以有效提高桩拱组合式挡土墙的极限荷载。
2020, 42(1):9-17.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.139
摘要:
为探讨不同桩径静力压入单桩的贯入力学特性，设计了不同桩径的模型桩，基于光纤光栅（Fiber Bragg Grating，简称FBG）传感技术，开展了黏性土中静压贯入两种不同直径单桩的模型试验研究。结果表明：试桩的压桩力基本呈线性增加趋势，桩径越大，压桩力越大；桩径不同会影响单桩的荷载传递性能，由于桩径越大挤土效应越明显，沿深度方向的桩身轴力传递性能优于小桩径桩；桩身单位侧摩阻力随深度增大而增大，桩径越大，对土体的侧向挤压力越大，桩身单位侧摩阻力越大；同一深度，两种不同直径单桩桩身单位侧摩阻力都出现“侧阻退化”现象，“侧阻退化”现象随着贯入深度的增加越明显，且桩径越大，桩身单位侧摩阻力退化越显著；均质黏性土地层静压沉桩阻力主要为桩端阻力，沉桩结束时，试桩桩端阻力占沉桩阻力的比例分别为59.5%和66.2%，不同的桩身直径既影响桩端阻力，又影响桩侧阻力。确定静压贯入沉桩阻力时，考虑基于黏性土的侧阻退化后实际值更为合理。
为探讨不同桩径静力压入单桩的贯入力学特性，设计了不同桩径的模型桩，基于光纤光栅（Fiber Bragg Grating，简称FBG）传感技术，开展了黏性土中静压贯入两种不同直径单桩的模型试验研究。结果表明：试桩的压桩力基本呈线性增加趋势，桩径越大，压桩力越大；桩径不同会影响单桩的荷载传递性能，由于桩径越大挤土效应越明显，沿深度方向的桩身轴力传递性能优于小桩径桩；桩身单位侧摩阻力随深度增大而增大，桩径越大，对土体的侧向挤压力越大，桩身单位侧摩阻力越大；同一深度，两种不同直径单桩桩身单位侧摩阻力都出现“侧阻退化”现象，“侧阻退化”现象随着贯入深度的增加越明显，且桩径越大，桩身单位侧摩阻力退化越显著；均质黏性土地层静压沉桩阻力主要为桩端阻力，沉桩结束时，试桩桩端阻力占沉桩阻力的比例分别为59.5%和66.2%，不同的桩身直径既影响桩端阻力，又影响桩侧阻力。确定静压贯入沉桩阻力时，考虑基于黏性土的侧阻退化后实际值更为合理。
2020, 42(1):18-23.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.133
摘要:
当负压沉箱被用作深水管汇或管道终端基础时，除了受到上部结构传来的竖向力、水平力和弯矩，还会受到扭矩，扭矩可能降低沉箱的竖向承载力、水平承载力和抗弯能力。采用理论分析和有限元法研究复合加载条件下典型沉箱（长径比介于1~2之间）与正常固结黏性土的相互作用，考虑安装造成的沉箱侧壁周围土体的弱化，得到了不排水条件下沉箱单向最大扭矩，探索了扭矩与不同荷载分量联合作用时承载能力的改变。结果表明，当扭矩不超过20%的抗扭转能力时，可以忽略扭矩对竖向承载力、水平承载力或抗弯能力的影响；当扭矩介于抗扭转能力的20%~80%时，其他承载力分量最多降低20%。提出了能够用于工程设计的扭矩对其他荷载分量抗力的影响系数。
当负压沉箱被用作深水管汇或管道终端基础时，除了受到上部结构传来的竖向力、水平力和弯矩，还会受到扭矩，扭矩可能降低沉箱的竖向承载力、水平承载力和抗弯能力。采用理论分析和有限元法研究复合加载条件下典型沉箱（长径比介于1~2之间）与正常固结黏性土的相互作用，考虑安装造成的沉箱侧壁周围土体的弱化，得到了不排水条件下沉箱单向最大扭矩，探索了扭矩与不同荷载分量联合作用时承载能力的改变。结果表明，当扭矩不超过20%的抗扭转能力时，可以忽略扭矩对竖向承载力、水平承载力或抗弯能力的影响；当扭矩介于抗扭转能力的20%~80%时，其他承载力分量最多降低20%。提出了能够用于工程设计的扭矩对其他荷载分量抗力的影响系数。
2020, 42(1):24-30.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.149
摘要:
锚板拉拔过程是板与周围土体相互作用的过程，研究锚板周围土体的变形破坏机制对锚板抗拔力的预测具有重要意义。基于粒子图像测速（PIV）技术开展了一系列锚板拉拔试验，试验结果表明：PIV技术可以有效地捕捉到不同砂土地基密实度和锚板埋深条件下锚板拉拔过程中周围土体的变形破坏模式。PIV位移场分析结果显示：锚板埋深较浅时，松砂地基中破坏模式呈现直面破坏，密砂地基中呈现斜面破坏；锚板埋深较大时，松砂地基中土体内部锚板上方形成灯泡形影响区，密砂地基中呈现曲面破坏。PIV应变场分析结果表明：无论砂土地基埋深如何，松砂地基中形成的剪切应变带与水平面夹角为45°+φ/2，密砂地基中形成的剪切应变带与垂直面夹角约为φ/4。
锚板拉拔过程是板与周围土体相互作用的过程，研究锚板周围土体的变形破坏机制对锚板抗拔力的预测具有重要意义。基于粒子图像测速（PIV）技术开展了一系列锚板拉拔试验，试验结果表明：PIV技术可以有效地捕捉到不同砂土地基密实度和锚板埋深条件下锚板拉拔过程中周围土体的变形破坏模式。PIV位移场分析结果显示：锚板埋深较浅时，松砂地基中破坏模式呈现直面破坏，密砂地基中呈现斜面破坏；锚板埋深较大时，松砂地基中土体内部锚板上方形成灯泡形影响区，密砂地基中呈现曲面破坏。PIV应变场分析结果表明：无论砂土地基埋深如何，松砂地基中形成的剪切应变带与水平面夹角为45°+φ/2，密砂地基中形成的剪切应变带与垂直面夹角约为φ/4。
2020, 42(1):31-38.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.140
摘要:
微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）可以显著改善砂土的工程力学特性，但其固化效果易受诸多因素影响。基于不同胶结水平微生物固化砂土试样，开展固结排水三轴剪切试验和扫描电镜测试，探讨了MICP技术的固化效果及其相关机理；在此基础上，研究了胶结液浓度、砂土初始密实度、胶结液浓度配比等因素对微生物固化砂土抗剪强度的影响。结果表明：随着胶结水平的提高，微生物固化砂土试样强度提高，试样的脆性也越显著。微生物固化砂土强度的增长主要源于碳酸钙晶体对土体黏聚强度的提高。微生物固化砂土的强度主要包括土骨架强度和碳酸钙晶体胶结强度两部分，前者受土体性质及相关参数影响，后者主要取决于碳酸钙晶体的含量。采用合适的砂土初始密实度，适当提高胶结液浓度以及胶结液中尿素的浓度占比，均可提高微生物固化砂土试样的胶结强度。
微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）可以显著改善砂土的工程力学特性，但其固化效果易受诸多因素影响。基于不同胶结水平微生物固化砂土试样，开展固结排水三轴剪切试验和扫描电镜测试，探讨了MICP技术的固化效果及其相关机理；在此基础上，研究了胶结液浓度、砂土初始密实度、胶结液浓度配比等因素对微生物固化砂土抗剪强度的影响。结果表明：随着胶结水平的提高，微生物固化砂土试样强度提高，试样的脆性也越显著。微生物固化砂土强度的增长主要源于碳酸钙晶体对土体黏聚强度的提高。微生物固化砂土的强度主要包括土骨架强度和碳酸钙晶体胶结强度两部分，前者受土体性质及相关参数影响，后者主要取决于碳酸钙晶体的含量。采用合适的砂土初始密实度，适当提高胶结液浓度以及胶结液中尿素的浓度占比，均可提高微生物固化砂土试样的胶结强度。
2020, 42(1):39-47.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.150
摘要:
为探索地基加固新方法，解决废弃橡胶轮胎堆放引起的环境问题，提出了一种废弃橡胶轮胎环箍散体材料的新型复合地基。通过橡胶轮胎条拉伸试验，得到废弃橡胶轮胎的弹性模量；通过废弃橡胶轮胎-砂土复合体轴压试验，分析加载制度和侧限条件对地基承载力的影响规律、轮胎内壁的应力分布规律及复合体内部土应力变化规律。结果表明：与快、慢速加载制度相比，单向往复加卸载时，复合体的承载性能和自恢复能力最优；有侧限条件下复合体的承载性能较好，但侧限条件对复合体的自恢复能力没有影响；在有、无侧限条件下，轮胎内壁的应力分布规律存在较大差异；同一径向平面上，距复合体中心处越近，受橡胶轮胎环箍效应的影响越小，土应力值越大。
为探索地基加固新方法，解决废弃橡胶轮胎堆放引起的环境问题，提出了一种废弃橡胶轮胎环箍散体材料的新型复合地基。通过橡胶轮胎条拉伸试验，得到废弃橡胶轮胎的弹性模量；通过废弃橡胶轮胎-砂土复合体轴压试验，分析加载制度和侧限条件对地基承载力的影响规律、轮胎内壁的应力分布规律及复合体内部土应力变化规律。结果表明：与快、慢速加载制度相比，单向往复加卸载时，复合体的承载性能和自恢复能力最优；有侧限条件下复合体的承载性能较好，但侧限条件对复合体的自恢复能力没有影响；在有、无侧限条件下，轮胎内壁的应力分布规律存在较大差异；同一径向平面上，距复合体中心处越近，受橡胶轮胎环箍效应的影响越小，土应力值越大。
2020, 42(1):48-55.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.145
摘要:
以西宁市某区域内原状黄土为研究对象，设计封闭系统下的三向慢速冻结试验、恒温恒湿的融化试验以及三轴剪切试验。基于土的莫尔-库伦强度理论，利用抗剪强度包线求解黏聚力和内摩擦角，研究不同冻融温度梯度下抗剪强度指标的变化规律。结果表明：随着温度梯度增大，黏聚力衰减速度显著，衰减为极小值时的最不利冻融温度梯度为-15~15℃；冻融黄土的黏聚力与冷端温度、融化温度有关；较低含水率和较小冷端温度耦合作用或较高含水率和较大冷端温度耦合作用时，与冷端温度相比，融化温度为主导影响因素。随着冷端温度的增大，不同含水率试样的黏聚力降低幅度呈先减小、后增大的规律，最不利的含水率为18.34%。内摩擦角呈现出不规律性波动，变化幅度约为0~14°。由试验数据拟合出黏聚力随冷端温度和含水率变化规律的计算式，经试验验证，计算式能较好地描述其变化特性。
以西宁市某区域内原状黄土为研究对象，设计封闭系统下的三向慢速冻结试验、恒温恒湿的融化试验以及三轴剪切试验。基于土的莫尔-库伦强度理论，利用抗剪强度包线求解黏聚力和内摩擦角，研究不同冻融温度梯度下抗剪强度指标的变化规律。结果表明：随着温度梯度增大，黏聚力衰减速度显著，衰减为极小值时的最不利冻融温度梯度为-15~15℃；冻融黄土的黏聚力与冷端温度、融化温度有关；较低含水率和较小冷端温度耦合作用或较高含水率和较大冷端温度耦合作用时，与冷端温度相比，融化温度为主导影响因素。随着冷端温度的增大，不同含水率试样的黏聚力降低幅度呈先减小、后增大的规律，最不利的含水率为18.34%。内摩擦角呈现出不规律性波动，变化幅度约为0~14°。由试验数据拟合出黏聚力随冷端温度和含水率变化规律的计算式，经试验验证，计算式能较好地描述其变化特性。
2020, 42(1):56-63.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.142
摘要:
以基于Caputo分数阶导数的弹壶元件修正Kelvin模型来描述饱和土体一维固结的力学行为，并引入连续排水边界条件，通过Laplace变换，联立求解得到任意荷载下连续排水边界分数阶黏弹性地基有效应力及固结沉降的解析解。采用Laplace逆变换，获得了其时域内的理论解，并分析了梯形循环荷载及施工荷载作用下相关参数对固结沉降的影响。研究结果表明：循环荷载作用下，黏土地基的沉降变化呈振荡增长，且振荡幅值随着边界透水性的增大而增大；分数阶次α增大，使固结前期沉降速率减慢，而在固结后期，α值对沉降的影响正好相反；循环荷载下沉降变化曲线的振荡幅值随着分数阶次α的增大而减小。此外，一维固结沉降的发展还与土体力学参数及荷载参数相关，弹性模量E越大，最终沉降量越小；黏弹性体的延迟时间F越大，固结沉降变化越慢。
以基于Caputo分数阶导数的弹壶元件修正Kelvin模型来描述饱和土体一维固结的力学行为，并引入连续排水边界条件，通过Laplace变换，联立求解得到任意荷载下连续排水边界分数阶黏弹性地基有效应力及固结沉降的解析解。采用Laplace逆变换，获得了其时域内的理论解，并分析了梯形循环荷载及施工荷载作用下相关参数对固结沉降的影响。研究结果表明：循环荷载作用下，黏土地基的沉降变化呈振荡增长，且振荡幅值随着边界透水性的增大而增大；分数阶次α增大，使固结前期沉降速率减慢，而在固结后期，α值对沉降的影响正好相反；循环荷载下沉降变化曲线的振荡幅值随着分数阶次α的增大而减小。此外，一维固结沉降的发展还与土体力学参数及荷载参数相关，弹性模量E越大，最终沉降量越小；黏弹性体的延迟时间F越大，固结沉降变化越慢。
2020, 42(1):64-69.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.166
摘要:
采用高压旋喷注浆工艺对软土地区的基坑底部土体进行加固是保证深基坑施工安全与工程稳定常采用的方法。基于某地铁站监测数据，利用PLAXIS 2D软件建立了其数值计算模型并进行模型校核，对加固和未加固两种工况进行了数值模拟，对比分析了地连墙的位移和弯矩、地表沉降等开挖响应。研究表明，对软土地区基坑进行基底注浆加固，能有效减小地连墙的侧向变形和地表沉降。并针对加固区厚度、地连墙嵌入深度及刚度、软土层厚度4个参数进行了分析与讨论，优化了加固区的合理厚度、地连墙的合理嵌入深度，研究了基坑变形受地连墙刚度和软土层厚度影响的敏感性。
采用高压旋喷注浆工艺对软土地区的基坑底部土体进行加固是保证深基坑施工安全与工程稳定常采用的方法。基于某地铁站监测数据，利用PLAXIS 2D软件建立了其数值计算模型并进行模型校核，对加固和未加固两种工况进行了数值模拟，对比分析了地连墙的位移和弯矩、地表沉降等开挖响应。研究表明，对软土地区基坑进行基底注浆加固，能有效减小地连墙的侧向变形和地表沉降。并针对加固区厚度、地连墙嵌入深度及刚度、软土层厚度4个参数进行了分析与讨论，优化了加固区的合理厚度、地连墙的合理嵌入深度，研究了基坑变形受地连墙刚度和软土层厚度影响的敏感性。
2020, 42(1):70-80.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.135
摘要:
铁路站房作为大型公共建筑，具有结构体系复杂、人流高度密集、使用年限长等特点，一旦结构失效，将会造成严重的社会影响。为了有效监测站房结构的健康状况，及时发现站房结构的损伤，最大程度地保障铁路站房的结构安全，有必要对铁路站房结构进行健康监测。结合大型铁路站房工程案例，总结大型铁路站房的组成和结构特点，介绍站房健康监测系统的组成，考虑施工和运营2个阶段，从屋面层、无柱雨棚和承轨层3个部分，分析大型铁路站房主要监测对象和监测内容，并指出健康监测在铁路站房结构应用中有待解决的问题，以期促进健康监测在大型铁路站房结构中的应用和发展。
铁路站房作为大型公共建筑，具有结构体系复杂、人流高度密集、使用年限长等特点，一旦结构失效，将会造成严重的社会影响。为了有效监测站房结构的健康状况，及时发现站房结构的损伤，最大程度地保障铁路站房的结构安全，有必要对铁路站房结构进行健康监测。结合大型铁路站房工程案例，总结大型铁路站房的组成和结构特点，介绍站房健康监测系统的组成，考虑施工和运营2个阶段，从屋面层、无柱雨棚和承轨层3个部分，分析大型铁路站房主要监测对象和监测内容，并指出健康监测在铁路站房结构应用中有待解决的问题，以期促进健康监测在大型铁路站房结构中的应用和发展。
2020, 42(1):81-89.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.162
摘要:
已有箍筋约束混凝土轴压本构关系模型大多未考虑尺寸效应的影响，或通过采用强度折减系数法来粗糙反映尺寸的影响。为研究大尺寸箍筋约束混凝土柱轴心受压性能及尺寸效应规律，根据已有箍筋约束混凝土圆柱和方柱轴压破坏试验结果，分析了体积配箍率、箍筋形式（方箍及圆箍）及试件尺寸对箍筋约束混凝土应力-应变曲线的影响。考虑体积配箍率及箍筋形式的影响，建立了箍筋约束混凝土峰值应变尺寸效应公式，并结合前期箍筋约束混凝土名义轴压强度（峰值应力）尺寸效应公式，提出了可考虑尺寸影响的箍筋约束混凝土轴向压缩全应力-应变关系模型。与试验及模拟结果进行对比发现，建立的可考虑强度和峰值应变尺寸效应的本构关系与已有试验结果吻合较好，模型计算曲线与试验曲线接近。
已有箍筋约束混凝土轴压本构关系模型大多未考虑尺寸效应的影响，或通过采用强度折减系数法来粗糙反映尺寸的影响。为研究大尺寸箍筋约束混凝土柱轴心受压性能及尺寸效应规律，根据已有箍筋约束混凝土圆柱和方柱轴压破坏试验结果，分析了体积配箍率、箍筋形式（方箍及圆箍）及试件尺寸对箍筋约束混凝土应力-应变曲线的影响。考虑体积配箍率及箍筋形式的影响，建立了箍筋约束混凝土峰值应变尺寸效应公式，并结合前期箍筋约束混凝土名义轴压强度（峰值应力）尺寸效应公式，提出了可考虑尺寸影响的箍筋约束混凝土轴向压缩全应力-应变关系模型。与试验及模拟结果进行对比发现，建立的可考虑强度和峰值应变尺寸效应的本构关系与已有试验结果吻合较好，模型计算曲线与试验曲线接近。
2020, 42(1):90-97.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.132
摘要:
为研究玄武岩纤维的加入对高强自密实混凝土长柱受力性能的改善作用，以玄武岩纤维体积掺量0.1%和0.2%、长度15 mm和30 mm为参数，设计制作了10个长细比为6的高强自密实混凝土长柱，进行偏心受压试验。结果表明：玄武岩纤维的加入，可明显改善高强自密实混凝土柱偏心受压的受力性能、延性；大、小偏心受压构件开裂荷载分别提升20.7%、11.8%，极限承载力最大增幅为18.2%、16.7%；大、小偏心构件受压过程中，玄武岩纤维的加入使应力峰值对应的混凝土应变受到较为显著的影响，当达到大极限承载力时，最大的拉、压应变下降25.0%、15.0%；由于玄武岩纤维的作用，大偏心受压试件达到极限承载力时，跨中最大挠度提升7.6%，提高了构件变形能力，但纤维长度、体积掺量改变引起的挠度效应不大。
为研究玄武岩纤维的加入对高强自密实混凝土长柱受力性能的改善作用，以玄武岩纤维体积掺量0.1%和0.2%、长度15 mm和30 mm为参数，设计制作了10个长细比为6的高强自密实混凝土长柱，进行偏心受压试验。结果表明：玄武岩纤维的加入，可明显改善高强自密实混凝土柱偏心受压的受力性能、延性；大、小偏心受压构件开裂荷载分别提升20.7%、11.8%，极限承载力最大增幅为18.2%、16.7%；大、小偏心构件受压过程中，玄武岩纤维的加入使应力峰值对应的混凝土应变受到较为显著的影响，当达到大极限承载力时，最大的拉、压应变下降25.0%、15.0%；由于玄武岩纤维的作用，大偏心受压试件达到极限承载力时，跨中最大挠度提升7.6%，提高了构件变形能力，但纤维长度、体积掺量改变引起的挠度效应不大。
2020, 42(1):98-107.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.159
摘要:
轻钢-混凝土混合结构是一种既符合中国国情，又适宜工业化和模块化生产的新型结构体系。该体系中的轻钢次结构能增大混凝土主结构的抗侧刚度，采用只考虑主结构的简化模型进行设计分析时，可采用周期折减系数来考虑这种影响。推导了2层或3层轻钢次结构抗侧刚度以及轻钢-混凝土混合结构周期折减系数简化计算公式；在混合框架试验的基础上，用ABAQUS有限元软件建立了轻钢-混凝土混合框架的精细化分析模型和简化分析模型，试验结果和模拟分析结果吻合较好；通过有限元模拟分析，验证了轻钢次结构抗侧刚度和混合结构周期折减系数简化计算公式的正确性。
轻钢-混凝土混合结构是一种既符合中国国情，又适宜工业化和模块化生产的新型结构体系。该体系中的轻钢次结构能增大混凝土主结构的抗侧刚度，采用只考虑主结构的简化模型进行设计分析时，可采用周期折减系数来考虑这种影响。推导了2层或3层轻钢次结构抗侧刚度以及轻钢-混凝土混合结构周期折减系数简化计算公式；在混合框架试验的基础上，用ABAQUS有限元软件建立了轻钢-混凝土混合框架的精细化分析模型和简化分析模型，试验结果和模拟分析结果吻合较好；通过有限元模拟分析，验证了轻钢次结构抗侧刚度和混合结构周期折减系数简化计算公式的正确性。
2020, 42(1):108-115.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.147
摘要:
早龄期混凝土温度和相对湿度的时间-空间变化规律是揭示混凝土早期开裂的关键。为此，建立了早龄期混凝土温度-湿度耦合作用分析模型，采用无条件稳定向后差分格式，考虑水化作用、自干燥作用、温湿度扩散作用以及温湿度耦合机制，分析早期混凝土相对湿度的时间-空间变化规律，定量揭示相对湿度的空间不均匀性，分析了水灰比、环境相对湿度以及表面水分交换系数等对相对湿度及其空间变化规律的影响。与实验结果的对比验证了模型的合理性，结果表明：温湿度扩散作用对相对湿度的影响随距扩散表面距离的增加而减小，水灰比对相对湿度的影响与位置无关，而环境相对湿度和表面水分交换系数主要影响混凝土扩散表面附近的相对湿度场。
早龄期混凝土温度和相对湿度的时间-空间变化规律是揭示混凝土早期开裂的关键。为此，建立了早龄期混凝土温度-湿度耦合作用分析模型，采用无条件稳定向后差分格式，考虑水化作用、自干燥作用、温湿度扩散作用以及温湿度耦合机制，分析早期混凝土相对湿度的时间-空间变化规律，定量揭示相对湿度的空间不均匀性，分析了水灰比、环境相对湿度以及表面水分交换系数等对相对湿度及其空间变化规律的影响。与实验结果的对比验证了模型的合理性，结果表明：温湿度扩散作用对相对湿度的影响随距扩散表面距离的增加而减小，水灰比对相对湿度的影响与位置无关，而环境相对湿度和表面水分交换系数主要影响混凝土扩散表面附近的相对湿度场。
2020, 42(1):116-125.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.146
摘要:
风沙两相流结构的理论与研究方法已趋于成熟，主要集中在风沙物理运动本身和防风固沙工程方面，然而，将风沙运动现象及其对建筑结构物的作用效应相结合的研究还比较鲜见，继续开展风沙地区工程结构的抗风沙研究具有重要的现实与工程意义。通过风沙风洞试验，模拟了实际沙漠地貌下的风场特征，重点通过风洞顶部落沙研究了类似沙尘暴环境下的沙浓度、风沙流速度廓线以及湍流强度随高度的变化情况。通过控制相同风速、变化不同输沙率进行落沙，以此形成多种不同类型的风沙两相流耦合流场，并与净风工况相比较。试验结果表明：沙浓度梯度分布与落沙孔数量、控制风速以及高度均相关；风沙流场中沙颗粒的运动对风速剖面有一定的削弱作用，对湍流强度却有增强作用；风场中沙质量浓度沿高度方向的分布特征直接影响了各高度处风速和湍流强度的大小，沙浓度越大的高度处对风速的削弱程度越显著，且对湍流强度的增强程度越大。
风沙两相流结构的理论与研究方法已趋于成熟，主要集中在风沙物理运动本身和防风固沙工程方面，然而，将风沙运动现象及其对建筑结构物的作用效应相结合的研究还比较鲜见，继续开展风沙地区工程结构的抗风沙研究具有重要的现实与工程意义。通过风沙风洞试验，模拟了实际沙漠地貌下的风场特征，重点通过风洞顶部落沙研究了类似沙尘暴环境下的沙浓度、风沙流速度廓线以及湍流强度随高度的变化情况。通过控制相同风速、变化不同输沙率进行落沙，以此形成多种不同类型的风沙两相流耦合流场，并与净风工况相比较。试验结果表明：沙浓度梯度分布与落沙孔数量、控制风速以及高度均相关；风沙流场中沙颗粒的运动对风速剖面有一定的削弱作用，对湍流强度却有增强作用；风场中沙质量浓度沿高度方向的分布特征直接影响了各高度处风速和湍流强度的大小，沙浓度越大的高度处对风速的削弱程度越显著，且对湍流强度的增强程度越大。
2020, 42(1):126-134.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.141
摘要:
全过程自动化控制是未来城镇污水处理厂的发展方向，但由于污水处理过程具有非线性、多变量、时变性等特点，自控系统中关键运行参数的测量以及控制决策的制定都存在困难，目前实际应用的系统大多停留在实现单一参数或单一反应器控制的层面上。自动控制策略是整个自动控制系统的头脑，是充分发挥系统软硬件效能、保证系统鲁棒性的关键。总结了城镇污水处理厂自动控制方案依据的数学模型，描述了活性污泥模型（ASM）和仿真基准模型（BSM）的基本特征，综述了自动控制策略在城镇污水处理曝气、化学除磷以及多目标优化控制方面的研究进展，分析了目前研究中存在的挑战和机遇，发现理论研究与工程实践相结合是加快城镇污水处理厂自动化进程的必要途径。
全过程自动化控制是未来城镇污水处理厂的发展方向，但由于污水处理过程具有非线性、多变量、时变性等特点，自控系统中关键运行参数的测量以及控制决策的制定都存在困难，目前实际应用的系统大多停留在实现单一参数或单一反应器控制的层面上。自动控制策略是整个自动控制系统的头脑，是充分发挥系统软硬件效能、保证系统鲁棒性的关键。总结了城镇污水处理厂自动控制方案依据的数学模型，描述了活性污泥模型（ASM）和仿真基准模型（BSM）的基本特征，综述了自动控制策略在城镇污水处理曝气、化学除磷以及多目标优化控制方面的研究进展，分析了目前研究中存在的挑战和机遇，发现理论研究与工程实践相结合是加快城镇污水处理厂自动化进程的必要途径。
2020, 42(1):135-143.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.134
摘要:
微塑料作为一种新兴污染物，由于尺寸小、使用量大、处置不当以及在环境中难以被彻底降解等特性而在生态系统中广泛分布，近年来，海洋和淡水环境中的微塑料污染成为日益关注的全球热点问题。研究这种新型污染物的首要问题是将微塑料从复杂的环境介质中分离鉴定出来。目前已有各种微塑料检测分析流程，但为使不同研究结果间具有可比性，亟需统一、标准的微塑料分离提取和鉴别定量方法。在系统综述常见且可靠的分离提取步骤（如密度分离、筛分、过滤、消解）、鉴别定性方法（如热分析和光谱分析）、统计定量方法（如目检统计、荧光分析和热分析）的基础上，提出对微塑料检测分析方法的研究展望。结合光谱分析的染色荧光法在快速、准确地评估环境中微塑料污染方面具有广阔的应用前景。
微塑料作为一种新兴污染物，由于尺寸小、使用量大、处置不当以及在环境中难以被彻底降解等特性而在生态系统中广泛分布，近年来，海洋和淡水环境中的微塑料污染成为日益关注的全球热点问题。研究这种新型污染物的首要问题是将微塑料从复杂的环境介质中分离鉴定出来。目前已有各种微塑料检测分析流程，但为使不同研究结果间具有可比性，亟需统一、标准的微塑料分离提取和鉴别定量方法。在系统综述常见且可靠的分离提取步骤（如密度分离、筛分、过滤、消解）、鉴别定性方法（如热分析和光谱分析）、统计定量方法（如目检统计、荧光分析和热分析）的基础上，提出对微塑料检测分析方法的研究展望。结合光谱分析的染色荧光法在快速、准确地评估环境中微塑料污染方面具有广阔的应用前景。
2020, 42(1):144-152.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.165
摘要:
为了为汽油污染土的微生物修复提供优良菌种，以LB培养基为基质，从石油污染土中对汽油降解菌进行了分离鉴定，以降油培养基为基质对分离得到的菌株进行汽油降解率的测定，以培养温度、培养基pH值及培养时间为参数对5种具有优良汽油降解性能的菌株进行单因素试验，基于单因素试验结果进行三因素三水平的正交试验后，以汽油降解率为响应值对试验结果进行响应面分析，筛选出具有优良降解性能的菌株，并确定了菌株降解汽油的最佳条件。结果表明：从石油污染土中分离出了9种具有汽油降解性能的菌株，其中，铜绿假单胞菌、假单胞菌属、苍白杆菌属、博得特氏菌属以及戈登氏菌属具有优良降解性能，这5种菌降解汽油的最优条件为：铜绿假单胞菌、假单胞菌属、苍白杆菌属、博得特氏菌以及戈登氏菌的最佳培养温度均为32℃，培养基pH值均为7.0，培养时间均为20 h，降油培养基中的汽油降解率分别为70.12%、76.42%、75.66%、77.50%和73.22%。
为了为汽油污染土的微生物修复提供优良菌种，以LB培养基为基质，从石油污染土中对汽油降解菌进行了分离鉴定，以降油培养基为基质对分离得到的菌株进行汽油降解率的测定，以培养温度、培养基pH值及培养时间为参数对5种具有优良汽油降解性能的菌株进行单因素试验，基于单因素试验结果进行三因素三水平的正交试验后，以汽油降解率为响应值对试验结果进行响应面分析，筛选出具有优良降解性能的菌株，并确定了菌株降解汽油的最佳条件。结果表明：从石油污染土中分离出了9种具有汽油降解性能的菌株，其中，铜绿假单胞菌、假单胞菌属、苍白杆菌属、博得特氏菌属以及戈登氏菌属具有优良降解性能，这5种菌降解汽油的最优条件为：铜绿假单胞菌、假单胞菌属、苍白杆菌属、博得特氏菌以及戈登氏菌的最佳培养温度均为32℃，培养基pH值均为7.0，培养时间均为20 h，降油培养基中的汽油降解率分别为70.12%、76.42%、75.66%、77.50%和73.22%。
2020, 42(1):153-160.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.137
摘要:
中国已全面启动城市生活垃圾分类工作，城市生活垃圾管理亟待解决分类习惯与处理实施之间的矛盾、生活垃圾产量日增与处理方式落后之间的矛盾。生态城市指标体系立足于自身情况，是及时更新的动态、开放的指标体系系统。通过借鉴生态城市指标体系系统从静态系统到动态系统的制订发展过程，解析了城市生活垃圾处理指标体系系统的构建方法：基于中国现状的统计数据，参考世界先进经验，建立了允许动态更新的城市生活垃圾分类处理动态指标体系，包括指标确定、执行情况和结果评估。已有经验表明：该体系可以为城市生活垃圾处理的决策、执行和监督的全过程提供量化方法，以量化研究的成果为进一步推行城市生活垃圾分类处理提供数据基础。
中国已全面启动城市生活垃圾分类工作，城市生活垃圾管理亟待解决分类习惯与处理实施之间的矛盾、生活垃圾产量日增与处理方式落后之间的矛盾。生态城市指标体系立足于自身情况，是及时更新的动态、开放的指标体系系统。通过借鉴生态城市指标体系系统从静态系统到动态系统的制订发展过程，解析了城市生活垃圾处理指标体系系统的构建方法：基于中国现状的统计数据，参考世界先进经验，建立了允许动态更新的城市生活垃圾分类处理动态指标体系，包括指标确定、执行情况和结果评估。已有经验表明：该体系可以为城市生活垃圾处理的决策、执行和监督的全过程提供量化方法，以量化研究的成果为进一步推行城市生活垃圾分类处理提供数据基础。
2020, 42(1):161-167.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.144
摘要:
对烟末进行吡啶催化改性制备改性烟末生物质吸附剂（modified tobacco powder biomass adsorbent，MTPBA），为废弃生物质资源化综合利用及NO3-污染治理提供技术基础。通过条件实验，以MTPBA的直收率和2 mg/L的NO3-吸附率为指标，研究MTPBA制备过程中的主要参数条件的影响，确定制备MTPBA的适宜条件，并用扫描电子显微镜、能谱分析仪、傅里叶变换红外光谱仪等对烟末改性前后的物理化学特征进行表征分析。结果表明：制备MTPBA的适宜条件为强碱预处理的NaOH浓度为1.5 mol/L；交联反应时的温度为80℃；交联剂环氧氯丙烷的投加量为5 mL/g；叔胺化反应的温度为80℃；改性后生成的MTPBA形貌均一、结晶度增高，表面形成大量细小孔洞，并成功引入叔胺基团和氯烷基。研究表明：MTPBA比原始烟末具有更好的孔隙结构，引入的叔胺基团和氯烷基以及表面Zeta电位的变化均有利于吸附NO3-。
对烟末进行吡啶催化改性制备改性烟末生物质吸附剂（modified tobacco powder biomass adsorbent，MTPBA），为废弃生物质资源化综合利用及NO3-污染治理提供技术基础。通过条件实验，以MTPBA的直收率和2 mg/L的NO3-吸附率为指标，研究MTPBA制备过程中的主要参数条件的影响，确定制备MTPBA的适宜条件，并用扫描电子显微镜、能谱分析仪、傅里叶变换红外光谱仪等对烟末改性前后的物理化学特征进行表征分析。结果表明：制备MTPBA的适宜条件为强碱预处理的NaOH浓度为1.5 mol/L；交联反应时的温度为80℃；交联剂环氧氯丙烷的投加量为5 mL/g；叔胺化反应的温度为80℃；改性后生成的MTPBA形貌均一、结晶度增高，表面形成大量细小孔洞，并成功引入叔胺基团和氯烷基。研究表明：MTPBA比原始烟末具有更好的孔隙结构，引入的叔胺基团和氯烷基以及表面Zeta电位的变化均有利于吸附NO3-。
2020, 42(1):168-179.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.158
摘要:
快速城镇化和全球变暖使城市室外环境的热不舒适加剧，热安全风险提高。为了解湿热地区室外动态热环境中人体生理量的变化规律，为快速评价室外热环境提供依据，开展了室外人体热反应观测实验。基于实测数据，对二节点模型进行了模拟精度分析和吻合度检验，研究得到了人体在室外受风速、MRT和自身调节的作用下，皮肤温度和体核温度呈现不同的变化规律及二节点模型修正方法。在室外动态热环境中应用二节点模型，需从皮肤、体核调定温度、人体标准模型、肌体启动体温调节的环境温度值及人体与室外环境的对流换热系数4个方面对人体二节点模型进行修正，相关参数和调节过程应写成可赋值的变量或数学表达式，修正后的二节点模型对室外人体热反应预测具有通用性和适用性。
快速城镇化和全球变暖使城市室外环境的热不舒适加剧，热安全风险提高。为了解湿热地区室外动态热环境中人体生理量的变化规律，为快速评价室外热环境提供依据，开展了室外人体热反应观测实验。基于实测数据，对二节点模型进行了模拟精度分析和吻合度检验，研究得到了人体在室外受风速、MRT和自身调节的作用下，皮肤温度和体核温度呈现不同的变化规律及二节点模型修正方法。在室外动态热环境中应用二节点模型，需从皮肤、体核调定温度、人体标准模型、肌体启动体温调节的环境温度值及人体与室外环境的对流换热系数4个方面对人体二节点模型进行修正，相关参数和调节过程应写成可赋值的变量或数学表达式，修正后的二节点模型对室外人体热反应预测具有通用性和适用性。
2020, 42(1):180-190.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.148
摘要:
研究城市通风或建筑风环境的主要目的是探索建筑之间和建筑内外的气流运动及污染物扩散规律，主要手段有风洞实验和计算流体动力学（CFD）模拟，后者相对前者的优点是易操作且成本低，但由于流体运动的高度不确定性，其结果的准确性存疑。在城市中，建筑之间的互相遮挡是主要特征之一，提取其中最基本单元，把两个建筑之间的遮挡问题分为上游建筑有孔（如穿堂风）与无孔两种情况，运用CFD中的雷诺平均模型（RANS）模拟下游建筑表面的风压，并与风洞实验进行严格对比，以讨论CFD方法在这一基本单元问题中的可靠性。网格敏感性分析显示，建筑表面最小网格为建筑高度的2%时，可获得可靠的结果。5种常用RANS模型的结果与风洞实验严格对比表明：RANS模型对模拟上游有孔遮挡的可靠性明显高于模拟无孔遮挡；RANS模型对于建筑上部的风压模拟结果普遍好于建筑下部；其中，SST k-ω模型准确性最高，在上游有孔时，平均误差11%，上游无孔遮挡时，则为16%。
研究城市通风或建筑风环境的主要目的是探索建筑之间和建筑内外的气流运动及污染物扩散规律，主要手段有风洞实验和计算流体动力学（CFD）模拟，后者相对前者的优点是易操作且成本低，但由于流体运动的高度不确定性，其结果的准确性存疑。在城市中，建筑之间的互相遮挡是主要特征之一，提取其中最基本单元，把两个建筑之间的遮挡问题分为上游建筑有孔（如穿堂风）与无孔两种情况，运用CFD中的雷诺平均模型（RANS）模拟下游建筑表面的风压，并与风洞实验进行严格对比，以讨论CFD方法在这一基本单元问题中的可靠性。网格敏感性分析显示，建筑表面最小网格为建筑高度的2%时，可获得可靠的结果。5种常用RANS模型的结果与风洞实验严格对比表明：RANS模型对模拟上游有孔遮挡的可靠性明显高于模拟无孔遮挡；RANS模型对于建筑上部的风压模拟结果普遍好于建筑下部；其中，SST k-ω模型准确性最高，在上游有孔时，平均误差11%，上游无孔遮挡时，则为16%。
