2020年第42卷第2期文章目次
2020, 42(2):1-9.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.187
摘要:
为探究长期循环动荷载作用下红黏土的塑性累积应变效应，对南昌地区饱和重塑红黏土进行单向加载循环三轴试验，研究了动应力比、初始孔隙率、固结围压、加载频率、排水条件对红黏土塑性累积应变和动孔压的影响。结果表明：随着动应力比的增大，红黏土变形曲线由渐稳型向破坏型过渡；当动应力比小于临界动应力比时，随着循环振次的增加，红黏土的塑性累积应变和动孔压发展曲线均表现为起始快速增长，后出现拐点，最终趋于稳定；相同的动应力比下，试样的累积应变和动孔压随初始孔隙率、固结围压的增大而增大，随加载频率的增大而减小，不排水条件下的累积应变要大于排水条件下的累积应变；塑性累积应变越大，应变发展曲线拐点出现越滞后；随着动应力比的增大，土体的软化程度也越大，但在较高的循环振次下，软化程度减弱。
为探究长期循环动荷载作用下红黏土的塑性累积应变效应，对南昌地区饱和重塑红黏土进行单向加载循环三轴试验，研究了动应力比、初始孔隙率、固结围压、加载频率、排水条件对红黏土塑性累积应变和动孔压的影响。结果表明：随着动应力比的增大，红黏土变形曲线由渐稳型向破坏型过渡；当动应力比小于临界动应力比时，随着循环振次的增加，红黏土的塑性累积应变和动孔压发展曲线均表现为起始快速增长，后出现拐点，最终趋于稳定；相同的动应力比下，试样的累积应变和动孔压随初始孔隙率、固结围压的增大而增大，随加载频率的增大而减小，不排水条件下的累积应变要大于排水条件下的累积应变；塑性累积应变越大，应变发展曲线拐点出现越滞后；随着动应力比的增大，土体的软化程度也越大，但在较高的循环振次下，软化程度减弱。
2020, 42(2):10-16.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.157
摘要:
卸载是引起岩土材料破坏的常见工况，为了研究粗粒土在不同中主应力系数b情况下三向卸载时的强度特性，使用真三轴仪对粗粒土进行偏应力q保持300 kPa不变，球应力p不断减小的等q、等b三向等量卸载试验，分析三向卸载条件下粗粒土的强度特性，研究常用强度准则对卸载条件粗粒土的适用性。试验结果表明：在三向等量卸载条件下，粗粒土的强度参数与中主应力系数b有关；对于不同的b值，b=0时的内摩擦角φb最小，破坏应力比Mb最大；破坏应力比Mb随着b的增大而减小，且随着b的增大，减小的梯度在逐渐减小；内摩擦角φb在b值较小时随着b的增大而增大，在b值较大时随着b的增大而减小，3个方向剪切的共同影响可以解释这一变化规律；Matsuoka-Nakai强度准则、粗粒土应力不变量强度准则和Lade-Duncan强度准则这3个强度准则都能反映内摩擦角φb与b之间的这一规律，其中，Matsuoka-Nakai强度准则在b值较小时与试验结果较为接近，粗粒土应力不变量强度准则在b值较大时与试验结果较为接近；粗粒土角隅函数强度准则与等q、等b试验结果较为吻合。
卸载是引起岩土材料破坏的常见工况，为了研究粗粒土在不同中主应力系数b情况下三向卸载时的强度特性，使用真三轴仪对粗粒土进行偏应力q保持300 kPa不变，球应力p不断减小的等q、等b三向等量卸载试验，分析三向卸载条件下粗粒土的强度特性，研究常用强度准则对卸载条件粗粒土的适用性。试验结果表明：在三向等量卸载条件下，粗粒土的强度参数与中主应力系数b有关；对于不同的b值，b=0时的内摩擦角φb最小，破坏应力比Mb最大；破坏应力比Mb随着b的增大而减小，且随着b的增大，减小的梯度在逐渐减小；内摩擦角φb在b值较小时随着b的增大而增大，在b值较大时随着b的增大而减小，3个方向剪切的共同影响可以解释这一变化规律；Matsuoka-Nakai强度准则、粗粒土应力不变量强度准则和Lade-Duncan强度准则这3个强度准则都能反映内摩擦角φb与b之间的这一规律，其中，Matsuoka-Nakai强度准则在b值较小时与试验结果较为接近，粗粒土应力不变量强度准则在b值较大时与试验结果较为接近；粗粒土角隅函数强度准则与等q、等b试验结果较为吻合。
2020, 42(2):17-22.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.009
摘要:
近年来，中国西南山区的机场高填方建设进入快速发展阶段，具有良好工程特性的堆石料等粗粒土广泛应用于高填方。机场高填方内部应力较高，粗粒土等填筑材料会产生颗粒破碎，分析颗粒破碎特性对高填方变形和稳定性的影响具有重大工程意义。使用离散元颗粒流法对高填方建立数值模型，采用强度折减法模拟了高填方的变形演化过程，利用Russell和Muir Wood颗粒破碎准则，对颗粒破碎和颗粒不破碎两种情况分别进行了离散元的数值模拟分析，对比研究了考虑颗粒破碎对高填方变形和稳定性的影响。研究结果表明：粗粒土颗粒破碎后产生的小颗粒将滑移充填颗粒间的空隙，使高填方变形量增加，高填方土体的抗剪强度降低，进而使高填方的安全系数降低，严重影响高填方的稳定性。
近年来，中国西南山区的机场高填方建设进入快速发展阶段，具有良好工程特性的堆石料等粗粒土广泛应用于高填方。机场高填方内部应力较高，粗粒土等填筑材料会产生颗粒破碎，分析颗粒破碎特性对高填方变形和稳定性的影响具有重大工程意义。使用离散元颗粒流法对高填方建立数值模型，采用强度折减法模拟了高填方的变形演化过程，利用Russell和Muir Wood颗粒破碎准则，对颗粒破碎和颗粒不破碎两种情况分别进行了离散元的数值模拟分析，对比研究了考虑颗粒破碎对高填方变形和稳定性的影响。研究结果表明：粗粒土颗粒破碎后产生的小颗粒将滑移充填颗粒间的空隙，使高填方变形量增加，高填方土体的抗剪强度降低，进而使高填方的安全系数降低，严重影响高填方的稳定性。
2020, 42(2):23-29.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.152
摘要:
软黏土地基在长期反复荷载作用下容易产生变形大、沉降时间长且难于预测等问题。针对该问题，通过太沙基一维固结理论，求解了矩形及梯形反复荷载作用下软黏土地基的一维固结解析解；利用ABAQUS有限元软件，提出了一种反复荷载作用下软黏土地基长期固结变形的数值分析预测方法。利用该方法结合工程实例详细分析了反复荷载下软黏土地基沉降、孔隙压力和有效应力及孔隙比等随时间的长期发展变化规律，发现沉降量与反复荷载的水平加载段时间成正比；孔隙水压力的最终发展趋势是围绕0值上下波动；有效应力随着加载次数逐渐增加；孔隙比的变化与土层深度、加载大小与加载次数有关，并将不同荷载类型下的模拟值、理论值和实测数据进行了分析比对，发现等效的反复荷载下的沉降曲线与实测值吻合较好。
软黏土地基在长期反复荷载作用下容易产生变形大、沉降时间长且难于预测等问题。针对该问题，通过太沙基一维固结理论，求解了矩形及梯形反复荷载作用下软黏土地基的一维固结解析解；利用ABAQUS有限元软件，提出了一种反复荷载作用下软黏土地基长期固结变形的数值分析预测方法。利用该方法结合工程实例详细分析了反复荷载下软黏土地基沉降、孔隙压力和有效应力及孔隙比等随时间的长期发展变化规律，发现沉降量与反复荷载的水平加载段时间成正比；孔隙水压力的最终发展趋势是围绕0值上下波动；有效应力随着加载次数逐渐增加；孔隙比的变化与土层深度、加载大小与加载次数有关，并将不同荷载类型下的模拟值、理论值和实测数据进行了分析比对，发现等效的反复荷载下的沉降曲线与实测值吻合较好。
2020, 42(2):30-36.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.182
摘要:
通过室内试验研究土体孔隙液中重金属离子影响土体物理-力学性状的机理，采用不同浓度的重金属Cu2+、Zn2+、Pb2+掺入高岭土、伊利石类黏土和钠基膨润土，研究土体界限含液率、不排水抗剪强度随重金属离子浓度的变化规律。试验结果表明：以高岭石、伊利石为主要黏土矿物的低活性土的液限、塑性指数随离子浓度的增加而增大，钠基膨润土则表现出相反的变化规律；低活性黏土的不排水抗剪强度随离子浓度增加而增大，高活性黏土强度则随之减小；基于已有的无污染土体物理-力学性状定量联系，分析重金属污染土的不排水抗剪强度与液性指数的定量关系，发现重金属离子引起的不排水抗剪强度的变化可以归结于重金属离子引起的液塑限变化，表明重金属Cu2+、Zn2+、Pb2+污染过程基本没有产生化学反应，其物理-力学定量关系与已有的无污染土经验关系式一致。
通过室内试验研究土体孔隙液中重金属离子影响土体物理-力学性状的机理，采用不同浓度的重金属Cu2+、Zn2+、Pb2+掺入高岭土、伊利石类黏土和钠基膨润土，研究土体界限含液率、不排水抗剪强度随重金属离子浓度的变化规律。试验结果表明：以高岭石、伊利石为主要黏土矿物的低活性土的液限、塑性指数随离子浓度的增加而增大，钠基膨润土则表现出相反的变化规律；低活性黏土的不排水抗剪强度随离子浓度增加而增大，高活性黏土强度则随之减小；基于已有的无污染土体物理-力学性状定量联系，分析重金属污染土的不排水抗剪强度与液性指数的定量关系，发现重金属离子引起的不排水抗剪强度的变化可以归结于重金属离子引起的液塑限变化，表明重金属Cu2+、Zn2+、Pb2+污染过程基本没有产生化学反应，其物理-力学定量关系与已有的无污染土经验关系式一致。
2020, 42(2):37-44.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.155
摘要:
山东黄泛区粉土分布广泛，在铁路路基填料紧缺的情况下，常用改良粉土作为路基填料。选用纳米二氧化硅和石灰作为改良剂，对黄泛区粉土进行改良，并通过击实试验以及无侧限抗压强度试验对其强度进行测定，发现纳米二氧化硅-石灰改良粉土虽然强度有显著提升，但也呈现出脆性较大的不良特性。为改善纳米二氧化硅-石灰改良粉土的脆性，在改良粉土中加入聚丙烯纤维，并通过试验研究了纤维掺量和长度对纳米二氧化硅-石灰改良粉土强度和脆性的影响，确定纤维的最优掺量和最优长度。结果表明：纤维的加入能改善纳米二氧化硅-石灰改良粉土的脆性，提高其抗压及抗剪强度；当纤维掺量为0.4%、纤维长度为2 cm时，改良效果最好。
山东黄泛区粉土分布广泛，在铁路路基填料紧缺的情况下，常用改良粉土作为路基填料。选用纳米二氧化硅和石灰作为改良剂，对黄泛区粉土进行改良，并通过击实试验以及无侧限抗压强度试验对其强度进行测定，发现纳米二氧化硅-石灰改良粉土虽然强度有显著提升，但也呈现出脆性较大的不良特性。为改善纳米二氧化硅-石灰改良粉土的脆性，在改良粉土中加入聚丙烯纤维，并通过试验研究了纤维掺量和长度对纳米二氧化硅-石灰改良粉土强度和脆性的影响，确定纤维的最优掺量和最优长度。结果表明：纤维的加入能改善纳米二氧化硅-石灰改良粉土的脆性，提高其抗压及抗剪强度；当纤维掺量为0.4%、纤维长度为2 cm时，改良效果最好。
2020, 42(2):45-55.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.171
摘要:
为了研究降雨入渗作用下黄土力学性质劣化对浅埋黄土隧道稳定性的影响，对隧道围岩中的黄土进行了不同含水率和不同围压的剪切、等压三轴试验，结果表明，含水率对黄土力学性质和破坏形态有较大影响。根据试验结果建立了黄土不同含水率的塑性本构关系，对比了计算结果和试验结果，证明了该本构关系能较好地描述黄土的应力-应变规律。对不同降雨强度、不同深度的黄土在雨水入渗影响下的含水率分布规律进行分析，并在数值模拟软件中调用建立的不同含水率的黄土塑性本构关系，计算不同降雨强度下隧道结构的受力和变形，结果表明：考虑降雨入渗后隧道结构变形和受力增加明显，其中，拱顶沉降增幅达到46%，隧道初期支护应力增加20%~27%。将浅埋黄土隧道结构变形监测数据与数值模拟结果对比，验证了黄土本构关系的正确性，所模拟的降雨入渗对隧道结构稳定性的影响符合实际工程。
为了研究降雨入渗作用下黄土力学性质劣化对浅埋黄土隧道稳定性的影响，对隧道围岩中的黄土进行了不同含水率和不同围压的剪切、等压三轴试验，结果表明，含水率对黄土力学性质和破坏形态有较大影响。根据试验结果建立了黄土不同含水率的塑性本构关系，对比了计算结果和试验结果，证明了该本构关系能较好地描述黄土的应力-应变规律。对不同降雨强度、不同深度的黄土在雨水入渗影响下的含水率分布规律进行分析，并在数值模拟软件中调用建立的不同含水率的黄土塑性本构关系，计算不同降雨强度下隧道结构的受力和变形，结果表明：考虑降雨入渗后隧道结构变形和受力增加明显，其中，拱顶沉降增幅达到46%，隧道初期支护应力增加20%~27%。将浅埋黄土隧道结构变形监测数据与数值模拟结果对比，验证了黄土本构关系的正确性，所模拟的降雨入渗对隧道结构稳定性的影响符合实际工程。
2020, 42(2):56-64.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.167
摘要:
为探究基坑底部土体满堂加固对基坑变形和内力的影响，采用室内模型试验方法，研究了基坑底部土体满堂加固对基坑周围地表沉降、冠梁侧向位移、桩身弯矩以及桩后土压力变化的影响。运用ABAQUS有限元软件对模型试验进行数值模拟，将试验数据与数值计算结果进行对比，并分析了加固土体的水泥掺入比和加固深度对基坑变形的影响。结果表明：满堂加固对降低基坑底部隆起效果最为明显，对降低支护结构侧向位移较为明显，对减小地表沉降不明显；通过极差分析法得出，增加加固土体的弹性模量较增加加固深度对抑制支护桩侧向位移及坑底隆起更为有效；当水泥掺入比超过一定范围后，加固效果没有显著提升，建议在含水率为20%左右的软弱土层地区，水泥掺入比一般为5%~20%；土体的加固深度超过一定范围后，控制基坑变形的效果有所提高，但不明显，建议土体加固深度取0.4~0.45倍基坑深度。
为探究基坑底部土体满堂加固对基坑变形和内力的影响，采用室内模型试验方法，研究了基坑底部土体满堂加固对基坑周围地表沉降、冠梁侧向位移、桩身弯矩以及桩后土压力变化的影响。运用ABAQUS有限元软件对模型试验进行数值模拟，将试验数据与数值计算结果进行对比，并分析了加固土体的水泥掺入比和加固深度对基坑变形的影响。结果表明：满堂加固对降低基坑底部隆起效果最为明显，对降低支护结构侧向位移较为明显，对减小地表沉降不明显；通过极差分析法得出，增加加固土体的弹性模量较增加加固深度对抑制支护桩侧向位移及坑底隆起更为有效；当水泥掺入比超过一定范围后，加固效果没有显著提升，建议在含水率为20%左右的软弱土层地区，水泥掺入比一般为5%~20%；土体的加固深度超过一定范围后，控制基坑变形的效果有所提高，但不明显，建议土体加固深度取0.4~0.45倍基坑深度。
2020, 42(2):65-72.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.176
摘要:
为减小既有路基与拓宽路基的不均匀沉降，防止拓宽路基垮塌及路面破坏，针对流变性地基土，提出采用桩承式加筋土挡墙对路基进行拓宽。基于杭甬高速公路拓宽工程，采用FLAC3D建立软黏土地基上的桩承式加筋土挡墙路基拓宽数值模型，在既有路基通车不同年限后，将路基边坡削坡至1∶0.5，分层填筑拓宽路基并运行3 a（产生流变变形），分析了拓宽前不同通车时间对挡墙的水平位移和路基与地基的沉降量的影响，探讨了桩体布置位置及拓宽方式对路基结构的影响。结果表明：桩承式加筋土挡墙路基拓宽结构具有良好的稳定性与承载性能；拓宽后既有路基出现明显反坡现象，但路面坡比均小于道路功能性要求和结构性要求的容许值0.4%；利用桩承式加筋土挡墙拓宽不仅能降低拓宽路基对既有路基的影响，还能减少拓宽路基路面沉降。
为减小既有路基与拓宽路基的不均匀沉降，防止拓宽路基垮塌及路面破坏，针对流变性地基土，提出采用桩承式加筋土挡墙对路基进行拓宽。基于杭甬高速公路拓宽工程，采用FLAC3D建立软黏土地基上的桩承式加筋土挡墙路基拓宽数值模型，在既有路基通车不同年限后，将路基边坡削坡至1∶0.5，分层填筑拓宽路基并运行3 a（产生流变变形），分析了拓宽前不同通车时间对挡墙的水平位移和路基与地基的沉降量的影响，探讨了桩体布置位置及拓宽方式对路基结构的影响。结果表明：桩承式加筋土挡墙路基拓宽结构具有良好的稳定性与承载性能；拓宽后既有路基出现明显反坡现象，但路面坡比均小于道路功能性要求和结构性要求的容许值0.4%；利用桩承式加筋土挡墙拓宽不仅能降低拓宽路基对既有路基的影响，还能减少拓宽路基路面沉降。
2020, 42(2):73-79.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.170
摘要:
敲击-回波法是基桩完整性检测的有效方法，基于一维应力波理论，可以根据桩顶反射波质点振动速度响应曲线（包括走时、幅值及相位）来确定桩体波阻抗变化范围及程度。然而，在实际中，桩是柱体而非杆件，截面变形不均匀。通过点源激发的波分量及在桩顶侧面的反射波，分析了桩顶近场三维波动现象，并基于圆柱中纵向波对远场波进行分析。结果表明，在测点位置及激振频率满足一定的要求时，三维波动特性及纵向波频散特性可以削弱，桩的动测信号可近似用一维应力波理论来分析。在桩土相互作用下，桩体中应力波随传播衰减，分析了桩土剪切波速差异对应力波衰减影响规律，结果表明，应力波衰减不仅与桩土剪切波速比值有关，而且还与桩土剪切波速绝对值有关，桩体剪切波速越低、土体剪切波速越高，应力波衰减越快。
敲击-回波法是基桩完整性检测的有效方法，基于一维应力波理论，可以根据桩顶反射波质点振动速度响应曲线（包括走时、幅值及相位）来确定桩体波阻抗变化范围及程度。然而，在实际中，桩是柱体而非杆件，截面变形不均匀。通过点源激发的波分量及在桩顶侧面的反射波，分析了桩顶近场三维波动现象，并基于圆柱中纵向波对远场波进行分析。结果表明，在测点位置及激振频率满足一定的要求时，三维波动特性及纵向波频散特性可以削弱，桩的动测信号可近似用一维应力波理论来分析。在桩土相互作用下，桩体中应力波随传播衰减，分析了桩土剪切波速差异对应力波衰减影响规律，结果表明，应力波衰减不仅与桩土剪切波速比值有关，而且还与桩土剪切波速绝对值有关，桩体剪切波速越低、土体剪切波速越高，应力波衰减越快。
2020, 42(2):80-94.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.143
摘要:
中国公铁两用桥发展至今已有近80年的历史，从早期跨径小、结构受力简单的梁式体系发展到目前大跨径的拱式体系以及大跨径、超大跨径的斜拉、悬索体系等。通过收集中国已建和在建的以上4种结构体系的公铁两用桥相关资料，对中国4种结构体系的公铁两用桥主桥主梁结构、基础以及其他结构部分在结构设计、施工工艺、材料性能上的发展趋势进行了分析。分析发现：4种结构体系公铁两用桥主桥主梁结构设计中的主桁形式、桥面系、联结系在结构上由繁至简、由离散拼装至整体栓焊；主桁桁式在力学特性上与各结构体系公铁两用桥主梁受力特点相辅相成，充分发挥了材料的性能和结构的受力特点，主梁施工工艺趋于系统化、高效化、经济化，其材料性能趋于优质化；基础的类型没有明显变化，但其施工方法实现了自我创新，材料性能趋于优质化；拱式体系公铁两用桥主桥主拱的结构设计趋于新型化，施工工艺趋于复杂化，在材料的选择上趋于科学和经济化；斜拉和悬索体系公铁两用桥除主梁和基础部分外，其他部分结构的设计趋于科学化，施工趋于经济化、智能化，材料性能趋于优质化。
中国公铁两用桥发展至今已有近80年的历史，从早期跨径小、结构受力简单的梁式体系发展到目前大跨径的拱式体系以及大跨径、超大跨径的斜拉、悬索体系等。通过收集中国已建和在建的以上4种结构体系的公铁两用桥相关资料，对中国4种结构体系的公铁两用桥主桥主梁结构、基础以及其他结构部分在结构设计、施工工艺、材料性能上的发展趋势进行了分析。分析发现：4种结构体系公铁两用桥主桥主梁结构设计中的主桁形式、桥面系、联结系在结构上由繁至简、由离散拼装至整体栓焊；主桁桁式在力学特性上与各结构体系公铁两用桥主梁受力特点相辅相成，充分发挥了材料的性能和结构的受力特点，主梁施工工艺趋于系统化、高效化、经济化，其材料性能趋于优质化；基础的类型没有明显变化，但其施工方法实现了自我创新，材料性能趋于优质化；拱式体系公铁两用桥主桥主拱的结构设计趋于新型化，施工工艺趋于复杂化，在材料的选择上趋于科学和经济化；斜拉和悬索体系公铁两用桥除主梁和基础部分外，其他部分结构的设计趋于科学化，施工趋于经济化、智能化，材料性能趋于优质化。
2020, 42(2):95-106.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.153
摘要:
以某一匝道公路曲线连续箱梁桥为例，分析了该类桥梁的空间车桥耦合振动问题。用ANSYS软件模拟梁桥，选用典型的三轴空间车辆模型，采用模态综合法编制公路曲线车桥耦合振动响应MATLAB程序，获得了车辆制动作用下曲线连续梁桥的动力响应及冲击系数，研究了初速度、制动位置、制动力上升时间、桥面平整度等参数对冲击系数的影响。结果表明：车辆制动时，主梁最大挠度、挠度和内力冲击系数没有随初速度的增大而单调递增或递减，但均明显大于车辆以相同初速度匀速行驶时的结果，且可能超过规范值。在桥前半跨内制动时，挠度和跨中剪力冲击系数大于在后半跨度内制动情况，同时，当车辆制动位置大于半跨且越靠近支点时，车辆制动时挠度和内力冲击系数越接近匀速时的结果。随着曲率半径的增大，桥梁的挠度、弯矩和扭矩冲击系数逐渐减小，而剪力冲击系数逐渐增大；弯桥的挠度、弯矩和扭矩冲击系数大于直线桥结果，紧急制动易于加剧桥梁的振动。
以某一匝道公路曲线连续箱梁桥为例，分析了该类桥梁的空间车桥耦合振动问题。用ANSYS软件模拟梁桥，选用典型的三轴空间车辆模型，采用模态综合法编制公路曲线车桥耦合振动响应MATLAB程序，获得了车辆制动作用下曲线连续梁桥的动力响应及冲击系数，研究了初速度、制动位置、制动力上升时间、桥面平整度等参数对冲击系数的影响。结果表明：车辆制动时，主梁最大挠度、挠度和内力冲击系数没有随初速度的增大而单调递增或递减，但均明显大于车辆以相同初速度匀速行驶时的结果，且可能超过规范值。在桥前半跨内制动时，挠度和跨中剪力冲击系数大于在后半跨度内制动情况，同时，当车辆制动位置大于半跨且越靠近支点时，车辆制动时挠度和内力冲击系数越接近匀速时的结果。随着曲率半径的增大，桥梁的挠度、弯矩和扭矩冲击系数逐渐减小，而剪力冲击系数逐渐增大；弯桥的挠度、弯矩和扭矩冲击系数大于直线桥结果，紧急制动易于加剧桥梁的振动。
2020, 42(2):107-114.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.161
摘要:
针对斜拉桥设计和监控计算中合理成桥状态和施工状态索力的确定问题，提出了一种基于MOPSO算法的斜拉桥索力优化方法。该方法在PSO算法的基础上通过增加外部储备集和优化更新策略来适应多目标、多约束的索力优化，较单目标优化方法仅有单一解的局限性，MOPSO算法考虑因素更全面，得到的Pareto最优解集可供决策者根据经验进一步筛选。采用Python编程语言，联合有限元软件编写基于该方法的优化程序，选取主塔、主梁的弯曲应变能之和，主塔成桥后在恒载作用下的纵桥向位移平方和作为目标函数，以施工过程及成桥后结构处于安全状态和索力总体分布均匀作为约束条件。工程算例优化结果表明，该方法能够快速搜寻到Pareto最优解集，并从中筛选出最优解，其结构应力处于安全范围，主塔线形合理，索力总体分布均匀。该方法可应用于斜拉桥成桥和施工阶段索力的确定及梁拱组合体系桥梁吊杆索力的确定。
针对斜拉桥设计和监控计算中合理成桥状态和施工状态索力的确定问题，提出了一种基于MOPSO算法的斜拉桥索力优化方法。该方法在PSO算法的基础上通过增加外部储备集和优化更新策略来适应多目标、多约束的索力优化，较单目标优化方法仅有单一解的局限性，MOPSO算法考虑因素更全面，得到的Pareto最优解集可供决策者根据经验进一步筛选。采用Python编程语言，联合有限元软件编写基于该方法的优化程序，选取主塔、主梁的弯曲应变能之和，主塔成桥后在恒载作用下的纵桥向位移平方和作为目标函数，以施工过程及成桥后结构处于安全状态和索力总体分布均匀作为约束条件。工程算例优化结果表明，该方法能够快速搜寻到Pareto最优解集，并从中筛选出最优解，其结构应力处于安全范围，主塔线形合理，索力总体分布均匀。该方法可应用于斜拉桥成桥和施工阶段索力的确定及梁拱组合体系桥梁吊杆索力的确定。
2020, 42(2):115-124.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.151
摘要:
爆炸超压是描述爆炸荷载的重要指标，不同方法的超压计算结果具有较高的离散性。通过分析试验数据图表拟合确定入射超压与反射超压关系的反射系数计算式，搜集转化得到大量爆炸超压理论计算公式与爆炸试验数据，从而对爆炸超压在不同比例距离下的分布特征进行分析。研究结果表明：当比例距离小于0.5 m/kg1/3时，爆炸超压概率密度服从指数分布；当比例距离大于0.5 m/kg1/3时，爆炸超压概率密度服从正态分布。当比例距离小于0.5 m/kg1/3时，爆炸超压变异系数达最大值1，比例距离在1.5~6.0 m/kg1/3之间时，变异系数较小，在0.13~0.2 m/kg1/3之间；反射超压变异系数较入射超压略大。依据不同比例距离下爆炸超压分布期望数据，拟合得到爆炸超压的计算公式与具有95%保证率条件下的爆炸超压分布范围计算公式。
爆炸超压是描述爆炸荷载的重要指标，不同方法的超压计算结果具有较高的离散性。通过分析试验数据图表拟合确定入射超压与反射超压关系的反射系数计算式，搜集转化得到大量爆炸超压理论计算公式与爆炸试验数据，从而对爆炸超压在不同比例距离下的分布特征进行分析。研究结果表明：当比例距离小于0.5 m/kg1/3时，爆炸超压概率密度服从指数分布；当比例距离大于0.5 m/kg1/3时，爆炸超压概率密度服从正态分布。当比例距离小于0.5 m/kg1/3时，爆炸超压变异系数达最大值1，比例距离在1.5~6.0 m/kg1/3之间时，变异系数较小，在0.13~0.2 m/kg1/3之间；反射超压变异系数较入射超压略大。依据不同比例距离下爆炸超压分布期望数据，拟合得到爆炸超压的计算公式与具有95%保证率条件下的爆炸超压分布范围计算公式。
2020, 42(2):125-134.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.169
摘要:
针对低矮房屋受台风作用极易损坏的问题，提出一种在低矮房屋上安装新型抗风耗能装置的防护方法。为寻求新型耗能装置的最优布置方式，使耗能装置效用最大化，针对将装置安装在双坡屋盖边缘、屋脊以及联合导流板工作等6种安装工况，通过风洞试验，研究抗风装置系统对屋面峰值风压和平均风压的影响，并对6种工况进行数值模拟分析，数值模拟结果与风洞试验一致。进行了耗能装置几何参数的优化研究，探讨了叶尖速比、叶轮根部安装角和叶根对叶尖扭角对耗能系数的影响。研究表明：安装耗能装置能有效预防屋面受风损坏；在迎风侧屋檐上部，结合导流板与抗风装置联合工作的方式能显著降低负风压对屋面结构的不利影响，这种安装方式在任一风向角下都显著降低了屋面平均风压系数极值（包括迎、背风面），降低幅度可达40%。
针对低矮房屋受台风作用极易损坏的问题，提出一种在低矮房屋上安装新型抗风耗能装置的防护方法。为寻求新型耗能装置的最优布置方式，使耗能装置效用最大化，针对将装置安装在双坡屋盖边缘、屋脊以及联合导流板工作等6种安装工况，通过风洞试验，研究抗风装置系统对屋面峰值风压和平均风压的影响，并对6种工况进行数值模拟分析，数值模拟结果与风洞试验一致。进行了耗能装置几何参数的优化研究，探讨了叶尖速比、叶轮根部安装角和叶根对叶尖扭角对耗能系数的影响。研究表明：安装耗能装置能有效预防屋面受风损坏；在迎风侧屋檐上部，结合导流板与抗风装置联合工作的方式能显著降低负风压对屋面结构的不利影响，这种安装方式在任一风向角下都显著降低了屋面平均风压系数极值（包括迎、背风面），降低幅度可达40%。
2020, 42(2):135-142.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.184
摘要:
为了解决输电塔等工程结构在不确定因素干扰下的损伤识别问题，提出了一种基于关联模态的云推理算法。建立残余力基本方程，并分析了基于残余力向量的损伤识别原理；提出了基于残余力的云推理算法，给出了云模型的数字特征，分析了前件云发生器和后件云发生器，给出了基于灰云模型的定性规则库建立方法，并利用云规则组成了相应的云推理系统。考虑到残余力法易受测量噪声等不确定因素干扰的弱点，进一步提出了关联模态云推理算法，以提高损伤识别的精度和可靠性，并采用输电塔结构模型进行了损伤识别研究。数值计算结果表明，关联模态云推理算法可以较好地识别出结构损伤，其识别效果明显优于残余力向量法和残余力云推理算法。
为了解决输电塔等工程结构在不确定因素干扰下的损伤识别问题，提出了一种基于关联模态的云推理算法。建立残余力基本方程，并分析了基于残余力向量的损伤识别原理；提出了基于残余力的云推理算法，给出了云模型的数字特征，分析了前件云发生器和后件云发生器，给出了基于灰云模型的定性规则库建立方法，并利用云规则组成了相应的云推理系统。考虑到残余力法易受测量噪声等不确定因素干扰的弱点，进一步提出了关联模态云推理算法，以提高损伤识别的精度和可靠性，并采用输电塔结构模型进行了损伤识别研究。数值计算结果表明，关联模态云推理算法可以较好地识别出结构损伤，其识别效果明显优于残余力向量法和残余力云推理算法。
2020, 42(2):143-148.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.178
摘要:
为了给建筑钢结构螺栓连接的抗火性能分析与抗火设计提供依据，对不锈钢螺栓高温下的力学性能进行试验研究，开展了两组不同等级不锈钢螺栓高温下的拉伸试验，得到了不同温度下不锈钢螺栓的全应力-应变曲线。对不锈钢螺栓高温下的弹性模量、屈服强度和极限强度进行分析，将试验结果与不锈钢母材和耐火钢螺栓在高温下力学性能进行了对比，并对比相关规范关于不锈钢母材的推荐值，提出了不锈钢螺栓高温下弹性模量、屈服强度和极限强度的折减模型。研究结果表明：不锈钢螺栓高温下的极限强度折减系数与欧洲规范EC3中对不锈钢母材的推荐值相近，弹性模量折减系数差距较大。温度低于650 ℃时，不锈钢螺栓相比不锈钢母材屈服强度下降更慢；温度在500～900 ℃时，不锈钢螺栓相比耐火钢螺栓强度和弹性模量下降更慢。
为了给建筑钢结构螺栓连接的抗火性能分析与抗火设计提供依据，对不锈钢螺栓高温下的力学性能进行试验研究，开展了两组不同等级不锈钢螺栓高温下的拉伸试验，得到了不同温度下不锈钢螺栓的全应力-应变曲线。对不锈钢螺栓高温下的弹性模量、屈服强度和极限强度进行分析，将试验结果与不锈钢母材和耐火钢螺栓在高温下力学性能进行了对比，并对比相关规范关于不锈钢母材的推荐值，提出了不锈钢螺栓高温下弹性模量、屈服强度和极限强度的折减模型。研究结果表明：不锈钢螺栓高温下的极限强度折减系数与欧洲规范EC3中对不锈钢母材的推荐值相近，弹性模量折减系数差距较大。温度低于650 ℃时，不锈钢螺栓相比不锈钢母材屈服强度下降更慢；温度在500～900 ℃时，不锈钢螺栓相比耐火钢螺栓强度和弹性模量下降更慢。
2020, 42(2):149-156.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.183
摘要:
为研究疲劳荷载对植筋拉拔承载力、粘结应力的影响，设计植筋直径为16~25 mm、锚固深度为10d~25d（d为植筋直径）的10组拉拔试件进行疲劳试验，试件经200万次荷载上限为0.45Pu的疲劳加载后均未破坏，施加静载至破坏。加载过程中测量植筋的应变、滑移和荷载。结果表明：疲劳荷载削弱了承载能力，试件经疲劳荷载作用后极限承载力下降，粘结应力的减小随循环加载次数增加呈对数发展趋势。分析了粘结应力与试件破坏形态的关系。对于拔出破坏的试件，达到一定植筋深度后，胶筋界面的粘结应力是控制试件破坏与否的主要因素。增加植筋直径和锚固深度，粘结应力峰值逐渐降低，沿锚固长度的应力分布曲线趋于平缓，提高了植筋整体受力性能。
为研究疲劳荷载对植筋拉拔承载力、粘结应力的影响，设计植筋直径为16~25 mm、锚固深度为10d~25d（d为植筋直径）的10组拉拔试件进行疲劳试验，试件经200万次荷载上限为0.45Pu的疲劳加载后均未破坏，施加静载至破坏。加载过程中测量植筋的应变、滑移和荷载。结果表明：疲劳荷载削弱了承载能力，试件经疲劳荷载作用后极限承载力下降，粘结应力的减小随循环加载次数增加呈对数发展趋势。分析了粘结应力与试件破坏形态的关系。对于拔出破坏的试件，达到一定植筋深度后，胶筋界面的粘结应力是控制试件破坏与否的主要因素。增加植筋直径和锚固深度，粘结应力峰值逐渐降低，沿锚固长度的应力分布曲线趋于平缓，提高了植筋整体受力性能。
2020, 42(2):157-164.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.154
摘要:
为研究装配式高强钢筋钢纤维混凝土框架节点的抗震性能，对2个预制装配式混凝土节点试件和1个现浇普通混凝土节点试件进行低周往复荷载试验，对比分析装配式混凝土节点试件的破坏特征、滞回特性和耗能能力等抗震性能指标。结果表明：节点核心区加入工字钢的装配式高强钢筋钢纤维混凝土梁柱中节点试件发生梁端弯曲破坏，满足“强柱弱梁”的抗震设计要求；普通现浇节点和采用钢板焊接端板连接的节点均发生节点核心区剪切破坏，而装配式混凝土节点核心区破坏程度较轻；在节点核心区及后浇区加入钢纤维能减少裂缝宽度，延缓裂缝传播，减轻核心区混凝土剥落程度，改善节点破坏形态；预制装配式混凝土梁柱节点试件的极限荷载、滞回性能和耗能能力均得到提高，刚度退化得到减缓，从而改善预制混凝土框架节点的抗震性能。
为研究装配式高强钢筋钢纤维混凝土框架节点的抗震性能，对2个预制装配式混凝土节点试件和1个现浇普通混凝土节点试件进行低周往复荷载试验，对比分析装配式混凝土节点试件的破坏特征、滞回特性和耗能能力等抗震性能指标。结果表明：节点核心区加入工字钢的装配式高强钢筋钢纤维混凝土梁柱中节点试件发生梁端弯曲破坏，满足“强柱弱梁”的抗震设计要求；普通现浇节点和采用钢板焊接端板连接的节点均发生节点核心区剪切破坏，而装配式混凝土节点核心区破坏程度较轻；在节点核心区及后浇区加入钢纤维能减少裂缝宽度，延缓裂缝传播，减轻核心区混凝土剥落程度，改善节点破坏形态；预制装配式混凝土梁柱节点试件的极限荷载、滞回性能和耗能能力均得到提高，刚度退化得到减缓，从而改善预制混凝土框架节点的抗震性能。
2020, 42(2):165-178.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.174
摘要:
海洋大气区氯离子对钢筋混凝土的侵蚀行为可分为两个阶段，首先，氯离子在风力作用下附着在混凝土表面，其次，从混凝土表面向混凝土内部侵蚀。基于海洋大气区氯离子对混凝土侵蚀的全过程，对已有研究进行归纳总结，阐述了各影响因素对沉积过程的影响规律。其中，海水含盐量、风速、暴露时间与混凝土氯离子沉积量呈正相关关系，距海岸距离与混凝土氯离子沉积量呈负相关关系；论述了各影响因素对传输过程的影响规律，水灰比越大、暴露时间越长、温度越高、内外湿度梯度越大、碳化越严重越容易形成对流区。目前，针对海洋大气区氯离子在混凝土中沉积和传输行为开展研究多基于单因素，多因素耦合作用下的沉积和传输行为尚需进一步研究。
海洋大气区氯离子对钢筋混凝土的侵蚀行为可分为两个阶段，首先，氯离子在风力作用下附着在混凝土表面，其次，从混凝土表面向混凝土内部侵蚀。基于海洋大气区氯离子对混凝土侵蚀的全过程，对已有研究进行归纳总结，阐述了各影响因素对沉积过程的影响规律。其中，海水含盐量、风速、暴露时间与混凝土氯离子沉积量呈正相关关系，距海岸距离与混凝土氯离子沉积量呈负相关关系；论述了各影响因素对传输过程的影响规律，水灰比越大、暴露时间越长、温度越高、内外湿度梯度越大、碳化越严重越容易形成对流区。目前，针对海洋大气区氯离子在混凝土中沉积和传输行为开展研究多基于单因素，多因素耦合作用下的沉积和传输行为尚需进一步研究。
2020, 42(2):179-187.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.163
摘要:
高纬度、高海拔地区长大公路隧道的喷射混凝土永久支护结构常年遭受冻融损伤及碳化双重作用，其结构耐久性能退化，增大了隧道的养护及运营成本。采用先气冻气融后快速碳化的方式，开展冻融损伤喷射混凝土永久支护结构碳化耐久性试验研究，以冻融损伤喷射混凝土碳化深度和相对抗压强度为指标，研究冻融损伤喷射混凝土碳化深度的变化规律及影响因素。结果表明，冻融损伤加速了喷射混凝土的碳化过程，且碳化速度随冻融损伤度快速增大。碳化的冻融损伤混凝土相对抗压强度随着碳化深度增大。冻融损伤度大于10%时，碳化对冻融损伤喷射混凝土相对抗压强度增长不明显。采用IBM SPSS统计软件对试验数据分析，建立了考虑冻融损伤、喷射混凝土配合比参数及成型方式的喷射混凝土碳化深度预测模型。经验证，预测值与试验值总体误差小于20%，标准误差为0.16，模型适用性较好。
高纬度、高海拔地区长大公路隧道的喷射混凝土永久支护结构常年遭受冻融损伤及碳化双重作用，其结构耐久性能退化，增大了隧道的养护及运营成本。采用先气冻气融后快速碳化的方式，开展冻融损伤喷射混凝土永久支护结构碳化耐久性试验研究，以冻融损伤喷射混凝土碳化深度和相对抗压强度为指标，研究冻融损伤喷射混凝土碳化深度的变化规律及影响因素。结果表明，冻融损伤加速了喷射混凝土的碳化过程，且碳化速度随冻融损伤度快速增大。碳化的冻融损伤混凝土相对抗压强度随着碳化深度增大。冻融损伤度大于10%时，碳化对冻融损伤喷射混凝土相对抗压强度增长不明显。采用IBM SPSS统计软件对试验数据分析，建立了考虑冻融损伤、喷射混凝土配合比参数及成型方式的喷射混凝土碳化深度预测模型。经验证，预测值与试验值总体误差小于20%，标准误差为0.16，模型适用性较好。
2020, 42(2):188-194.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.177
摘要:
近年来，基于硫酸根自由基（SO4·-）的高级氧化技术（SR-AOPs）迅速发展，高效稳定地产生SO4·-自由基的催化剂及相关机制成为新的研究重点。采用氨水改性吸附焙烧法制备非均相硅基高分散钴氧化物（CoNSi）催化剂，用于活化工业副产物亚硫酸盐（S（IV）），进而以废治污降解污染物。分别研究了不同pH值、不同CoNSi和亚硫酸钠（Na2SO3）投加量、不同橙黄Ⅱ（AO7）浓度以及氧气对底物降解效能的影响，分析了亚硫酸盐浓度和AO7浓度对AO7降解反应初始速率的影响。结果表明：当反应pH值为9.0，CoNSi和Na2SO3投加量分别为0.25 g/L和1.0 mM，AO7浓度为7 mg/L，氧气存在的条件下，AO7的降解率可达到79.4%。此外，序批实验证明了CoNSi活化亚硫酸盐的稳定性，自由基抑制实验证明了SO4·-自由基是降解AO7的主要活性物种。
近年来，基于硫酸根自由基（SO4·-）的高级氧化技术（SR-AOPs）迅速发展，高效稳定地产生SO4·-自由基的催化剂及相关机制成为新的研究重点。采用氨水改性吸附焙烧法制备非均相硅基高分散钴氧化物（CoNSi）催化剂，用于活化工业副产物亚硫酸盐（S（IV）），进而以废治污降解污染物。分别研究了不同pH值、不同CoNSi和亚硫酸钠（Na2SO3）投加量、不同橙黄Ⅱ（AO7）浓度以及氧气对底物降解效能的影响，分析了亚硫酸盐浓度和AO7浓度对AO7降解反应初始速率的影响。结果表明：当反应pH值为9.0，CoNSi和Na2SO3投加量分别为0.25 g/L和1.0 mM，AO7浓度为7 mg/L，氧气存在的条件下，AO7的降解率可达到79.4%。此外，序批实验证明了CoNSi活化亚硫酸盐的稳定性，自由基抑制实验证明了SO4·-自由基是降解AO7的主要活性物种。
2020, 42(2):195-202.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.180
摘要:
为测定实验室提取的5种石油烃降解菌的混合菌悬液对汽油污染土的降解效果，利用气相色谱-质谱联用仪对经过降解菌降解的汽油污染土化合物进行定性分析，以鉴定此混合菌悬液对汽油污染土是否有降解能力；考虑pH值、温度、土壤含水率及降解菌接种量等因素，采用单因素试验和多因素正交试验进行降解率测定，以优化此混合菌悬液对汽油污染土的降解条件。试验结果表明，单因素试验条件下，经过试验前后化合物组分比较发现，实验室提取的5种混合降解菌对汽油污染土有良好的降解能力；由相对峰面积比图发现，温度和降解菌接种量相对于含水率和pH值这两个因素来说，对混合降解菌降解效果的影响更为显著；当pH值在6～8、降解温度在30～35 ℃、含水率在15%～25%、降解菌接种量在1～2.5 mL范围时，混合菌悬液的降解效果相对明显。多因素正交试验条件下，混合菌悬液的最佳降解条件是：温度为32 ℃，pH值为7，降解菌接种量为1 mL，含水率为25%。
为测定实验室提取的5种石油烃降解菌的混合菌悬液对汽油污染土的降解效果，利用气相色谱-质谱联用仪对经过降解菌降解的汽油污染土化合物进行定性分析，以鉴定此混合菌悬液对汽油污染土是否有降解能力；考虑pH值、温度、土壤含水率及降解菌接种量等因素，采用单因素试验和多因素正交试验进行降解率测定，以优化此混合菌悬液对汽油污染土的降解条件。试验结果表明，单因素试验条件下，经过试验前后化合物组分比较发现，实验室提取的5种混合降解菌对汽油污染土有良好的降解能力；由相对峰面积比图发现，温度和降解菌接种量相对于含水率和pH值这两个因素来说，对混合降解菌降解效果的影响更为显著；当pH值在6～8、降解温度在30～35 ℃、含水率在15%～25%、降解菌接种量在1～2.5 mL范围时，混合菌悬液的降解效果相对明显。多因素正交试验条件下，混合菌悬液的最佳降解条件是：温度为32 ℃，pH值为7，降解菌接种量为1 mL，含水率为25%。
