2021年第43卷第5期文章目次
2021, 43(5):1-9.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.064
摘要:
沿海地区的疏浚工程产生了大量疏浚淤泥。为了研究疏浚淤泥的处理方法，通过室内模型试验，对温州地区的疏浚淤泥进行了分级真空预压联合间歇电渗的加固处理，并对间歇通电的时间及间歇逐级加压电渗进行了研究。试验过程中监测了真空压力、电流、排水量和土表的沉降；试验之后，对土体含水率、十字板剪切强度以及电极腐蚀质量进行了测量。试验结果表明，虽然间歇通电时间越长，土体固结效果越好，但是间歇通电时长超过24 h时，土体加固效果开始减弱；然而，电极腐蚀质量和间歇电渗的平均能耗系数却依然与间歇通电时长呈正相关。此外，分级真空预压联合间歇逐级加压电渗法相比于分级真空预压联合间歇电渗法获得了更佳的土体加固效果，并且其电极腐蚀质量和间歇电渗的平均能耗系数也显著降低。
沿海地区的疏浚工程产生了大量疏浚淤泥。为了研究疏浚淤泥的处理方法，通过室内模型试验，对温州地区的疏浚淤泥进行了分级真空预压联合间歇电渗的加固处理，并对间歇通电的时间及间歇逐级加压电渗进行了研究。试验过程中监测了真空压力、电流、排水量和土表的沉降；试验之后，对土体含水率、十字板剪切强度以及电极腐蚀质量进行了测量。试验结果表明，虽然间歇通电时间越长，土体固结效果越好，但是间歇通电时长超过24 h时，土体加固效果开始减弱；然而，电极腐蚀质量和间歇电渗的平均能耗系数却依然与间歇通电时长呈正相关。此外，分级真空预压联合间歇逐级加压电渗法相比于分级真空预压联合间歇电渗法获得了更佳的土体加固效果，并且其电极腐蚀质量和间歇电渗的平均能耗系数也显著降低。
2021, 43(5):10-18.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.200
摘要:
絮凝-固化联合法（FSCM）是超高含水率疏浚泥浆（EHW-MS）处理和循环利用的合理选择。然而，面向对填料力学性能要求较高的资源化利用情形时，FSCM在固化效率上仍存在一定的局限性。在FSCM的基础上引入低位真空预压技术（VP），对EHW-MS用作路堤填料提出了一套新的技术方法——真空预压-絮凝-固化联合法（VP-FSCM），以达到淤泥浆深度脱水、提高固化效率的目的。通过开展一系列室内模型试验，来确定所提出的VP-FSCM的优越性，并探究其处理优势随等效初始含水率的变化规律；结合微观测试手段，分析和论证了VP-FSCM的内在机理和可行性。结果显示，采用VP-FSCM能使试样的不排水抗剪强度最高提高至FSCM的1.65倍，并且强度优势稳定在1.2倍以上。其处理优势在微观层面上表现为C（A）SH凝胶、钙矾石等水化产物数量及发育程度得到明显提升，进一步填充与密实土体结构。
絮凝-固化联合法（FSCM）是超高含水率疏浚泥浆（EHW-MS）处理和循环利用的合理选择。然而，面向对填料力学性能要求较高的资源化利用情形时，FSCM在固化效率上仍存在一定的局限性。在FSCM的基础上引入低位真空预压技术（VP），对EHW-MS用作路堤填料提出了一套新的技术方法——真空预压-絮凝-固化联合法（VP-FSCM），以达到淤泥浆深度脱水、提高固化效率的目的。通过开展一系列室内模型试验，来确定所提出的VP-FSCM的优越性，并探究其处理优势随等效初始含水率的变化规律；结合微观测试手段，分析和论证了VP-FSCM的内在机理和可行性。结果显示，采用VP-FSCM能使试样的不排水抗剪强度最高提高至FSCM的1.65倍，并且强度优势稳定在1.2倍以上。其处理优势在微观层面上表现为C（A）SH凝胶、钙矾石等水化产物数量及发育程度得到明显提升，进一步填充与密实土体结构。
2021, 43(5):19-26.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.039
摘要:
近年来，大城市工程建设急速发展，土地资源愈发紧张，一些矿产资源型城市中出现了利用废弃天然矿坑进行地下空间开发的改造项目。以长沙湘江欢乐城项目深废矿坑改造开发工程为背景，针对矿坑边坡稳定性以及受建筑结构点式荷载作用下的岩壁与基础协同作用问题，利用数值分析手段建立三维岩壁-建筑结构相互作用模型。研究岩壁在环形点式受荷条件下的表现，并探究遭遇突发性岩壁变形及承载状态变化后，岩壁与结构的稳定性变化情况。结果表明，在天然状况下废弃矿坑的开采高边坡基本处于稳定状态；而施工扰动和建筑荷载造成的应力变形仅发生于岩壁表面，未达岩体深部；岩壁由于突发灾害产生的局部大变形会严重危及支承其上的基础和结构安全；而在合理的建筑物环形点式基础设计布置情况下，基础结构的偶然失效不会影响岩壁和建筑物的稳定性。
近年来，大城市工程建设急速发展，土地资源愈发紧张，一些矿产资源型城市中出现了利用废弃天然矿坑进行地下空间开发的改造项目。以长沙湘江欢乐城项目深废矿坑改造开发工程为背景，针对矿坑边坡稳定性以及受建筑结构点式荷载作用下的岩壁与基础协同作用问题，利用数值分析手段建立三维岩壁-建筑结构相互作用模型。研究岩壁在环形点式受荷条件下的表现，并探究遭遇突发性岩壁变形及承载状态变化后，岩壁与结构的稳定性变化情况。结果表明，在天然状况下废弃矿坑的开采高边坡基本处于稳定状态；而施工扰动和建筑荷载造成的应力变形仅发生于岩壁表面，未达岩体深部；岩壁由于突发灾害产生的局部大变形会严重危及支承其上的基础和结构安全；而在合理的建筑物环形点式基础设计布置情况下，基础结构的偶然失效不会影响岩壁和建筑物的稳定性。
2021, 43(5):27-33.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.091
摘要:
高能级强夯的加固效果显著，应用范围越来越广泛，有效加固深度是评判加固效果和确定强夯方案的重要指标。以10000 kN·m高能级强夯加固某抛填路基工程为背景，采用FLAC 3D有限差分软件进行单点多次夯击的强夯数值模拟，以夯击后的应力为标准来计算有效加固深度。结果表明：随夯击次数的增加，有效加固深度先增大后稳定，6击后有效加固深度的增幅极小。经正交试验和极差分析得到土体参数对强夯有效加固深度的敏感性排序。落距和锤重与有效加固深度呈正相关关系，锤径则为负相关关系。锤重对有效加固深度的影响大于落距，在夯击能相同时，重锤低落所得到的累计夯沉量与有效加固深度均更大。提出强夯有效加固深度估算公式，并实现了量纲统一，该公式与模拟结果偏差较小，可供同类型强夯工程参考。
高能级强夯的加固效果显著，应用范围越来越广泛，有效加固深度是评判加固效果和确定强夯方案的重要指标。以10000 kN·m高能级强夯加固某抛填路基工程为背景，采用FLAC 3D有限差分软件进行单点多次夯击的强夯数值模拟，以夯击后的应力为标准来计算有效加固深度。结果表明：随夯击次数的增加，有效加固深度先增大后稳定，6击后有效加固深度的增幅极小。经正交试验和极差分析得到土体参数对强夯有效加固深度的敏感性排序。落距和锤重与有效加固深度呈正相关关系，锤径则为负相关关系。锤重对有效加固深度的影响大于落距，在夯击能相同时，重锤低落所得到的累计夯沉量与有效加固深度均更大。提出强夯有效加固深度估算公式，并实现了量纲统一，该公式与模拟结果偏差较小，可供同类型强夯工程参考。
2021, 43(5):34-44.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.140
摘要:
为了研究大锚片螺旋锚在粉质黏土中竖向受压荷载下的受力性能，基于螺旋锚现场静载试验，讨论了确定其极限承载力方法的差异；考虑螺旋锚对周边土的挤压效应，建立了精细化有限元模型，并将数值分析结果与试验结果进行对比，验证了有限元模型的合理性；基于验证的有限元模型，分析不同荷载等级下沿基础深度范围内的锚杆内力和侧摩阻力的变化规律，以及侧阻和锚片端阻承担荷载的比例关系。研究结果表明：用lgP-s方法确定大锚片螺旋锚基础极限受压承载力较合适；螺旋锚与土之间的摩阻力随下压位移的增加而增大，锚片附近区域的摩阻力由于锚片变形而发生较大的波动；螺旋锚锚片分担荷载的比例占据螺旋锚基础受荷的75%以上，各锚片间分担荷载比例最大差异约为6%，锚杆端阻可忽略不计。
为了研究大锚片螺旋锚在粉质黏土中竖向受压荷载下的受力性能，基于螺旋锚现场静载试验，讨论了确定其极限承载力方法的差异；考虑螺旋锚对周边土的挤压效应，建立了精细化有限元模型，并将数值分析结果与试验结果进行对比，验证了有限元模型的合理性；基于验证的有限元模型，分析不同荷载等级下沿基础深度范围内的锚杆内力和侧摩阻力的变化规律，以及侧阻和锚片端阻承担荷载的比例关系。研究结果表明：用lgP-s方法确定大锚片螺旋锚基础极限受压承载力较合适；螺旋锚与土之间的摩阻力随下压位移的增加而增大，锚片附近区域的摩阻力由于锚片变形而发生较大的波动；螺旋锚锚片分担荷载的比例占据螺旋锚基础受荷的75%以上，各锚片间分担荷载比例最大差异约为6%，锚杆端阻可忽略不计。
2021, 43(5):45-57.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.019
摘要:
桥梁桩基周围形成局部冲刷坑时会导致桩基有效埋深减小，增大工程结构的安全隐患。目前研究的冲刷坑模型多为对称形态，而工程实际中的冲刷坑多为非对称形态，使得桩基处于更不利状态。合理计算桩周形成非对称冲刷坑后土体的应力变化是评价桩基承载力的关键之一，目前尚没有严格的理论计算方法。针对该问题，根据试验实测的非对称冲刷坑形态提出了三维非对称冲刷坑的简化模型。将冲刷坑最大深度以上土体重度看做荷载并基于Boussinesq点荷载方程在半无限空间中的应用，推导得到了非对称局部冲刷坑内土体垂直及水平有效应力计算方法。采用有限元中“生死单元法”模拟了半无限空间地基中冲刷坑的形成，并将有限元计算结果与理论计算方法所得结果进行对比，验证了理论计算方法的正确性。基于理论计算方法考虑了冲刷坑内存在桩基的影响，并与有限元计算结果进行了对比，对比结果表明了理论计算方法的可行性。在此基础上，设计了一系列工况，对三维非对称冲刷坑简化模型中的参数进行了敏感性分析，得到了非对称冲刷坑条件下桩周土体的垂直及水平有效应力差的变化规律。
桥梁桩基周围形成局部冲刷坑时会导致桩基有效埋深减小，增大工程结构的安全隐患。目前研究的冲刷坑模型多为对称形态，而工程实际中的冲刷坑多为非对称形态，使得桩基处于更不利状态。合理计算桩周形成非对称冲刷坑后土体的应力变化是评价桩基承载力的关键之一，目前尚没有严格的理论计算方法。针对该问题，根据试验实测的非对称冲刷坑形态提出了三维非对称冲刷坑的简化模型。将冲刷坑最大深度以上土体重度看做荷载并基于Boussinesq点荷载方程在半无限空间中的应用，推导得到了非对称局部冲刷坑内土体垂直及水平有效应力计算方法。采用有限元中“生死单元法”模拟了半无限空间地基中冲刷坑的形成，并将有限元计算结果与理论计算方法所得结果进行对比，验证了理论计算方法的正确性。基于理论计算方法考虑了冲刷坑内存在桩基的影响，并与有限元计算结果进行了对比，对比结果表明了理论计算方法的可行性。在此基础上，设计了一系列工况，对三维非对称冲刷坑简化模型中的参数进行了敏感性分析，得到了非对称冲刷坑条件下桩周土体的垂直及水平有效应力差的变化规律。
2021, 43(5):58-65.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.142
摘要:
为保证在裂纹尖端具有最佳的逼近，裂纹尖端的解析解与其周边数值解联合应用的新型流形法用来求解应力强度因子，但仅限于平面问题的Ⅰ型和Ⅱ型裂纹。沿用解析解与数值解联合应用的思路，以三维穿透直裂纹为研究对象，在裂纹尖端引入Williams解析解级数，应用解析覆盖与周边数值覆盖联合求解三维应力强度因子，相对于其他数值方法而言计算精度高。推导相应的刚度矩阵和应变矩阵的具体表达式，通过典型算例验证了解决三维应力强度因子精确求解的有效性。
为保证在裂纹尖端具有最佳的逼近，裂纹尖端的解析解与其周边数值解联合应用的新型流形法用来求解应力强度因子，但仅限于平面问题的Ⅰ型和Ⅱ型裂纹。沿用解析解与数值解联合应用的思路，以三维穿透直裂纹为研究对象，在裂纹尖端引入Williams解析解级数，应用解析覆盖与周边数值覆盖联合求解三维应力强度因子，相对于其他数值方法而言计算精度高。推导相应的刚度矩阵和应变矩阵的具体表达式，通过典型算例验证了解决三维应力强度因子精确求解的有效性。
2021, 43(5):66-72.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.158
摘要:
采用两阶段法推导了考虑管道剪切效应时盾构隧道下穿施工引起既有管道竖向位移的解析解。在第1阶段采用Loganathan公式计算盾构隧道下穿管道施工引起的管道轴线处土体竖向位移，第2阶段采用考虑剪切效应的Timoshenko梁模型模拟管道，并结合叠加法对管道位移控制方程进行求解，提出了简化计算方法。通过与工程监测、既有文献结果及离心机试验数据的对比，验证了方法的准确性，并进一步分析了管–土弹性模量比、管道直径以及管道剪切刚度变化对管道变形的影响。分析结果表明：随着管–土弹性模量比、管道直径的增大，管道的竖向最大位移值减小；管道剪切刚度对管道位移存在较大影响，剪切刚度减小可导致管道最大位移值增大。
采用两阶段法推导了考虑管道剪切效应时盾构隧道下穿施工引起既有管道竖向位移的解析解。在第1阶段采用Loganathan公式计算盾构隧道下穿管道施工引起的管道轴线处土体竖向位移，第2阶段采用考虑剪切效应的Timoshenko梁模型模拟管道，并结合叠加法对管道位移控制方程进行求解，提出了简化计算方法。通过与工程监测、既有文献结果及离心机试验数据的对比，验证了方法的准确性，并进一步分析了管–土弹性模量比、管道直径以及管道剪切刚度变化对管道变形的影响。分析结果表明：随着管–土弹性模量比、管道直径的增大，管道的竖向最大位移值减小；管道剪切刚度对管道位移存在较大影响，剪切刚度减小可导致管道最大位移值增大。
2021, 43(5):73-80.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.050
摘要:
近年来市政隧道工程蓬勃发展，许多城市公路隧道受建筑、管线等因素的限制，并为节约用地、缩短工期等，大多被设计成小净距隧道。小净距隧道在施工过程中与分离式隧道最显著的区别是中隔岩柱受力状态复杂、稳定性难以控制。通过理论推导对浅埋超小净距隧道土质中隔岩柱的失稳机理进行系统研究，基于小净距隧道中隔岩柱承载模型确定中隔岩柱上覆应力，结合土体极限应力公式对中隔岩柱在不同施工条件下的失稳破坏特征进行分析。研究结果表明，增大土体的黏聚力、内摩擦角及支护反力均能提高土体的极限应力，且增加支护反力效果更显著。
近年来市政隧道工程蓬勃发展，许多城市公路隧道受建筑、管线等因素的限制，并为节约用地、缩短工期等，大多被设计成小净距隧道。小净距隧道在施工过程中与分离式隧道最显著的区别是中隔岩柱受力状态复杂、稳定性难以控制。通过理论推导对浅埋超小净距隧道土质中隔岩柱的失稳机理进行系统研究，基于小净距隧道中隔岩柱承载模型确定中隔岩柱上覆应力，结合土体极限应力公式对中隔岩柱在不同施工条件下的失稳破坏特征进行分析。研究结果表明，增大土体的黏聚力、内摩擦角及支护反力均能提高土体的极限应力，且增加支护反力效果更显著。
2021, 43(5):81-93.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.031
摘要:
冷弯薄壁型钢楼板的耐火性能是决定其作为装配式结构能否推广的重要因素，目前可供借鉴的足尺火灾试验数量有限，且大部分数值模拟局限于用二维传热模型开展温度场分析，或基于简化的线性温度分布开展三维模型的热–力耦合分析。由于冷弯薄壁型钢楼板构造的复杂性，利用二维传热模型以及简化线性温度分布假定开展的热–力耦合分析，由于未考虑三维结构在受火时真实的非线性传热机制，其所反映的结构抗火性能与真实情况可能存在显著差异。为更准确地描述这类结构的耐火性能，针对由冷弯薄壁型钢骨架、结构胶合板和石膏板、岩棉等材料组成的楼板体系建立了三维传热模型，按照ISO-834标准升温环境模拟火灾情境，进行非线性传热过程和热–力耦合的分析，描述了三维非线性传热机制和具有热–力耦合特征的结构行为；提出了更为准确的接触行为建模方法，以反映自攻螺钉、板材、轻钢构件之间接触传力关系和变形协调特征。在与两组足尺楼板体系火灾试验数据对比的基础上，给出了由数值模拟得到的结构行为机理解释。研究表明：提出的三维传热和三维热–力耦合分析数值模型能准确反映火灾条件下结构的力学行为，模拟的结构非线性温度分布特征、托梁的变形演化机制以及最终破坏形态与试验结果吻合较好。
冷弯薄壁型钢楼板的耐火性能是决定其作为装配式结构能否推广的重要因素，目前可供借鉴的足尺火灾试验数量有限，且大部分数值模拟局限于用二维传热模型开展温度场分析，或基于简化的线性温度分布开展三维模型的热–力耦合分析。由于冷弯薄壁型钢楼板构造的复杂性，利用二维传热模型以及简化线性温度分布假定开展的热–力耦合分析，由于未考虑三维结构在受火时真实的非线性传热机制，其所反映的结构抗火性能与真实情况可能存在显著差异。为更准确地描述这类结构的耐火性能，针对由冷弯薄壁型钢骨架、结构胶合板和石膏板、岩棉等材料组成的楼板体系建立了三维传热模型，按照ISO-834标准升温环境模拟火灾情境，进行非线性传热过程和热–力耦合的分析，描述了三维非线性传热机制和具有热–力耦合特征的结构行为；提出了更为准确的接触行为建模方法，以反映自攻螺钉、板材、轻钢构件之间接触传力关系和变形协调特征。在与两组足尺楼板体系火灾试验数据对比的基础上，给出了由数值模拟得到的结构行为机理解释。研究表明：提出的三维传热和三维热–力耦合分析数值模型能准确反映火灾条件下结构的力学行为，模拟的结构非线性温度分布特征、托梁的变形演化机制以及最终破坏形态与试验结果吻合较好。
2021, 43(5):94-100.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.094
摘要:
为研究高温后不同冷却方式下混凝土-钢筋的黏结滑移性能，对39个高温后混凝土试件进行了中心拉拔试验，并完成了自然冷却方式下试件的劈裂抗拉强度试验，分析了温度和冷却方式对试件峰值黏结应力和峰值滑移的影响，建立了不同冷却方式下峰值黏结应力、峰值滑移与温度的关系式，提出了考虑初始温度损伤的黏结滑移全曲线方程，并基于黏结强度理论模型计算了自然冷却方式下的黏结强度理论值。结果表明：随着温度的升高，峰值黏结应力线性下降，500 ℃时黏结强度损失达80.5%，峰值滑移随温度升高呈现先减小后增大的趋势，不同冷却方式对峰值黏结应力和峰值滑移的影响不明显；考虑损伤的理论黏结滑移全曲线与试验曲线拟合度较好；采用理论模型计算的黏结强度与试验值较吻合。
为研究高温后不同冷却方式下混凝土-钢筋的黏结滑移性能，对39个高温后混凝土试件进行了中心拉拔试验，并完成了自然冷却方式下试件的劈裂抗拉强度试验，分析了温度和冷却方式对试件峰值黏结应力和峰值滑移的影响，建立了不同冷却方式下峰值黏结应力、峰值滑移与温度的关系式，提出了考虑初始温度损伤的黏结滑移全曲线方程，并基于黏结强度理论模型计算了自然冷却方式下的黏结强度理论值。结果表明：随着温度的升高，峰值黏结应力线性下降，500 ℃时黏结强度损失达80.5%，峰值滑移随温度升高呈现先减小后增大的趋势，不同冷却方式对峰值黏结应力和峰值滑移的影响不明显；考虑损伤的理论黏结滑移全曲线与试验曲线拟合度较好；采用理论模型计算的黏结强度与试验值较吻合。
2021, 43(5):101-111.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.026
摘要:
将传统复合墙板平板层改为带肋层，优化截面的混凝土配置，从而降低复合墙板自重，在墙板两侧对称施加预应力筋，增强复合墙板的抗裂性能。为研究该混凝土复合墙板的抗弯性能，进行了3个试件在均布力作用下的抗弯试验，分析了该混凝土复合墙板的力学性能和变形模态。通过理论分析推导了该混凝土复合墙板的抗弯承载力计算公式，并采用ABAQUS软件进行了该混凝土复合墙板的对比模拟，并对肋板角度参数进行了模拟分析。结果表明：带肋预应力混凝土复合墙板与平板混凝土复合墙板存在近似的弯曲响应；带肋预应力混凝土复合墙板的抗弯承载力与平板混凝土复合墙板相比有所下降，但降幅小于自重降幅；预应力的施加显著提高了混凝土复合墙板的承载力和抗裂性能；提出的混凝土复合墙板的承载力计算公式、有限元模型均与试验结果吻合较好。
将传统复合墙板平板层改为带肋层，优化截面的混凝土配置，从而降低复合墙板自重，在墙板两侧对称施加预应力筋，增强复合墙板的抗裂性能。为研究该混凝土复合墙板的抗弯性能，进行了3个试件在均布力作用下的抗弯试验，分析了该混凝土复合墙板的力学性能和变形模态。通过理论分析推导了该混凝土复合墙板的抗弯承载力计算公式，并采用ABAQUS软件进行了该混凝土复合墙板的对比模拟，并对肋板角度参数进行了模拟分析。结果表明：带肋预应力混凝土复合墙板与平板混凝土复合墙板存在近似的弯曲响应；带肋预应力混凝土复合墙板的抗弯承载力与平板混凝土复合墙板相比有所下降，但降幅小于自重降幅；预应力的施加显著提高了混凝土复合墙板的承载力和抗裂性能；提出的混凝土复合墙板的承载力计算公式、有限元模型均与试验结果吻合较好。
2021, 43(5):112-122.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.010
摘要:
为可靠地评估列车运行的安全性与平稳性，基于多体动力学理论和概率统计方法，对随机轨道不平顺激励作用下列车加速度响应最大值的分布规律进行分析。采用多体动力学软件Simpack建立列车–轨道耦合模型，通过三角级数法模拟得到轨道不平顺作为随机输入激励，基于Monte-Carlo方法计算得到了列车在行驶过程中加速度响应的样本序列。将列车加速度响应样本序列的最大值作为随机变量进行统计分析，通过构建基于高斯混合模型的列车振动加速度响应最大值的概率密度分布函数，并结合期望最大化算法对概率模型参数进行最大似然估计，从而对列车加速度响应最大值分布的统计规律以及响应样本数量的选取开展研究。结果表明：采用高斯混合模型能够有效地拟合列车加速度响应最大值的分布规律；此外，随着车速的增加，列车加速度响应最大值分布的离散性增强。
为可靠地评估列车运行的安全性与平稳性，基于多体动力学理论和概率统计方法，对随机轨道不平顺激励作用下列车加速度响应最大值的分布规律进行分析。采用多体动力学软件Simpack建立列车–轨道耦合模型，通过三角级数法模拟得到轨道不平顺作为随机输入激励，基于Monte-Carlo方法计算得到了列车在行驶过程中加速度响应的样本序列。将列车加速度响应样本序列的最大值作为随机变量进行统计分析，通过构建基于高斯混合模型的列车振动加速度响应最大值的概率密度分布函数，并结合期望最大化算法对概率模型参数进行最大似然估计，从而对列车加速度响应最大值分布的统计规律以及响应样本数量的选取开展研究。结果表明：采用高斯混合模型能够有效地拟合列车加速度响应最大值的分布规律；此外，随着车速的增加，列车加速度响应最大值分布的离散性增强。
2021, 43(5):123-131.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.042
摘要:
以硅铝相为主的玄武岩纤维复合材料筋常被应用于潮湿腐蚀等恶劣环境中，水分子会导致环氧树脂与玄武岩纤维的粘结性能下降，直接影响玄武岩纤维复合材料筋的力学与耐久性能。采用部分铝原子取代硅原子构建了掺铝二氧化硅的玄武岩纤维表面基底模型，基于分子动力学模拟水浸泡环境下环氧树脂与掺铝二氧化硅基体两相间的粘结性能演变。模拟结果表明：掺铝二氧化硅与环氧树脂粘结力弱于纯二氧化硅；环氧树脂与纤维基底两相间主要通过环氧树脂氧原子（Oe）-纤维基底氢原子（Hs）-纤维基底氧原子（Os）氢键作用方式粘结；水分子存在会占据两相粘结的氢键作用原子对中的反应位点，降低两相间粘结力；水浸泡28 d后玄武岩纤维束与环氧树脂界面粘结力降低了47.53%，验证了分子模型的可行性。
以硅铝相为主的玄武岩纤维复合材料筋常被应用于潮湿腐蚀等恶劣环境中，水分子会导致环氧树脂与玄武岩纤维的粘结性能下降，直接影响玄武岩纤维复合材料筋的力学与耐久性能。采用部分铝原子取代硅原子构建了掺铝二氧化硅的玄武岩纤维表面基底模型，基于分子动力学模拟水浸泡环境下环氧树脂与掺铝二氧化硅基体两相间的粘结性能演变。模拟结果表明：掺铝二氧化硅与环氧树脂粘结力弱于纯二氧化硅；环氧树脂与纤维基底两相间主要通过环氧树脂氧原子（Oe）-纤维基底氢原子（Hs）-纤维基底氧原子（Os）氢键作用方式粘结；水分子存在会占据两相粘结的氢键作用原子对中的反应位点，降低两相间粘结力；水浸泡28 d后玄武岩纤维束与环氧树脂界面粘结力降低了47.53%，验证了分子模型的可行性。
2021, 43(5):132-141.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.081
摘要:
锈蚀是钢桥耐久性退化的主要形式之一，而锈蚀钢材的表面形貌是改变结构应变分布，进而影响超低周疲劳性能的重要因素。为了研究钢材锈蚀形貌及其对超低周疲劳性能的影响，以中国钢桥建设中常用的Q345钢材为例，对4组不同锈蚀程度的人工加速锈蚀钢板试样进行表面形貌测量，讨论了用粗糙度、分形维数和功率谱密度函数3种指标表征锈蚀形貌的可能性；根据三维形貌实测数据建立试样的规整六面体单元模型，并利用循环空穴扩张模型（CVGM）计算了锈蚀钢材的超低周疲劳开裂寿命，分析了锈蚀形貌对钢材超低周疲劳开裂寿命的影响。结果表明，人工加速锈蚀试验的锈蚀速率受锈层阻隔影响明显；对于不同锈蚀时长的试样，各组表面轮廓的粗糙度、分形维数和功率谱密度函数区分度不高；锈蚀形貌的不均匀程度是引起试样超低周疲劳性能下降的重要因素，蚀坑位置的超低周疲劳开裂寿命受蚀坑所处截面缩小程度、所处位置以及形状特征等不均匀因素耦合影响。
锈蚀是钢桥耐久性退化的主要形式之一，而锈蚀钢材的表面形貌是改变结构应变分布，进而影响超低周疲劳性能的重要因素。为了研究钢材锈蚀形貌及其对超低周疲劳性能的影响，以中国钢桥建设中常用的Q345钢材为例，对4组不同锈蚀程度的人工加速锈蚀钢板试样进行表面形貌测量，讨论了用粗糙度、分形维数和功率谱密度函数3种指标表征锈蚀形貌的可能性；根据三维形貌实测数据建立试样的规整六面体单元模型，并利用循环空穴扩张模型（CVGM）计算了锈蚀钢材的超低周疲劳开裂寿命，分析了锈蚀形貌对钢材超低周疲劳开裂寿命的影响。结果表明，人工加速锈蚀试验的锈蚀速率受锈层阻隔影响明显；对于不同锈蚀时长的试样，各组表面轮廓的粗糙度、分形维数和功率谱密度函数区分度不高；锈蚀形貌的不均匀程度是引起试样超低周疲劳性能下降的重要因素，蚀坑位置的超低周疲劳开裂寿命受蚀坑所处截面缩小程度、所处位置以及形状特征等不均匀因素耦合影响。
2021, 43(5):142-148.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.072
摘要:
混凝土废浆（Concrete slurry waste， CSW）是混凝土搅拌站中特有的富含硅酸盐类矿物的未硬化废弃物，因成分复杂、高含水、毒害性、腐蚀性等特点，其再生利用一直受到极大的限制。综述了当前对CSW的大宗再生利用研究，包括：再生为水泥砼制品用粗、细骨料、填料、胶材（湿法研磨技术）和外掺剂；作为水泥熟料生产用原料；基于碳化技术和冷粘结造粒技术制备新型砼制品和轻型骨料以及与单、双组分碱激发胶材的复合再生应用。指明了CSW未来高效再生利用的主要研究方向：CSW低能耗预处理技术与活性激发技术；碳化技术；重金属的长期浸出行为和耐久性研究。
混凝土废浆（Concrete slurry waste， CSW）是混凝土搅拌站中特有的富含硅酸盐类矿物的未硬化废弃物，因成分复杂、高含水、毒害性、腐蚀性等特点，其再生利用一直受到极大的限制。综述了当前对CSW的大宗再生利用研究，包括：再生为水泥砼制品用粗、细骨料、填料、胶材（湿法研磨技术）和外掺剂；作为水泥熟料生产用原料；基于碳化技术和冷粘结造粒技术制备新型砼制品和轻型骨料以及与单、双组分碱激发胶材的复合再生应用。指明了CSW未来高效再生利用的主要研究方向：CSW低能耗预处理技术与活性激发技术；碳化技术；重金属的长期浸出行为和耐久性研究。
2021, 43(5):149-157.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.076
摘要:
考虑煤矸石粗骨料取代率（0、20%、40%、60%）的影响，开展冻融循环试验、单轴受压本构试验及声发射检测试验，研究煤矸石混凝土的损伤本构模型。研究结果表明：不同取代率的煤矸石混凝土的相对峰值应变与冻融损伤值具有较高的相关性，所得冻融损伤值与相对峰值应变的方程可为本构模型的建立提供有效参数。煤矸石混凝土声发射特性与其荷载损伤发展情况、力学性能、应力–应变曲线有紧密联系，基于受压声发射特性，采用PBS平行杆力学模型建立了未冻融循环作用下煤矸石混凝土的荷载损伤模型，并结合其冻融损伤模型，建立了煤矸石混凝土冻融损伤本构关系，计算结果与试验数据符合较好。该模型能较准确地反映混凝土在冻融和单轴受压荷载作用下的全过程损伤特征。
考虑煤矸石粗骨料取代率（0、20%、40%、60%）的影响，开展冻融循环试验、单轴受压本构试验及声发射检测试验，研究煤矸石混凝土的损伤本构模型。研究结果表明：不同取代率的煤矸石混凝土的相对峰值应变与冻融损伤值具有较高的相关性，所得冻融损伤值与相对峰值应变的方程可为本构模型的建立提供有效参数。煤矸石混凝土声发射特性与其荷载损伤发展情况、力学性能、应力–应变曲线有紧密联系，基于受压声发射特性，采用PBS平行杆力学模型建立了未冻融循环作用下煤矸石混凝土的荷载损伤模型，并结合其冻融损伤模型，建立了煤矸石混凝土冻融损伤本构关系，计算结果与试验数据符合较好。该模型能较准确地反映混凝土在冻融和单轴受压荷载作用下的全过程损伤特征。
18 建筑材料密强综合评价方法
2021, 43(5):158-165.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.185
摘要:
建筑材料具有高强度和低密度的要求，有必要建立适合优化选择其力学性能的评价指标。在密度和强度评估的背景下，提出对建筑材料密度和强度进行综合评价的密强法。基于密强法进行了不同材料之间的优选和同一材料不同参数之间的优选，研究了不同建筑材料的密度和强度参数在密强图的分布情况。结果表明：不同材料在密强图上的密强不同，在优选材料时可由密强图分别计算出各材料的相对密强改进量及改进角，进行比选；同一材料在不同参数下的密度与强度的表现不同，由密强图可对影响材料性能的因素进行优选；密强能综合反映建筑材料密度和强度的性质，是表达材料轻质高强性的一种直观易懂的方法。
建筑材料具有高强度和低密度的要求，有必要建立适合优化选择其力学性能的评价指标。在密度和强度评估的背景下，提出对建筑材料密度和强度进行综合评价的密强法。基于密强法进行了不同材料之间的优选和同一材料不同参数之间的优选，研究了不同建筑材料的密度和强度参数在密强图的分布情况。结果表明：不同材料在密强图上的密强不同，在优选材料时可由密强图分别计算出各材料的相对密强改进量及改进角，进行比选；同一材料在不同参数下的密度与强度的表现不同，由密强图可对影响材料性能的因素进行优选；密强能综合反映建筑材料密度和强度的性质，是表达材料轻质高强性的一种直观易懂的方法。
2021, 43(5):166-177.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.046
摘要:
中性厌氧的富铁环境中，微生物驱动硝酸盐还原–亚铁氧化（NRFO）过程和异化铁还原过程，然而异化铁还原菌能否介导NRFO仍未知。选取异化铁还原菌（Klebsiella pneumoniae L17、Shewanella oneidensis MR-1、Shewanella putrefaciens strain CN32）、亚铁和硝酸盐，构建厌氧NRFO体系。结果表明：亚铁氧化、硝酸盐还原同步发生，主要是因为硝酸盐还原产物亚硝酸盐可以直接氧化亚铁；亚铁抑制了硝酸盐还原，且该抑制作用随亚铁浓度升高而增强；亚铁对亚硝酸盐的竞争性还原导致了铵根大量减少；亚铁氧化的次生矿物沉淀在细胞表面，阻碍硝酸盐进入细胞进行还原。在低浓度亚铁条件下，亚铁的毒害和氧化成矿作用抑制L17还原硝酸盐；亚铁氧化成矿作用是抑制CN32还原硝酸盐的主要原因；而亚铁的毒害是抑制MR-1还原硝酸盐的主要原因。在高浓度亚铁条件下，亚铁氧化导致细胞结壳是抑制微生物硝酸盐还原的主要原因。强调了厌氧富铁环境中非模式菌介导的硝酸盐还原–亚铁氧化过程，拓展了硝酸盐还原亚铁氧化过程的微生物范畴，有助于深入理解厌氧环境中硝酸盐还原亚铁氧化过程中微生物的功能和相对贡献。
中性厌氧的富铁环境中，微生物驱动硝酸盐还原–亚铁氧化（NRFO）过程和异化铁还原过程，然而异化铁还原菌能否介导NRFO仍未知。选取异化铁还原菌（Klebsiella pneumoniae L17、Shewanella oneidensis MR-1、Shewanella putrefaciens strain CN32）、亚铁和硝酸盐，构建厌氧NRFO体系。结果表明：亚铁氧化、硝酸盐还原同步发生，主要是因为硝酸盐还原产物亚硝酸盐可以直接氧化亚铁；亚铁抑制了硝酸盐还原，且该抑制作用随亚铁浓度升高而增强；亚铁对亚硝酸盐的竞争性还原导致了铵根大量减少；亚铁氧化的次生矿物沉淀在细胞表面，阻碍硝酸盐进入细胞进行还原。在低浓度亚铁条件下，亚铁的毒害和氧化成矿作用抑制L17还原硝酸盐；亚铁氧化成矿作用是抑制CN32还原硝酸盐的主要原因；而亚铁的毒害是抑制MR-1还原硝酸盐的主要原因。在高浓度亚铁条件下，亚铁氧化导致细胞结壳是抑制微生物硝酸盐还原的主要原因。强调了厌氧富铁环境中非模式菌介导的硝酸盐还原–亚铁氧化过程，拓展了硝酸盐还原亚铁氧化过程的微生物范畴，有助于深入理解厌氧环境中硝酸盐还原亚铁氧化过程中微生物的功能和相对贡献。
2021, 43(5):178-186.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.045
摘要:
为了解不同粒径悬移质泥沙（SPM）对邻苯二甲酸二正丁酯（DBP）的吸附行为，比较不同粒径SPM对DBP的吸附性能差异并确定导致其差异的潜在原因，选取三峡库区库尾一级支流御临河的原位SPM，并利用湿筛–自然沉降的物理方法将原位SPM分成黏土–极细粉砂（<8 μm）、细粉砂（8~20 μm）、中粉砂（20~32 μm）、粗粉砂（32~63 μm）和砂（>63 μm）5个粒级，采用批量平衡法研究DBP在不同粒级SPM上的吸附行为。结果表明：分配作用是各粒级SPM吸附DBP的主要机制，各粒级SPM对DBP吸附能力由强到弱依次为：黏土–极细粉砂>细粉砂>中粉砂>粗粉砂>砂。总有机碳（TOC）是影响各粒级SPM对DBP吸附的主要因素。此外，黏土–极细粉砂粒级SPM中有机质的物质组成差异可能是导致其对DBP高吸附量的原因；就砂质SPM而言，其比表面积、孔容和有机质腐殖化程度也会影响SPM对DBP的吸附能力。
为了解不同粒径悬移质泥沙（SPM）对邻苯二甲酸二正丁酯（DBP）的吸附行为，比较不同粒径SPM对DBP的吸附性能差异并确定导致其差异的潜在原因，选取三峡库区库尾一级支流御临河的原位SPM，并利用湿筛–自然沉降的物理方法将原位SPM分成黏土–极细粉砂（<8 μm）、细粉砂（8~20 μm）、中粉砂（20~32 μm）、粗粉砂（32~63 μm）和砂（>63 μm）5个粒级，采用批量平衡法研究DBP在不同粒级SPM上的吸附行为。结果表明：分配作用是各粒级SPM吸附DBP的主要机制，各粒级SPM对DBP吸附能力由强到弱依次为：黏土–极细粉砂>细粉砂>中粉砂>粗粉砂>砂。总有机碳（TOC）是影响各粒级SPM对DBP吸附的主要因素。此外，黏土–极细粉砂粒级SPM中有机质的物质组成差异可能是导致其对DBP高吸附量的原因；就砂质SPM而言，其比表面积、孔容和有机质腐殖化程度也会影响SPM对DBP的吸附能力。
2021, 43(5):187-195.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.098
摘要:
固化/稳定化技术是铬污染土壤处置的有效手段，不同性质的药剂对铬的还原、吸附、固化效果不同，优选出低价、高效的药剂对治理铬污染土壤具有重大的意义。采用常见的7种还原剂、10种吸附剂和6种固化剂分别对铬污染土壤进行修复，筛选出较好的还原剂、吸附剂和固化剂，并研究不同添加量对药剂修复效果的影响。研究结果表明：多硫化钙、硫化钠、氯化亚铁和硫酸亚铁优选为铬污染土壤还原剂，其中多硫化钙的效果最好，当投加摩尔比为0.8时，六价铬的稳定效率达90%以上；钙镁磷肥、弱碱性阴离子交换树脂、氧化镁和三水铝石为优选铬污染土壤吸附剂，综合考虑钙镁磷肥的效果最好，当投加质量比为20%时，六价铬的稳定效率达90%以上，总铬的稳定效率达80%以上；粒化高炉矿渣粉（分别购自重庆、河南）和水玻璃为优选铬污染土壤固化剂，其中粒化高炉矿渣粉（重庆）效果最好，当投加质量比为16%时，六价铬的固化效率达98%以上，总铬的固化效率达70%以上。所用材料在修复铬污染土壤方面发挥了重要作用，在实验室能达到较高的六价铬稳定性效率，作为铬固化/稳定化药剂的潜在价值及其修复效果值得在大规模的现场试验中进一步研究。
固化/稳定化技术是铬污染土壤处置的有效手段，不同性质的药剂对铬的还原、吸附、固化效果不同，优选出低价、高效的药剂对治理铬污染土壤具有重大的意义。采用常见的7种还原剂、10种吸附剂和6种固化剂分别对铬污染土壤进行修复，筛选出较好的还原剂、吸附剂和固化剂，并研究不同添加量对药剂修复效果的影响。研究结果表明：多硫化钙、硫化钠、氯化亚铁和硫酸亚铁优选为铬污染土壤还原剂，其中多硫化钙的效果最好，当投加摩尔比为0.8时，六价铬的稳定效率达90%以上；钙镁磷肥、弱碱性阴离子交换树脂、氧化镁和三水铝石为优选铬污染土壤吸附剂，综合考虑钙镁磷肥的效果最好，当投加质量比为20%时，六价铬的稳定效率达90%以上，总铬的稳定效率达80%以上；粒化高炉矿渣粉（分别购自重庆、河南）和水玻璃为优选铬污染土壤固化剂，其中粒化高炉矿渣粉（重庆）效果最好，当投加质量比为16%时，六价铬的固化效率达98%以上，总铬的固化效率达70%以上。所用材料在修复铬污染土壤方面发挥了重要作用，在实验室能达到较高的六价铬稳定性效率，作为铬固化/稳定化药剂的潜在价值及其修复效果值得在大规模的现场试验中进一步研究。
2021, 43(5):196-202.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.101
摘要:
工矿企业产生的铬渣、含铬废水由于管理不善导致土壤铬污染严重，迫切需要寻求低成本铬污染土壤修复技术。提出腐解稻草中溶解性有机质（Dissolved Organic Matter， DOM）提取液洗脱铬污染土壤的技术，通过实验室模拟试验，以2种铬污染土壤（总铬含量为分别为121.54、941.90 mg/kg，六价铬含量分别为119.90、856.90 mg/kg）为研究目标，采用振荡淋洗法考察了固液比、淋洗时间、淋洗次数等因素对土壤中总铬、六价铬洗脱效果的影响，并探讨了淋洗前后铬形态变化及淋洗后土壤残留六价铬的持续钝化能力。研究结果表明：稻草经35 d腐解后的DOM提取液洗脱土壤中铬效果最佳，确定为最佳淋洗剂；固液比1：15、淋洗4h/次、淋洗2次为最佳淋洗工艺条件，该条件下，2种铬污染土壤总铬分别洗脱了47.79%、85.92%，六价铬含量分别削减了51.76%、95.09%；DOM提取液呈弱碱性，包含大量羧基、羟基及酚类物质，对水溶态、弱酸提取态和残渣态铬有较好的洗脱效果，有效降低了土壤环境风险，且能持续钝化淋洗后土壤中残余的六价铬。
工矿企业产生的铬渣、含铬废水由于管理不善导致土壤铬污染严重，迫切需要寻求低成本铬污染土壤修复技术。提出腐解稻草中溶解性有机质（Dissolved Organic Matter， DOM）提取液洗脱铬污染土壤的技术，通过实验室模拟试验，以2种铬污染土壤（总铬含量为分别为121.54、941.90 mg/kg，六价铬含量分别为119.90、856.90 mg/kg）为研究目标，采用振荡淋洗法考察了固液比、淋洗时间、淋洗次数等因素对土壤中总铬、六价铬洗脱效果的影响，并探讨了淋洗前后铬形态变化及淋洗后土壤残留六价铬的持续钝化能力。研究结果表明：稻草经35 d腐解后的DOM提取液洗脱土壤中铬效果最佳，确定为最佳淋洗剂；固液比1：15、淋洗4h/次、淋洗2次为最佳淋洗工艺条件，该条件下，2种铬污染土壤总铬分别洗脱了47.79%、85.92%，六价铬含量分别削减了51.76%、95.09%；DOM提取液呈弱碱性，包含大量羧基、羟基及酚类物质，对水溶态、弱酸提取态和残渣态铬有较好的洗脱效果，有效降低了土壤环境风险，且能持续钝化淋洗后土壤中残余的六价铬。
