2022年第44卷第1期文章目次
2022, 44(1):1-9.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.166
摘要:
为研究受酸腐蚀砂岩的微细观结构与宏观力学参数之间的相关性，基于物性试验及单轴力学试验，对受不同pH值盐酸腐蚀不同阶段的砂岩质量和力学参数进行实时监测，借助电镜图像处理技术，得到腐蚀砂岩孔隙结构特征参数，计算其孔隙分形维数，基于Lemaitre应变等效原理，建立了基于孔隙率的化学损伤变量，推导出砂岩的本构模型。结果表明：pH值为1、3的盐酸和pH值为7的蒸馏水浸泡180 d的砂岩质量分别损失1.22%、1.08%、0.57%，单轴抗压强度分别降低了52.93%、41.91%、27.11%，具有明显的时间效应；受酸腐蚀砂岩平均孔径随着腐蚀时间逐渐增加，孔隙分形维数整体呈增加趋势，砂岩的宏观力学参数劣化程度与砂岩质量损失率、微观孔隙率具有相关性，通过强度计算与试验结果对比分析，验证了模型的合理性。
为研究受酸腐蚀砂岩的微细观结构与宏观力学参数之间的相关性，基于物性试验及单轴力学试验，对受不同pH值盐酸腐蚀不同阶段的砂岩质量和力学参数进行实时监测，借助电镜图像处理技术，得到腐蚀砂岩孔隙结构特征参数，计算其孔隙分形维数，基于Lemaitre应变等效原理，建立了基于孔隙率的化学损伤变量，推导出砂岩的本构模型。结果表明：pH值为1、3的盐酸和pH值为7的蒸馏水浸泡180 d的砂岩质量分别损失1.22%、1.08%、0.57%，单轴抗压强度分别降低了52.93%、41.91%、27.11%，具有明显的时间效应；受酸腐蚀砂岩平均孔径随着腐蚀时间逐渐增加，孔隙分形维数整体呈增加趋势，砂岩的宏观力学参数劣化程度与砂岩质量损失率、微观孔隙率具有相关性，通过强度计算与试验结果对比分析，验证了模型的合理性。
2022, 44(1):10-19.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.098
摘要:
为探明玄武岩纤维水泥土在盐溶液（Na2SO4）和干湿循环耦合作用下的力学特性，将玄武岩纤维按一定比例掺入水泥土中，试块分批分次放入不同浓度的盐溶液中浸泡，而后放入烘干箱中烘干，如此实现若干次干湿循环，并基于无侧限抗压强度试验，研究低温和常温养护条件下纤维水泥土的强度变化规律，在此基础上，探讨盐溶液浓度和干湿循环次数对试块表面质量、抗压强度及应力-应变关系的影响。结果表明：低温养护对强度的发展起到抑制作用，而玄武岩纤维依然能够改善水泥土的力学性能；纤维的介入，可有效提高水泥土抵抗盐溶液及干湿循环的共同作用，能够延缓水泥土表面裂纹的发展，降低强度损失率，提高残余强度，试验曲线存在峰值。
为探明玄武岩纤维水泥土在盐溶液（Na2SO4）和干湿循环耦合作用下的力学特性，将玄武岩纤维按一定比例掺入水泥土中，试块分批分次放入不同浓度的盐溶液中浸泡，而后放入烘干箱中烘干，如此实现若干次干湿循环，并基于无侧限抗压强度试验，研究低温和常温养护条件下纤维水泥土的强度变化规律，在此基础上，探讨盐溶液浓度和干湿循环次数对试块表面质量、抗压强度及应力-应变关系的影响。结果表明：低温养护对强度的发展起到抑制作用，而玄武岩纤维依然能够改善水泥土的力学性能；纤维的介入，可有效提高水泥土抵抗盐溶液及干湿循环的共同作用，能够延缓水泥土表面裂纹的发展，降低强度损失率，提高残余强度，试验曲线存在峰值。
2022, 44(1):20-27.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.186
摘要:
针对实际工程中大量存在的挡土墙、基坑开挖等平面应变问题，考虑中主应力对强度的影响，将平面应变条件下Lade-Duncan强度准则的中主应力关系代入SMP、Lade-Duncan、AC-SMP和广义Mises强度准则中得到新的平面应变强度准则。据此建立基于各强度准则的主、被动土压力计算公式，进而推广至黏性土，并将主、被动土压力理论计算值与实测值进行对比分析。结果表明，Mohr-Coulomb强度准则因其未考虑中主应力的影响，致使计算结果相比实测情况偏保守；SMP强度准则、Lade-Duncan强度准则考虑到中主应力对土压力大小的影响，计算结果相比Mohr-Coulomb强度准则更接近实测情况；AC-SMP强度准则、广义Mises强度准则在一定内摩擦角范围内可以描述挡土墙的土压力大小，但超出适用范围时，二者均不再适用于描述挡土墙的土压力大小；广义Mises强度准则在适用范围内的计算结果相比SMP强度准则、Lade-Duncan强度准则更接近实测数据。
针对实际工程中大量存在的挡土墙、基坑开挖等平面应变问题，考虑中主应力对强度的影响，将平面应变条件下Lade-Duncan强度准则的中主应力关系代入SMP、Lade-Duncan、AC-SMP和广义Mises强度准则中得到新的平面应变强度准则。据此建立基于各强度准则的主、被动土压力计算公式，进而推广至黏性土，并将主、被动土压力理论计算值与实测值进行对比分析。结果表明，Mohr-Coulomb强度准则因其未考虑中主应力的影响，致使计算结果相比实测情况偏保守；SMP强度准则、Lade-Duncan强度准则考虑到中主应力对土压力大小的影响，计算结果相比Mohr-Coulomb强度准则更接近实测情况；AC-SMP强度准则、广义Mises强度准则在一定内摩擦角范围内可以描述挡土墙的土压力大小，但超出适用范围时，二者均不再适用于描述挡土墙的土压力大小；广义Mises强度准则在适用范围内的计算结果相比SMP强度准则、Lade-Duncan强度准则更接近实测数据。
2022, 44(1):28-35.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.061
摘要:
人工合成透明土材料结合粒子图像处理技术在模型试验中已得到广泛应用，但使用该技术研究桩基冲刷问题还需对其开展更多特性研究。基于熔融石英砂与正十二烷和15#白油混合液制备成透明砂土，通过室内试验研究透明砂土的基本物理特性、休止角和起动流速。结果表明：透明砂土的透明度除1~2 mm粒径组显著较差外，其余相差不大；各粒径组透明砂粒的容重相差甚小；干容重随粒径增大先增大后减小；孔隙液体剪切速率与切应力表现为较好线性关系，属于典型的牛顿流体；液下休止角随中值粒径的增大而增大；粒径组为0.1~0.2 mm的透明砂粒起动流速随液体深度增大而增大，利用沙莫夫公式进行拟合，拟合结果与试验结果吻合较好。
人工合成透明土材料结合粒子图像处理技术在模型试验中已得到广泛应用，但使用该技术研究桩基冲刷问题还需对其开展更多特性研究。基于熔融石英砂与正十二烷和15#白油混合液制备成透明砂土，通过室内试验研究透明砂土的基本物理特性、休止角和起动流速。结果表明：透明砂土的透明度除1~2 mm粒径组显著较差外，其余相差不大；各粒径组透明砂粒的容重相差甚小；干容重随粒径增大先增大后减小；孔隙液体剪切速率与切应力表现为较好线性关系，属于典型的牛顿流体；液下休止角随中值粒径的增大而增大；粒径组为0.1~0.2 mm的透明砂粒起动流速随液体深度增大而增大，利用沙莫夫公式进行拟合，拟合结果与试验结果吻合较好。
2022, 44(1):36-44.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.091
摘要:
隧洞交叉段稳定性受围岩结构面影响较大，物理模型试验是研究结构面影响机制的有效手段。针对模型难以制备的技术瓶颈，采用3D打印增减材技术制备含非贯通结构面的异形隧洞模型。基于数字图像相关技术与内窥摄像头观测模型在单轴加载下的破坏过程，评估打印路径对隧洞模型破坏模式的影响，并研究结构面倾角对异形隧洞破坏机制的影响规律。结果表明，3D打印路径对隧洞模型破坏模式的影响较小，采用3D打印增减材方法制备结构面起控制作用的隧洞模型具有有效性及可行性；含软弱填充物的非贯通结构面导致围岩应力向两侧岩柱卸荷，客观上保护了洞室，提高了隧洞的安全性；当结构面尖端距隧洞较远时，模型表现为贯通裂纹造成的岩柱失稳破坏，当结构面尖端位于隧洞附近时，模型表现为洞顶块体分离破坏；隧洞交叉段扩挖后形成的异形隧洞与常规隧洞的破坏机制不同，其拱结构效应明显减弱。
隧洞交叉段稳定性受围岩结构面影响较大，物理模型试验是研究结构面影响机制的有效手段。针对模型难以制备的技术瓶颈，采用3D打印增减材技术制备含非贯通结构面的异形隧洞模型。基于数字图像相关技术与内窥摄像头观测模型在单轴加载下的破坏过程，评估打印路径对隧洞模型破坏模式的影响，并研究结构面倾角对异形隧洞破坏机制的影响规律。结果表明，3D打印路径对隧洞模型破坏模式的影响较小，采用3D打印增减材方法制备结构面起控制作用的隧洞模型具有有效性及可行性；含软弱填充物的非贯通结构面导致围岩应力向两侧岩柱卸荷，客观上保护了洞室，提高了隧洞的安全性；当结构面尖端距隧洞较远时，模型表现为贯通裂纹造成的岩柱失稳破坏，当结构面尖端位于隧洞附近时，模型表现为洞顶块体分离破坏；隧洞交叉段扩挖后形成的异形隧洞与常规隧洞的破坏机制不同，其拱结构效应明显减弱。
2022, 44(1):45-52.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.034
摘要:
采用数值模拟软件对盾构隧道施工近距离下穿桩基进行三维仿真模拟，研究双线盾构动态掘进时桩基位移的变化。数值模拟实现了盾构施工时的步步掘进，考虑了土仓压力、注浆压力、盾构与土体摩擦力等施工参数的影响；利用PLAXIS 3D的固结计算，考虑盾构机自重对土体的固结作用引起的地层沉降，并由此考虑开挖速度对桩基位移的影响。计算结果表明：隧道开挖将导致桩基发生沉降、侧移以及倾斜，桩基的整体位移以及倾斜都随盾构施工的进行不断增加。施工参数敏感性分析表明：增大开挖速度可以有效控制桩基位移，但当开挖速度增大至一定程度时，开挖速度对桩基的影响逐渐减小；双线隧道同步开挖时对桩基的影响比双线分别开挖时小。
采用数值模拟软件对盾构隧道施工近距离下穿桩基进行三维仿真模拟，研究双线盾构动态掘进时桩基位移的变化。数值模拟实现了盾构施工时的步步掘进，考虑了土仓压力、注浆压力、盾构与土体摩擦力等施工参数的影响；利用PLAXIS 3D的固结计算，考虑盾构机自重对土体的固结作用引起的地层沉降，并由此考虑开挖速度对桩基位移的影响。计算结果表明：隧道开挖将导致桩基发生沉降、侧移以及倾斜，桩基的整体位移以及倾斜都随盾构施工的进行不断增加。施工参数敏感性分析表明：增大开挖速度可以有效控制桩基位移，但当开挖速度增大至一定程度时，开挖速度对桩基的影响逐渐减小；双线隧道同步开挖时对桩基的影响比双线分别开挖时小。
2022, 44(1):53-67.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.102
摘要:
中国山区多、地形复杂，构造发育、地质灾害隐患分布广泛。滑坡作为山区最具灾难性的地质灾害之一，严重威胁着人民群众的生命及财产安全。构建滑坡易发性模型能够量化滑坡发生的可能性，对制定防灾措施、减少潜在风险具有重要作用。由于经验驱动模型难以量化，且往往依赖主观判断，近年来，滑坡易发性模型的精度与准确度在从经验驱动和统计理论模型向新兴机器学习方向发展的过程中得到提升。对目前滑坡易发性评价常用的机器学习模型进行综合评述，并针对三峡库区的案例研究，对不同的机器学习技术进行广泛分析和比较。机器学习模型通过结合实地调查资料和历史数据，可绘制滑坡易发性地图，辅助制定滑坡减缓策略。根据滑坡易发性预测模型的准确性和效率，评价几种常用算法的优势和局限性。结果表明，与一些常用的滑坡易发性制图方法相比，基于树结构的集成算法模型性能更好。此外，高质量的数据库十分重要，深度学习算法的更多应用还有待进一步研究探索。
中国山区多、地形复杂，构造发育、地质灾害隐患分布广泛。滑坡作为山区最具灾难性的地质灾害之一，严重威胁着人民群众的生命及财产安全。构建滑坡易发性模型能够量化滑坡发生的可能性，对制定防灾措施、减少潜在风险具有重要作用。由于经验驱动模型难以量化，且往往依赖主观判断，近年来，滑坡易发性模型的精度与准确度在从经验驱动和统计理论模型向新兴机器学习方向发展的过程中得到提升。对目前滑坡易发性评价常用的机器学习模型进行综合评述，并针对三峡库区的案例研究，对不同的机器学习技术进行广泛分析和比较。机器学习模型通过结合实地调查资料和历史数据，可绘制滑坡易发性地图，辅助制定滑坡减缓策略。根据滑坡易发性预测模型的准确性和效率，评价几种常用算法的优势和局限性。结果表明，与一些常用的滑坡易发性制图方法相比，基于树结构的集成算法模型性能更好。此外，高质量的数据库十分重要，深度学习算法的更多应用还有待进一步研究探索。
2022, 44(1):68-74.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.120
摘要:
桶形基础用于支撑海上风电升压站平台时，平台与电气设备分两阶段安装，中间存在数周到数月的间隔期。为探究桶形基础在二次加载阶段的峰值贯入阻力，发展了基于网格周期更新的有效应力大变形有限元方法，避免基础贯入引起周围土体单元扭曲，再现了黏土中基础“贯入-固结-二次加载”的全过程。对比已有的离心模型试验，验证了发展的大变形数值方法的可靠性。通过比较初始贯入阻力与固结后的贯入阻力，发现桶基与平台的安装间隔期能够有效增加桶基承载力，固结后的贯入阻力峰值仅需要很小的基础位移即可达到。开展变动参数分析，考察影响峰值贯入阻力比的主要因素，提出考虑基础尺寸、土体渗透性与固结时间的归一化时间参数，并给出峰值贯入阻力比随归一化时间增长的趋势线。
桶形基础用于支撑海上风电升压站平台时，平台与电气设备分两阶段安装，中间存在数周到数月的间隔期。为探究桶形基础在二次加载阶段的峰值贯入阻力，发展了基于网格周期更新的有效应力大变形有限元方法，避免基础贯入引起周围土体单元扭曲，再现了黏土中基础“贯入-固结-二次加载”的全过程。对比已有的离心模型试验，验证了发展的大变形数值方法的可靠性。通过比较初始贯入阻力与固结后的贯入阻力，发现桶基与平台的安装间隔期能够有效增加桶基承载力，固结后的贯入阻力峰值仅需要很小的基础位移即可达到。开展变动参数分析，考察影响峰值贯入阻力比的主要因素，提出考虑基础尺寸、土体渗透性与固结时间的归一化时间参数，并给出峰值贯入阻力比随归一化时间增长的趋势线。
2022, 44(1):75-86.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.153
摘要:
基于荷载传递法，考虑桩-桩相互作用并引入Pyke准则模拟桩-土界面上的加卸载行为，确定桩-土相互作用模型参数，从而建立能量桩双桩基础的沉降特性分析方法，并推广到能量桩群桩。通过与文献中实验数据的对比分析，验证了所提方法的可靠性。结合算例，利用该方法对在纯力学荷载、纯温度荷载以及热力耦合作用下的能量桩群桩基础沉降特性进行分析。结果表明：力学荷载作用下，群桩位移比随着桩顶荷载水平的增大而减小；温度荷载作用下，群桩桩顶位移方向一致；热力耦合作用下，群桩的桩顶位移情况与具体的桩顶荷载水平和桩身温度增量有关。在桩顶荷载较小时升温，可能会出现单桩桩顶上抬而群桩桩顶下沉的情况。
基于荷载传递法，考虑桩-桩相互作用并引入Pyke准则模拟桩-土界面上的加卸载行为，确定桩-土相互作用模型参数，从而建立能量桩双桩基础的沉降特性分析方法，并推广到能量桩群桩。通过与文献中实验数据的对比分析，验证了所提方法的可靠性。结合算例，利用该方法对在纯力学荷载、纯温度荷载以及热力耦合作用下的能量桩群桩基础沉降特性进行分析。结果表明：力学荷载作用下，群桩位移比随着桩顶荷载水平的增大而减小；温度荷载作用下，群桩桩顶位移方向一致；热力耦合作用下，群桩的桩顶位移情况与具体的桩顶荷载水平和桩身温度增量有关。在桩顶荷载较小时升温，可能会出现单桩桩顶上抬而群桩桩顶下沉的情况。
2022, 44(1):87-93.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.187
摘要:
预制叠合板构件质量问题是导致施工现场预制构件不能顺利安装的重要因素之一。提出了一种基于机器视觉的智能化检测预制叠合板构件的方法。首先通过预制构件生产线上的摄像系统进行图像采集，然后通过滤除噪声对图像进行预处理，通过Canny算子对边缘特征进行提取，通过Harris角点检测算法对图像内部特征进行提取，并将提取出的信息与已储存信息进行对比。利用该方法对三块预制叠合板试件进行特征识别及分析，结果表明：该检测方法可以识别预制叠合板尺寸信息，识别预留孔洞及预埋件的数量、尺寸及位置信息，对预制叠合板特征信息进行检测，并判断构件是否合格，提高了出厂构件的合格率，从而减少了施工成本，降低了工期延误风险。
预制叠合板构件质量问题是导致施工现场预制构件不能顺利安装的重要因素之一。提出了一种基于机器视觉的智能化检测预制叠合板构件的方法。首先通过预制构件生产线上的摄像系统进行图像采集，然后通过滤除噪声对图像进行预处理，通过Canny算子对边缘特征进行提取，通过Harris角点检测算法对图像内部特征进行提取，并将提取出的信息与已储存信息进行对比。利用该方法对三块预制叠合板试件进行特征识别及分析，结果表明：该检测方法可以识别预制叠合板尺寸信息，识别预留孔洞及预埋件的数量、尺寸及位置信息，对预制叠合板特征信息进行检测，并判断构件是否合格，提高了出厂构件的合格率，从而减少了施工成本，降低了工期延误风险。
2022, 44(1):94-104.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.188
摘要:
基于微元法思想，考虑锈蚀钢筋与混凝土之间粘结应力的传递，以及粘结应力传递前后截面应变的相容性，建立了钢板和FRP抗弯加固锈蚀RC梁挠度计算模型。为了验证计算模型的正确性，对比分析了多组试验结果。结果表明：在不同荷载等级下，与不考虑粘结应力的传递模型相比，考虑粘结应力的传递模型对钢板抗弯加固锈蚀RC梁的挠度计算结果更接近试验值。考虑粘结应力传递模型的极限荷载和对应极限挠度的误差范围为-0.6%~1.8%和-10.5%~9.1%，不考虑粘结应力传递模型的极限荷载和对应极限挠度的误差范围为1.1%~6.1%和-11.4%~-2.2%。该模型也能较精确地预测FRP材料（包括CFRP和BFRP）抗弯加固锈蚀RC梁的荷载-挠度曲线，极限荷载值的误差范围为-3.6%~4.2%，极限挠度误差范围为-4.2%~8.3%。
基于微元法思想，考虑锈蚀钢筋与混凝土之间粘结应力的传递，以及粘结应力传递前后截面应变的相容性，建立了钢板和FRP抗弯加固锈蚀RC梁挠度计算模型。为了验证计算模型的正确性，对比分析了多组试验结果。结果表明：在不同荷载等级下，与不考虑粘结应力的传递模型相比，考虑粘结应力的传递模型对钢板抗弯加固锈蚀RC梁的挠度计算结果更接近试验值。考虑粘结应力传递模型的极限荷载和对应极限挠度的误差范围为-0.6%~1.8%和-10.5%~9.1%，不考虑粘结应力传递模型的极限荷载和对应极限挠度的误差范围为1.1%~6.1%和-11.4%~-2.2%。该模型也能较精确地预测FRP材料（包括CFRP和BFRP）抗弯加固锈蚀RC梁的荷载-挠度曲线，极限荷载值的误差范围为-3.6%~4.2%，极限挠度误差范围为-4.2%~8.3%。
2022, 44(1):105-116.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.164
摘要:
为探究预应力部分外包钢组合梁在竖向加载下的变形性能，对12片预应力部分外包钢组合梁进行竖向两点加载试验，探究其裂缝开展、挠度与延性性能等变形性能。采用分型维度理论对各试件裂缝开展情况进行分析；利用Euler梁理论与Timoshenko梁理论分别推导梁的挠曲线方程，进而推出梁的跨中挠度计算值；计算预应力部分外包钢组合梁位移延性系数、截面曲率延性系数与能量延性系数，并采用灰度关联分析法进行3种延性系数的影响因素分析。结果表明，施加一定程度预压应力的部分外包钢组合梁在破坏时裂缝开展最充分；基于Timoshenko梁理论的挠曲线方程与跨中挠度计算值最接近真实值；截面面积是试件位移延性系数与曲率延性系数最重要的影响因素，而型钢锚固形式则为能量延性系数最重要的影响因素。
为探究预应力部分外包钢组合梁在竖向加载下的变形性能，对12片预应力部分外包钢组合梁进行竖向两点加载试验，探究其裂缝开展、挠度与延性性能等变形性能。采用分型维度理论对各试件裂缝开展情况进行分析；利用Euler梁理论与Timoshenko梁理论分别推导梁的挠曲线方程，进而推出梁的跨中挠度计算值；计算预应力部分外包钢组合梁位移延性系数、截面曲率延性系数与能量延性系数，并采用灰度关联分析法进行3种延性系数的影响因素分析。结果表明，施加一定程度预压应力的部分外包钢组合梁在破坏时裂缝开展最充分；基于Timoshenko梁理论的挠曲线方程与跨中挠度计算值最接近真实值；截面面积是试件位移延性系数与曲率延性系数最重要的影响因素，而型钢锚固形式则为能量延性系数最重要的影响因素。
2022, 44(1):117-125.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.163
摘要:
大跨度悬索桥结构轻柔，风致响应明显。借助有限元方法，考虑悬索桥的几何非线性和位移荷载非线性，对非均风攻角来流沿主梁对称分布和非对称分布以及非均匀风速来流沿主梁对称分布和非对称分布时悬索桥的非线性静风稳定性展开研究。结果表明：正攻角来流会降低桥梁的静风失稳临界风速，负攻角来流有利于桥梁抵抗静风失稳，且负攻角来流对桥梁的静风稳定性影响程度比正攻角来流影响程度大；非均匀风攻角来流非对称分布时，可由小风攻角来流确定的静风失稳临界风速作为稳定性判断依据，非均匀风攻角来流对称分布时，可以选择平均攻角来流衡量桥梁的静风稳定性。非均匀风速来流对桥梁的静风稳定性有不利影响，且非均匀风速来流对称分布时的影响比非均匀风速来流非对称分布时的影响更大。在不同初始攻角下，这类来流对桥梁静风稳定性有着相似的影响，桥梁的静风失稳临界风速均随着风速非均匀程度增大而减小。
大跨度悬索桥结构轻柔，风致响应明显。借助有限元方法，考虑悬索桥的几何非线性和位移荷载非线性，对非均风攻角来流沿主梁对称分布和非对称分布以及非均匀风速来流沿主梁对称分布和非对称分布时悬索桥的非线性静风稳定性展开研究。结果表明：正攻角来流会降低桥梁的静风失稳临界风速，负攻角来流有利于桥梁抵抗静风失稳，且负攻角来流对桥梁的静风稳定性影响程度比正攻角来流影响程度大；非均匀风攻角来流非对称分布时，可由小风攻角来流确定的静风失稳临界风速作为稳定性判断依据，非均匀风攻角来流对称分布时，可以选择平均攻角来流衡量桥梁的静风稳定性。非均匀风速来流对桥梁的静风稳定性有不利影响，且非均匀风速来流对称分布时的影响比非均匀风速来流非对称分布时的影响更大。在不同初始攻角下，这类来流对桥梁静风稳定性有着相似的影响，桥梁的静风失稳临界风速均随着风速非均匀程度增大而减小。
14 实测下击暴流风场特性分析
2022, 44(1):126-133.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.152
摘要:
目前下击暴流风场特性的研究大多是围绕风速模型和部分风场特性展开，较少涉及风场特性与平均风速之间的关系、不同风场特性之间的相关性以及与大地边界层近地风特性的比较研究。基于下击暴流实测风速数据，运用滑移平均法提取下击暴流的时变平均风速，进而获得脉动风速。在此基础上，研究下击暴流的紊流度、紊流积分尺度和阵风因子的特性，并分析3种特性与平均风速的关系以及3种特性之间的相关性。结果表明：下击暴流的紊流度、紊流积分尺度以及阵风因子均大于相应场地类别下相同高度处大气边界层近地风的对应风场；下击暴流的紊流度与平均风速之间、紊流积分尺度和紊流度之间均存在负相关性，而紊流积分尺度与平均风速之间、阵风因子与紊流度之间则都表现为正相关；低矮建筑的抗风设计应重点考虑下击暴流脉动成分的影响，而高层建筑和高耸结构的抗风设计应重点关注下击暴流气流涡旋的威胁；相比大气边界层近地风，下击暴流容易产生更大的瞬时极值风速，对工程结构威胁更大。
目前下击暴流风场特性的研究大多是围绕风速模型和部分风场特性展开，较少涉及风场特性与平均风速之间的关系、不同风场特性之间的相关性以及与大地边界层近地风特性的比较研究。基于下击暴流实测风速数据，运用滑移平均法提取下击暴流的时变平均风速，进而获得脉动风速。在此基础上，研究下击暴流的紊流度、紊流积分尺度和阵风因子的特性，并分析3种特性与平均风速的关系以及3种特性之间的相关性。结果表明：下击暴流的紊流度、紊流积分尺度以及阵风因子均大于相应场地类别下相同高度处大气边界层近地风的对应风场；下击暴流的紊流度与平均风速之间、紊流积分尺度和紊流度之间均存在负相关性，而紊流积分尺度与平均风速之间、阵风因子与紊流度之间则都表现为正相关；低矮建筑的抗风设计应重点考虑下击暴流脉动成分的影响，而高层建筑和高耸结构的抗风设计应重点关注下击暴流气流涡旋的威胁；相比大气边界层近地风，下击暴流容易产生更大的瞬时极值风速，对工程结构威胁更大。
2022, 44(1):134-141.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.133
摘要:
为研究纳米碳纤维增强混凝土的介电特性，发现纳米碳纤维增强混凝土对电磁波的反射与损耗规律，采用波导法测试纤维掺量为0、0.1%、0.2%、0.3%、0.5%的纳米碳纤维增强混凝土在1.7~2.6 GHz频率范围内的介电常数。分别从相对复介电常数实部、相对复介电常数虚部、损耗角正切等方面分析了纤维掺量、频率对纳米碳纤维增强混凝土介电特性的影响，并对比分析0.3%纤维掺量下纳米碳纤维和普通碳纤维对混凝土材料介电特性的影响。结果表明：纳米碳纤维的掺加提高了混凝土材料相对复介电常数实部和虚部、损耗角正切，增强了混凝土材料对电磁波的损耗能力；纤维掺量越大，纳米碳纤维增强混凝土介电特性越强，对电磁波的损耗能力越大；纳米碳纤维对混凝土材料介电特性的提高效果强于碳纤维。
为研究纳米碳纤维增强混凝土的介电特性，发现纳米碳纤维增强混凝土对电磁波的反射与损耗规律，采用波导法测试纤维掺量为0、0.1%、0.2%、0.3%、0.5%的纳米碳纤维增强混凝土在1.7~2.6 GHz频率范围内的介电常数。分别从相对复介电常数实部、相对复介电常数虚部、损耗角正切等方面分析了纤维掺量、频率对纳米碳纤维增强混凝土介电特性的影响，并对比分析0.3%纤维掺量下纳米碳纤维和普通碳纤维对混凝土材料介电特性的影响。结果表明：纳米碳纤维的掺加提高了混凝土材料相对复介电常数实部和虚部、损耗角正切，增强了混凝土材料对电磁波的损耗能力；纤维掺量越大，纳米碳纤维增强混凝土介电特性越强，对电磁波的损耗能力越大；纳米碳纤维对混凝土材料介电特性的提高效果强于碳纤维。
2022, 44(1):142-148.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.134
摘要:
为了研究循环荷载下橡胶掺量对混凝土断裂力学性能的影响，对5种不同橡胶掺量（0、5%、10%、15%、20%）的带缺口混凝土梁分别开展了单调和循环加载断裂试验。根据断裂试验获得的荷载-裂缝口张开位移（P-CMOD）曲线计算了橡胶混凝土的断裂能和耗散能，结合典型橡胶混凝土试件的破坏形态，综合分析了加载工况及橡胶颗粒掺量对混凝土断裂力学性能及能量耗散的影响规律。结果表明：随着橡胶掺量的增加，橡胶混凝土强度和弹性模量逐渐降低，而断裂能值逐渐增大。在循环加载工况下，混凝土耗散能随循环加载过程的持续逐渐累积过程与裂缝口张开位移的累积过程类似，损伤破坏过程呈现“三阶段”特征。总耗散能随橡胶掺量增加而增加，但始终不超过其断裂能。
为了研究循环荷载下橡胶掺量对混凝土断裂力学性能的影响，对5种不同橡胶掺量（0、5%、10%、15%、20%）的带缺口混凝土梁分别开展了单调和循环加载断裂试验。根据断裂试验获得的荷载-裂缝口张开位移（P-CMOD）曲线计算了橡胶混凝土的断裂能和耗散能，结合典型橡胶混凝土试件的破坏形态，综合分析了加载工况及橡胶颗粒掺量对混凝土断裂力学性能及能量耗散的影响规律。结果表明：随着橡胶掺量的增加，橡胶混凝土强度和弹性模量逐渐降低，而断裂能值逐渐增大。在循环加载工况下，混凝土耗散能随循环加载过程的持续逐渐累积过程与裂缝口张开位移的累积过程类似，损伤破坏过程呈现“三阶段”特征。总耗散能随橡胶掺量增加而增加，但始终不超过其断裂能。
2022, 44(1):149-159.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.001
摘要:
通过自密实包浆再生骨料混凝土力学性能及快速冻融循环试验，从试件的抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度及冻融后试件的质量损失率、抗压强度损失率及相对动弹性模量角度研究了再生粗骨料包浆对自密实再生混凝土性能的影响，结合SEM电镜试验从微观上分析了骨料包浆对混凝土抗冻性能的改善机制。结果表明：普通混凝土和再生混凝土的劈裂抗拉强度、抗折强度与抗压强度之间的换算关系式不适用于自密实包浆再生骨料混凝土，提出的新关系式与试验数据较吻合；再生粗骨料包浆优化了骨料物理性能，改善了混凝土新旧界面过渡区，增强了其密实性，提高了混凝土的抗冻性能；采用42.5R水泥浆对骨料进行包浆时，混凝土的抗冻性能最优，虽不及普通混凝土，但与骨料未包浆的混凝土相比，150次冻融循环后混凝土相对动弹性模量提高了18.6%；基于冻融后抗压强度和相对动弹性模量建立的冻融损伤模型拟合精度较高，能较好地反映自密实包浆再生骨料混凝土的冻融损伤破坏规律。
通过自密实包浆再生骨料混凝土力学性能及快速冻融循环试验，从试件的抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度及冻融后试件的质量损失率、抗压强度损失率及相对动弹性模量角度研究了再生粗骨料包浆对自密实再生混凝土性能的影响，结合SEM电镜试验从微观上分析了骨料包浆对混凝土抗冻性能的改善机制。结果表明：普通混凝土和再生混凝土的劈裂抗拉强度、抗折强度与抗压强度之间的换算关系式不适用于自密实包浆再生骨料混凝土，提出的新关系式与试验数据较吻合；再生粗骨料包浆优化了骨料物理性能，改善了混凝土新旧界面过渡区，增强了其密实性，提高了混凝土的抗冻性能；采用42.5R水泥浆对骨料进行包浆时，混凝土的抗冻性能最优，虽不及普通混凝土，但与骨料未包浆的混凝土相比，150次冻融循环后混凝土相对动弹性模量提高了18.6%；基于冻融后抗压强度和相对动弹性模量建立的冻融损伤模型拟合精度较高，能较好地反映自密实包浆再生骨料混凝土的冻融损伤破坏规律。
2022, 44(1):160-167.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.100
摘要:
磷作为生命有机体中必不可少的元素，在生命活动中起着至关重要的作用。近年来，随着污水厂排放标准日趋严格，铁盐作为化学除磷药剂被广泛应用于污水处理厂中。尽管目前已对化学辅助生物除磷和侧流磷回收等创新改进工艺开展了大量的研究，但由于污水体系的多样性和复杂性，污水厂的除磷效率及磷资源回收仍面临诸多挑战。综述铁盐辅助生物除磷工艺运行的基本特征，梳理污水处理过程中铁与磷的相互作用机制，总结两种工艺中铁盐对微生物群落结构的影响及归趋，并对今后工艺的研究方向进行展望。研究发现，继续系统开展微生物与不同磷矿物共生关系的研究，优化侧流磷回收下游产物的分离纯化条件，并建立合理预测和反馈污水处理系统中铁、磷浓度的动态模型是提高污水处理厂资源回收效率、促进可持续发展的必然举措。
磷作为生命有机体中必不可少的元素，在生命活动中起着至关重要的作用。近年来，随着污水厂排放标准日趋严格，铁盐作为化学除磷药剂被广泛应用于污水处理厂中。尽管目前已对化学辅助生物除磷和侧流磷回收等创新改进工艺开展了大量的研究，但由于污水体系的多样性和复杂性，污水厂的除磷效率及磷资源回收仍面临诸多挑战。综述铁盐辅助生物除磷工艺运行的基本特征，梳理污水处理过程中铁与磷的相互作用机制，总结两种工艺中铁盐对微生物群落结构的影响及归趋，并对今后工艺的研究方向进行展望。研究发现，继续系统开展微生物与不同磷矿物共生关系的研究，优化侧流磷回收下游产物的分离纯化条件，并建立合理预测和反馈污水处理系统中铁、磷浓度的动态模型是提高污水处理厂资源回收效率、促进可持续发展的必然举措。
2022, 44(1):168-176.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.103
摘要:
异化铁还原耦合厌氧氧化（Feammox）是自然环境中普遍存在的氨氮去除途径，但该过程在污水处理领域的研究及应用还比较少。以含氨氮的污泥消化液为对象，研究其在厌氧条件下由水铁矿驱动Feammox进行脱氮的效果。结果表明：经过48 d厌氧处理后，NH4+-N去除率和总氮去除率分别为72.4%和57.5%，而未投加水铁矿的对照组中NH4+-N去除率和总氮去除率分别为7.6%和2.5%；在投加水铁矿的反应器内检测到Fe （Ⅱ）的持续产生；以同位素标记的15NH4+-N进料，在投加水铁矿的反应器顶空中检出30N2，证明了Feammox的发生；实时定量PCR （qPCR）结果显示，Feammox功能微生物Acidimicrobiaceae A6菌表达活跃。高通量测序表明，在投加水铁矿的反应器内富集了多种铁还原菌；同时，向反应器内投加水铁矿和腐殖质后，NH4+-N去除率达88.35%，总氮去除率达73.75%，对反应器内铁氧化物组成和形态分析发现，腐殖质减弱了铁氧化物钝化速度，有利于水铁矿保持活性并持续参与Feammox脱氮。
异化铁还原耦合厌氧氧化（Feammox）是自然环境中普遍存在的氨氮去除途径，但该过程在污水处理领域的研究及应用还比较少。以含氨氮的污泥消化液为对象，研究其在厌氧条件下由水铁矿驱动Feammox进行脱氮的效果。结果表明：经过48 d厌氧处理后，NH4+-N去除率和总氮去除率分别为72.4%和57.5%，而未投加水铁矿的对照组中NH4+-N去除率和总氮去除率分别为7.6%和2.5%；在投加水铁矿的反应器内检测到Fe （Ⅱ）的持续产生；以同位素标记的15NH4+-N进料，在投加水铁矿的反应器顶空中检出30N2，证明了Feammox的发生；实时定量PCR （qPCR）结果显示，Feammox功能微生物Acidimicrobiaceae A6菌表达活跃。高通量测序表明，在投加水铁矿的反应器内富集了多种铁还原菌；同时，向反应器内投加水铁矿和腐殖质后，NH4+-N去除率达88.35%，总氮去除率达73.75%，对反应器内铁氧化物组成和形态分析发现，腐殖质减弱了铁氧化物钝化速度，有利于水铁矿保持活性并持续参与Feammox脱氮。
2022, 44(1):177-187.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.072
摘要:
双氯芬酸钠是水体中广泛分布的新型污染物之一，关于其去除的研究备受关注。为提高水体中双氯芬酸钠的去除效率，获得经济高效、对环境友好的吸附剂，以壳聚糖为原料，通过光催化法在壳聚糖上引入聚多巴胺进行改性，制备新型壳聚糖-聚多巴胺改性水凝胶（CS-PDA），研究该材料对双氯芬酸钠的吸附性能。通过SEM、FTIR、XPS和BET测试对CS-PDA进行表征，材料呈网状结构，疏松多孔，比表面积达22.46 m2/g；探究时间、温度、初始浓度、pH值对吸附效果的影响。结果表明：pH值为4.3时CS-PDA对双氯芬酸钠的吸附容量最大；吸附动力学符合拟二级动力学模型，在240 min时达到吸附饱和；吸附等温线符合Langmuir等温线模型，在25℃时双氯芬酸钠的Langmuir理论最大吸附容量为333.2 mg/g。CS-PDA对双氯芬酸钠的吸附容量经历7个再生循环后仍大于70 mg/g。
双氯芬酸钠是水体中广泛分布的新型污染物之一，关于其去除的研究备受关注。为提高水体中双氯芬酸钠的去除效率，获得经济高效、对环境友好的吸附剂，以壳聚糖为原料，通过光催化法在壳聚糖上引入聚多巴胺进行改性，制备新型壳聚糖-聚多巴胺改性水凝胶（CS-PDA），研究该材料对双氯芬酸钠的吸附性能。通过SEM、FTIR、XPS和BET测试对CS-PDA进行表征，材料呈网状结构，疏松多孔，比表面积达22.46 m2/g；探究时间、温度、初始浓度、pH值对吸附效果的影响。结果表明：pH值为4.3时CS-PDA对双氯芬酸钠的吸附容量最大；吸附动力学符合拟二级动力学模型，在240 min时达到吸附饱和；吸附等温线符合Langmuir等温线模型，在25℃时双氯芬酸钠的Langmuir理论最大吸附容量为333.2 mg/g。CS-PDA对双氯芬酸钠的吸附容量经历7个再生循环后仍大于70 mg/g。
2022, 44(1):188-196.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.066
摘要:
为了研究胞外多糖对厌氧氨氧化颗粒污泥稳定性的影响及其机理，采用可酶解多糖的淀粉酶对颗粒污泥进行酶解。结果表明，α-淀粉酶处理组颗粒污泥外边缘出现溶胀，而β-淀粉酶处理组颗粒污泥表面无明显变化，但出现破碎且稳定性明显下降。表面性质及XDLVO理论分析表明，酶解降低了颗粒污泥疏水性，增大了微生物之间的排斥力，从而影响了颗粒污泥的稳定性。傅里叶红外光谱扫描结果表明，酶解后污泥胞外聚合物疏水性官能团含量明显降低。共聚焦扫描发现，α-淀粉酶处理组颗粒污泥外缘α-D-吡喃葡萄糖多糖含量明显下降，而β-淀粉酶处理组β-D-吡喃葡萄糖多糖呈碎片状分布。α-淀粉酶处理组表明，胞外多糖的疏水性作用、通过O—H官能团与阳离子桥接或相互结合作用可以促进微生物之间的聚集。β-淀粉酶处理组表明，胞外多糖长主链之间的缠结以及丰富的结合位点桥接形成骨架，增强了微生物之间的黏附，有利于颗粒污泥的稳定。
为了研究胞外多糖对厌氧氨氧化颗粒污泥稳定性的影响及其机理，采用可酶解多糖的淀粉酶对颗粒污泥进行酶解。结果表明，α-淀粉酶处理组颗粒污泥外边缘出现溶胀，而β-淀粉酶处理组颗粒污泥表面无明显变化，但出现破碎且稳定性明显下降。表面性质及XDLVO理论分析表明，酶解降低了颗粒污泥疏水性，增大了微生物之间的排斥力，从而影响了颗粒污泥的稳定性。傅里叶红外光谱扫描结果表明，酶解后污泥胞外聚合物疏水性官能团含量明显降低。共聚焦扫描发现，α-淀粉酶处理组颗粒污泥外缘α-D-吡喃葡萄糖多糖含量明显下降，而β-淀粉酶处理组β-D-吡喃葡萄糖多糖呈碎片状分布。α-淀粉酶处理组表明，胞外多糖的疏水性作用、通过O—H官能团与阳离子桥接或相互结合作用可以促进微生物之间的聚集。β-淀粉酶处理组表明，胞外多糖长主链之间的缠结以及丰富的结合位点桥接形成骨架，增强了微生物之间的黏附，有利于颗粒污泥的稳定。
2022, 44(1):197-206.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.101
摘要:
柴油内燃机的尾气排放是空气污染的重要来源之一，其中污染物主要包括颗粒物、氮氧化物、碳氢化合物、碳氧化合物等，这些物质在不同工作条件下的排放特征具有较大差异。对近5年来关于柴油机尾气污染物排放以及减排措施的研究进行搜集、整理和总结，主要讨论柴油机尾气污染物在不同工作条件（海拔高度、车速、发动机转速和负荷）下的排放特征。结果表明：在高海拔地区的高转速工作条件下，污染物排放情况最严重。分析影响机理发现，不同工作条件主要通过影响柴油内燃机的燃烧温度、进氧量、油气混合和燃烧时间等影响不同污染物的生成情况。提出改善柴油机尾气中污染物排放的措施，为柴油内燃机污染物在不同工作条件下排放特性的研究提供理论指导。目前，对柴油机尾气中常规污染物研究较多，但对颗粒物及气相物质中的有毒有害物质，如持久性自由基等的排放特性及生成机制的研究较少，而其环境风险可能比常规污染物更大，这是未来柴油内燃机尾气污染物研究中的重点内容。
柴油内燃机的尾气排放是空气污染的重要来源之一，其中污染物主要包括颗粒物、氮氧化物、碳氢化合物、碳氧化合物等，这些物质在不同工作条件下的排放特征具有较大差异。对近5年来关于柴油机尾气污染物排放以及减排措施的研究进行搜集、整理和总结，主要讨论柴油机尾气污染物在不同工作条件（海拔高度、车速、发动机转速和负荷）下的排放特征。结果表明：在高海拔地区的高转速工作条件下，污染物排放情况最严重。分析影响机理发现，不同工作条件主要通过影响柴油内燃机的燃烧温度、进氧量、油气混合和燃烧时间等影响不同污染物的生成情况。提出改善柴油机尾气中污染物排放的措施，为柴油内燃机污染物在不同工作条件下排放特性的研究提供理论指导。目前，对柴油机尾气中常规污染物研究较多，但对颗粒物及气相物质中的有毒有害物质，如持久性自由基等的排放特性及生成机制的研究较少，而其环境风险可能比常规污染物更大，这是未来柴油内燃机尾气污染物研究中的重点内容。
