2023年第45卷第2期文章目次
2023, 45(2):1-20.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2022.021
摘要:
提出一种考虑浅层基岩和粘弹性的路基模量反算新思路。对于路基模型，分别采用位移边界条件和开尔文模型来描述浅层基岩深度和粘弹性，并利用有限元软件对便携式落锤弯沉仪现场试验进行模拟，采用多种群遗传算法对路基模量最优值进行迭代。有限元模拟计算结果表明，新方法考虑浅层基岩的正算模型的反演模量平均误差为7.0%，而考虑半空间的正算模型却高达16.2%，说明忽略浅层基岩会使反演模量产生较大误差；随着浅层基岩深度的增加，误差减小，当深度为3 m时，影响几乎不存在。对于考虑粘弹性的有限元模型，在正算模型中忽略该特性的最大误差可达27.9%，而考虑粘弹性的最大误差仅为7.4%。由于浅层基岩深度勘探难度大，仅从理论方面进行研究。
提出一种考虑浅层基岩和粘弹性的路基模量反算新思路。对于路基模型，分别采用位移边界条件和开尔文模型来描述浅层基岩深度和粘弹性，并利用有限元软件对便携式落锤弯沉仪现场试验进行模拟，采用多种群遗传算法对路基模量最优值进行迭代。有限元模拟计算结果表明，新方法考虑浅层基岩的正算模型的反演模量平均误差为7.0%，而考虑半空间的正算模型却高达16.2%，说明忽略浅层基岩会使反演模量产生较大误差；随着浅层基岩深度的增加，误差减小，当深度为3 m时，影响几乎不存在。对于考虑粘弹性的有限元模型，在正算模型中忽略该特性的最大误差可达27.9%，而考虑粘弹性的最大误差仅为7.4%。由于浅层基岩深度勘探难度大，仅从理论方面进行研究。
2023, 45(2):21-38.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2022.023
摘要:
在深部地下采矿中，岩爆因具有许多不利影响（如对人员、设备、隧道/地下矿山工作面和开采周期等的影响）而被视为不确定性风险。由于其不确定性的特征，对岩爆趋势的准确预测和分类具有一定难度，且已有研究成果较少。提出一种基于基因表达编程（GEP）和粒子群优化（PSO）的鲁棒混合计算模型GEP-PSO，用于预测和分类深部开口的岩爆趋势，提高了预测和分类的准确性。在建立GEP-PSO模型的过程中，评估GEP模型中不同数量的基因（1~4）和连接功能（例如，加法、提取、乘法和除法）。收集246次岩爆发生的地质和施工因素，用于建立岩爆分类的GEP-PSO模型；应用处理数据集缺失值的技术改进数据集的属性；用相关矩阵选取潜在输入参数的特征；建立13个混合GEP-PSO模型，得到各模型的精度。结果表明：在GEP结构中具有3个基因和乘法连接函数的GEP-PSO模型具有最高的准确度（80.49%）。将获得的最佳GEP-PSO模型的结果与基于相同数据集开发的各种已有模型进行比较，结果表明，选择的GEP-PSO模型结果优于已有模型，表明提出的GEP-PSO模型在岩爆等级的预测和分类方面的准确性显著提高，可以应用于深开挖工程中，以准确预测和评估岩爆敏感性。
在深部地下采矿中，岩爆因具有许多不利影响（如对人员、设备、隧道/地下矿山工作面和开采周期等的影响）而被视为不确定性风险。由于其不确定性的特征，对岩爆趋势的准确预测和分类具有一定难度，且已有研究成果较少。提出一种基于基因表达编程（GEP）和粒子群优化（PSO）的鲁棒混合计算模型GEP-PSO，用于预测和分类深部开口的岩爆趋势，提高了预测和分类的准确性。在建立GEP-PSO模型的过程中，评估GEP模型中不同数量的基因（1~4）和连接功能（例如，加法、提取、乘法和除法）。收集246次岩爆发生的地质和施工因素，用于建立岩爆分类的GEP-PSO模型；应用处理数据集缺失值的技术改进数据集的属性；用相关矩阵选取潜在输入参数的特征；建立13个混合GEP-PSO模型，得到各模型的精度。结果表明：在GEP结构中具有3个基因和乘法连接函数的GEP-PSO模型具有最高的准确度（80.49%）。将获得的最佳GEP-PSO模型的结果与基于相同数据集开发的各种已有模型进行比较，结果表明，选择的GEP-PSO模型结果优于已有模型，表明提出的GEP-PSO模型在岩爆等级的预测和分类方面的准确性显著提高，可以应用于深开挖工程中，以准确预测和评估岩爆敏感性。
2023, 45(2):39-51.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.271
摘要:
裂隙对高放废物深地质处置工程的渗流与传质过程影响显著。基于统一管网法（UPM），考虑裂隙网络粗糙特性及吸附与衰变因素，研究裂隙岩体核素迁移机制，并针对单裂缝岩体溶质运移解析解进行基准测试。基于粗糙裂隙网络水力隙宽等效方法，研究裂隙粗糙度分布、岩石基质吸附能力及裂隙岩体传质特性对核素迁移过程的影响。结果表明，核素运移的突破曲线随着裂隙粗糙度的增大而向长时间方向移动；岩石基质扩散系数和延迟因子的增大极大提高了其对核素迁移的延迟效应；具有较长半衰期的核素易在岩体中积聚成相对较高的浓度，而较低的水力梯度值对相对浓度场分布特性的影响更为显著。
裂隙对高放废物深地质处置工程的渗流与传质过程影响显著。基于统一管网法（UPM），考虑裂隙网络粗糙特性及吸附与衰变因素，研究裂隙岩体核素迁移机制，并针对单裂缝岩体溶质运移解析解进行基准测试。基于粗糙裂隙网络水力隙宽等效方法，研究裂隙粗糙度分布、岩石基质吸附能力及裂隙岩体传质特性对核素迁移过程的影响。结果表明，核素运移的突破曲线随着裂隙粗糙度的增大而向长时间方向移动；岩石基质扩散系数和延迟因子的增大极大提高了其对核素迁移的延迟效应；具有较长半衰期的核素易在岩体中积聚成相对较高的浓度，而较低的水力梯度值对相对浓度场分布特性的影响更为显著。
2023, 45(2):52-64.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.163
摘要:
为解决隧道受周围区域复杂影响的三维隧道动力模拟问题，基于有限单元法，采用2.5D技术，应用完全匹配层（PML）处理由有限单元网格截断的边界，提出一种针对超长隧道结构动态性能模拟的高效、精确解法。结合2.5D技术、有限单元法（FEM）及完全匹配层（PML）的方法并不常见，推导2.5D技术和有限单元法（FEM）结合法的方程，着重说明其与2.5D技术和完全匹配层（PML）结合法的兼容性。通过与常用数值模型（MEF-MEC）和半解析解（PIP）法的结果验证，证明了模型的准确性，并进行了参数研究，以评估隧道和土体性质对土体振动的影响。结果表明：提出的2.5D MEF-PML方法能够解决有限元法不能处理无限域的缺点，与常规PML法相比,精度更高，在隧道动力分析时，能准确考虑隧道周围区域因素的影响。
为解决隧道受周围区域复杂影响的三维隧道动力模拟问题，基于有限单元法，采用2.5D技术，应用完全匹配层（PML）处理由有限单元网格截断的边界，提出一种针对超长隧道结构动态性能模拟的高效、精确解法。结合2.5D技术、有限单元法（FEM）及完全匹配层（PML）的方法并不常见，推导2.5D技术和有限单元法（FEM）结合法的方程，着重说明其与2.5D技术和完全匹配层（PML）结合法的兼容性。通过与常用数值模型（MEF-MEC）和半解析解（PIP）法的结果验证，证明了模型的准确性，并进行了参数研究，以评估隧道和土体性质对土体振动的影响。结果表明：提出的2.5D MEF-PML方法能够解决有限元法不能处理无限域的缺点，与常规PML法相比,精度更高，在隧道动力分析时，能准确考虑隧道周围区域因素的影响。
2023, 45(2):65-73.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2022.070
摘要:
能量桩是一种既可以与土体进行能量交换，又可以承担上部荷载的桩基形式。上部土层冻结，下部土层未冻结，由温度变化引起的桩体自身变形及土体的冻胀融沉引发的桩体位移是能量桩在季节性冻土地区推广中亟待解决的主要问题。针对季节性冻土地区土体温度分布特点，将土体分为冻结层和非冻结层分别开展模型试验，测得冻结层和非冻结层中能量桩多次温度循环后的桩—土温度分布、桩周土体孔隙水压力及桩体位移的变化规律。结果表明：在非冻结土层中，多次循环取热后桩顶会产生不可逆的沉降位移，5次取热循环后，桩顶沉降达到0.95%D（D为桩体直径），且桩体沉降未达到稳定；在冻结层，放热过程中能量桩会发生桩体融沉现象，恢复过程中会发生桩体冻胀现象，融沉导致的沉降位移随着循环次数的增加逐渐减小，在第3轮放热循环后消失。第1、2、3轮的融沉位移分别为5.9%D、0.93%D、0.11%D。每轮循环过程中，冻胀引起的上升位移虽逐轮减小，但在5轮循环之后依旧存在，且冻胀引发的总位移呈阶梯状上升，桩体最终产生上升位移，达到3.8%D。
能量桩是一种既可以与土体进行能量交换，又可以承担上部荷载的桩基形式。上部土层冻结，下部土层未冻结，由温度变化引起的桩体自身变形及土体的冻胀融沉引发的桩体位移是能量桩在季节性冻土地区推广中亟待解决的主要问题。针对季节性冻土地区土体温度分布特点，将土体分为冻结层和非冻结层分别开展模型试验，测得冻结层和非冻结层中能量桩多次温度循环后的桩—土温度分布、桩周土体孔隙水压力及桩体位移的变化规律。结果表明：在非冻结土层中，多次循环取热后桩顶会产生不可逆的沉降位移，5次取热循环后，桩顶沉降达到0.95%D（D为桩体直径），且桩体沉降未达到稳定；在冻结层，放热过程中能量桩会发生桩体融沉现象，恢复过程中会发生桩体冻胀现象，融沉导致的沉降位移随着循环次数的增加逐渐减小，在第3轮放热循环后消失。第1、2、3轮的融沉位移分别为5.9%D、0.93%D、0.11%D。每轮循环过程中，冻胀引起的上升位移虽逐轮减小，但在5轮循环之后依旧存在，且冻胀引发的总位移呈阶梯状上升，桩体最终产生上升位移，达到3.8%D。
2023, 45(2):74-80.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2022.048
摘要:
基于酶诱导碳酸钙沉淀（EICP）技术，使用植物脲酶对沙漠风积沙进行改良加固试验。为寻求价格低廉和操作简单的脲酶提取方法，以土豆为原材料，去离子水、甘油水溶液和乙醇水溶液为提取液，通过破碎冷藏及高速离心方法成功地从土豆中分离提取出植物脲酶，分析提取过程中不同提取液对脲酶提取效果的影响，基于EICP技术，利用土豆脲酶液对风积沙进行改良处理。结果显示，在3种提取液中，效果最优的是乙醇溶液，甘油水溶液次之，去离子水提取效果最差。而当固液比为1:6、乙醇溶液浓度为30%时，脲酶活性值最高且提取效果最佳。在风积沙改良试验中，试件表面形成了坚硬的结皮层并具有较高的抗压强度，随着浸泡脲酶次数的增加，无侧限抗压强度逐渐增强。
基于酶诱导碳酸钙沉淀（EICP）技术，使用植物脲酶对沙漠风积沙进行改良加固试验。为寻求价格低廉和操作简单的脲酶提取方法，以土豆为原材料，去离子水、甘油水溶液和乙醇水溶液为提取液，通过破碎冷藏及高速离心方法成功地从土豆中分离提取出植物脲酶，分析提取过程中不同提取液对脲酶提取效果的影响，基于EICP技术，利用土豆脲酶液对风积沙进行改良处理。结果显示，在3种提取液中，效果最优的是乙醇溶液，甘油水溶液次之，去离子水提取效果最差。而当固液比为1:6、乙醇溶液浓度为30%时，脲酶活性值最高且提取效果最佳。在风积沙改良试验中，试件表面形成了坚硬的结皮层并具有较高的抗压强度，随着浸泡脲酶次数的增加，无侧限抗压强度逐渐增强。
2023, 45(2):81-88.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2022.009
摘要:
强震区次生泥石流灾害演化规律与发展趋势受地震“后效应”影响显著，与震前相比，其峰值流量增长数倍，泥石流规模增大显著，对震区沟谷型泥石流针对性防治设计提出新挑战。基于四川汶川强震区泥石流案例，采用因子回归分析方法研究流域特征参数与峰值流量的内在关系，建立泥石流峰值流量多元预测模型。结果表明：预测模型解决了原始变量共线性导致的信息叠加问题，模型拟合优度R 2 = 0.94 ![]()
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强震区次生泥石流灾害演化规律与发展趋势受地震“后效应”影响显著，与震前相比，其峰值流量增长数倍，泥石流规模增大显著，对震区沟谷型泥石流针对性防治设计提出新挑战。基于四川汶川强震区泥石流案例，采用因子回归分析方法研究流域特征参数与峰值流量的内在关系，建立泥石流峰值流量多元预测模型。结果表明：预测模型解决了原始变量共线性导致的信息叠加问题，模型拟合优度
2023, 45(2):89-99.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.116
摘要:
初始地应力场是地下工程设计与施工的重要依据，在实际工程中难以精准测得，为了能较准确地获得初始地应力场的分布规律，提出将免疫算法与BP神经网络相结合（IA-BP）的算法对初始地应力场进行反演研究。免疫算法优化BP神经网络就是将BP神经网络的连接权值和阈值作为免疫算法中的抗体进行编码。该混合算法既可以利用免疫算法全局寻优的特点快速搜索到全局最优解或次优解附近，又可以采用BP算法避免在最优解和次优解附近发生震荡，对其进行局部优化，从而达到快速收敛全局最优解的目的。通过COMSOL分别构建平面边坡模型及三维立体模型，对其进行正分析计算，将计算的结果作为“实测值”，对地应力进行反演分析，并将IA-BP算法反演的结果与PSO-BP算法及多元线性回归算法的反演结果进行对比。结果表明：二维边坡模型下，IA-BP算法反演结果误差更小。三维模型下，IA-BP算法所得实测值与反演值之间的相对误差的绝对值为0%~10.64%（平均为3.39%），PSO-BP算法所得实测值与反演值之间相对误差的绝对值为0%~48.39%（平均为6.93%），多元线性回归算法所得实测值与反演值之间相对误差的绝对值为0.55%~121.95%（平均为21.87%），通过对比可知，IA-BP算法整体反演结果精度最高。无论是平面模型还是三维模型，利用IA-BP算法反演出的结果与其他两种算法反演的结果相比，误差更小。将IA-BP智能算法运用到地应力场的反演研究中，可以为地下工程的建设提供依据。
初始地应力场是地下工程设计与施工的重要依据，在实际工程中难以精准测得，为了能较准确地获得初始地应力场的分布规律，提出将免疫算法与BP神经网络相结合（IA-BP）的算法对初始地应力场进行反演研究。免疫算法优化BP神经网络就是将BP神经网络的连接权值和阈值作为免疫算法中的抗体进行编码。该混合算法既可以利用免疫算法全局寻优的特点快速搜索到全局最优解或次优解附近，又可以采用BP算法避免在最优解和次优解附近发生震荡，对其进行局部优化，从而达到快速收敛全局最优解的目的。通过COMSOL分别构建平面边坡模型及三维立体模型，对其进行正分析计算，将计算的结果作为“实测值”，对地应力进行反演分析，并将IA-BP算法反演的结果与PSO-BP算法及多元线性回归算法的反演结果进行对比。结果表明：二维边坡模型下，IA-BP算法反演结果误差更小。三维模型下，IA-BP算法所得实测值与反演值之间的相对误差的绝对值为0%~10.64%（平均为3.39%），PSO-BP算法所得实测值与反演值之间相对误差的绝对值为0%~48.39%（平均为6.93%），多元线性回归算法所得实测值与反演值之间相对误差的绝对值为0.55%~121.95%（平均为21.87%），通过对比可知，IA-BP算法整体反演结果精度最高。无论是平面模型还是三维模型，利用IA-BP算法反演出的结果与其他两种算法反演的结果相比，误差更小。将IA-BP智能算法运用到地应力场的反演研究中，可以为地下工程的建设提供依据。
2023, 45(2):100-110.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.130
摘要:
为了解砌体墙破坏过程中的转动现象及转动变形对砌体墙抗震性能的影响，对普通砌体墙、设置构造柱砌体墙、加固砌体墙等在试验过程中的转动现象进行提炼，综述不同试件设计、受力条件、加固方式等因素下转动变形对砌体墙破坏模式的影响，探讨转动变形对砌体墙抗震性能的影响规律。结果表明：在砌体墙受力过程中，转动现象普遍存在，甚至出现转动变形控制的破坏现象；转动变形降低了砌体墙承载力及等效抗侧刚度，发生转动破坏时砌体墙变形能力有所提高。目前，有关砌体墙抗震试验方面的文献资料普遍缺乏关于转动现象的描述，但这并不代表没有出现转动变形，建议后续相关研究中对砌体墙转动变形现象及其对抗震性能的影响予以重视。
为了解砌体墙破坏过程中的转动现象及转动变形对砌体墙抗震性能的影响，对普通砌体墙、设置构造柱砌体墙、加固砌体墙等在试验过程中的转动现象进行提炼，综述不同试件设计、受力条件、加固方式等因素下转动变形对砌体墙破坏模式的影响，探讨转动变形对砌体墙抗震性能的影响规律。结果表明：在砌体墙受力过程中，转动现象普遍存在，甚至出现转动变形控制的破坏现象；转动变形降低了砌体墙承载力及等效抗侧刚度，发生转动破坏时砌体墙变形能力有所提高。目前，有关砌体墙抗震试验方面的文献资料普遍缺乏关于转动现象的描述，但这并不代表没有出现转动变形，建议后续相关研究中对砌体墙转动变形现象及其对抗震性能的影响予以重视。
2023, 45(2):111-122.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.089
摘要:
近年来，FRP（纤维增强聚合物）筋代替钢筋在混凝土结构中得到越来越广泛的应用。与钢筋相比，FRP筋具有各向异性、非均质、表面形式不同等特性，这导致FRP筋与混凝土之间的粘结机制不同于钢筋与混凝土。为全面了解FRP筋与混凝土之间的粘结性能，收集数据建立由342个拉拔试验试件组成的数据库，分析粘结性能与各因素之间的关系，对没有达成一致结论的观点进行补充和讨论，分析高温、冻融循环、电解质溶液对FRP筋与混凝土粘结性能的影响；校核常用的粘结-滑移本构模型的计算精度，基于建立的试验数据库，提出新的精度更高的粘结-滑移本构上升段表达式。
近年来，FRP（纤维增强聚合物）筋代替钢筋在混凝土结构中得到越来越广泛的应用。与钢筋相比，FRP筋具有各向异性、非均质、表面形式不同等特性，这导致FRP筋与混凝土之间的粘结机制不同于钢筋与混凝土。为全面了解FRP筋与混凝土之间的粘结性能，收集数据建立由342个拉拔试验试件组成的数据库，分析粘结性能与各因素之间的关系，对没有达成一致结论的观点进行补充和讨论，分析高温、冻融循环、电解质溶液对FRP筋与混凝土粘结性能的影响；校核常用的粘结-滑移本构模型的计算精度，基于建立的试验数据库，提出新的精度更高的粘结-滑移本构上升段表达式。
2023, 45(2):123-130.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.131
摘要:
为研究不同连接形式的装配式混凝土梁柱节点受力性能，对1个现浇混凝土节点和2个装配式混凝土梁柱节点试件进行循环往复加载试验，分析节点的破坏特征、梁端弯矩—转角、节点核心区剪力—梁端转角、刚度退化、钢板的应变等。结果表明：方钢管连接的装配式混凝土节点呈梁端弯曲破坏，设置端板和水平连接板的装配式节点和现浇节点呈节点核心区剪切破坏。装配式节点的梁端弯矩和节点剪力显著提高，梁端转角显著增加，节点核心区剪切变形减小，刚度退化变缓，受力性能得到明显改善。在节点核心区设置方钢管和十字隔板作为钢骨架的节点受力性能最佳，远优于现浇节点。在节点核心区加入钢连接件，预制梁端设置预埋工字钢，现场采用焊接或者栓接装配，后浇连接区混凝土，这种连接形式能够有效传力，提升装配式节点的受力性能。
为研究不同连接形式的装配式混凝土梁柱节点受力性能，对1个现浇混凝土节点和2个装配式混凝土梁柱节点试件进行循环往复加载试验，分析节点的破坏特征、梁端弯矩—转角、节点核心区剪力—梁端转角、刚度退化、钢板的应变等。结果表明：方钢管连接的装配式混凝土节点呈梁端弯曲破坏，设置端板和水平连接板的装配式节点和现浇节点呈节点核心区剪切破坏。装配式节点的梁端弯矩和节点剪力显著提高，梁端转角显著增加，节点核心区剪切变形减小，刚度退化变缓，受力性能得到明显改善。在节点核心区设置方钢管和十字隔板作为钢骨架的节点受力性能最佳，远优于现浇节点。在节点核心区加入钢连接件，预制梁端设置预埋工字钢，现场采用焊接或者栓接装配，后浇连接区混凝土，这种连接形式能够有效传力，提升装配式节点的受力性能。
2023, 45(2):131-140.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.129
摘要:
为研究装配式混凝土U型钢筋环扣连接的搭接长度，制作了1个现浇梁柱节点试件和3个不同搭接长度的U型钢筋环扣连接节点对比试件，进行低周反复拟静力试验，观察各试件的破坏模式，研究其滞回性能、承载力、变形能力及钢筋的应力发展过程，分析装配式混凝土U型钢筋环扣连接的合理搭接长度。结果表明：装配式节点试件承载力高于现浇节点试件；不同搭接长度试件的延性及耗能能力有所不同，搭接长度的增长有利于试件承载力、延性和耗能能力等抗震性能的提升；基于试验结果，拟合回归了U型钢筋环扣连接的合理搭接长度，对装配式混凝土U型钢筋环扣连接节点的优化设计提出了建议。
为研究装配式混凝土U型钢筋环扣连接的搭接长度，制作了1个现浇梁柱节点试件和3个不同搭接长度的U型钢筋环扣连接节点对比试件，进行低周反复拟静力试验，观察各试件的破坏模式，研究其滞回性能、承载力、变形能力及钢筋的应力发展过程，分析装配式混凝土U型钢筋环扣连接的合理搭接长度。结果表明：装配式节点试件承载力高于现浇节点试件；不同搭接长度试件的延性及耗能能力有所不同，搭接长度的增长有利于试件承载力、延性和耗能能力等抗震性能的提升；基于试验结果，拟合回归了U型钢筋环扣连接的合理搭接长度，对装配式混凝土U型钢筋环扣连接节点的优化设计提出了建议。
2023, 45(2):141-149.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.090
摘要:
针对外包钢板钢—混组合结构加固方法中结合面传力机理及植筋、剪力钉数量对结构承载能力的影响问题，开展植筋、剪力钉布置不同的6组钢板—混凝土组合加固梁弯曲试验，比较植筋、剪力钉布置间距对构件的力学行为和承载能力的影响；根据试验数据以构件的破坏形态分析钢—混结合面的工作和破坏机理。结果表明：采用外包钢板加固法加固时，相对于原结构，加固的外包刚板刚度较大，对结合面的强度要求较高，通过灌浆料连接植筋、剪力钉的方式很难满足钢—混结构变形一致的要求，在一定范围内增、减剪力钉数量对加固结构的刚度和极限承载力基本没有影响，但可以防止钢板发生早期局部失稳，充分发挥外包钢板的刚度和承载能力。
针对外包钢板钢—混组合结构加固方法中结合面传力机理及植筋、剪力钉数量对结构承载能力的影响问题，开展植筋、剪力钉布置不同的6组钢板—混凝土组合加固梁弯曲试验，比较植筋、剪力钉布置间距对构件的力学行为和承载能力的影响；根据试验数据以构件的破坏形态分析钢—混结合面的工作和破坏机理。结果表明：采用外包钢板加固法加固时，相对于原结构，加固的外包刚板刚度较大，对结合面的强度要求较高，通过灌浆料连接植筋、剪力钉的方式很难满足钢—混结构变形一致的要求，在一定范围内增、减剪力钉数量对加固结构的刚度和极限承载力基本没有影响，但可以防止钢板发生早期局部失稳，充分发挥外包钢板的刚度和承载能力。
2023, 45(2):150-157.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.128
摘要:
为探讨玄武岩纤维混凝土(BFRC)的断裂性能，采用《水工混凝土断裂试验规程》的三点弯曲梁法，制作缝高比为0.4的不同纤维长度及掺量的混凝土试件，利用MTS试验机对试件进行加载试验，得到玄武岩纤维混凝土三点弯曲梁的试验结果，并对P-CMOD曲线、起裂韧度、失稳韧度及断裂能等断裂参数进行分析，结果表明：掺入玄武岩纤维后，试件的断裂性能得到了提升，纤维掺量越多，纤维长度越长，P-CMOD曲线的下降段越饱满；纤维长度为18 mm、掺量为1.5%的试件起裂韧度及失稳断裂韧度的提升最为明显；纤维长度为12 mm、掺量为1.5%的试件断裂能最大。
为探讨玄武岩纤维混凝土(BFRC)的断裂性能，采用《水工混凝土断裂试验规程》的三点弯曲梁法，制作缝高比为0.4的不同纤维长度及掺量的混凝土试件，利用MTS试验机对试件进行加载试验，得到玄武岩纤维混凝土三点弯曲梁的试验结果，并对P-CMOD曲线、起裂韧度、失稳韧度及断裂能等断裂参数进行分析，结果表明：掺入玄武岩纤维后，试件的断裂性能得到了提升，纤维掺量越多，纤维长度越长，P-CMOD曲线的下降段越饱满；纤维长度为18 mm、掺量为1.5%的试件起裂韧度及失稳断裂韧度的提升最为明显；纤维长度为12 mm、掺量为1.5%的试件断裂能最大。
2023, 45(2):158-165.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.164
摘要:
竹集成材是一种融入了现代加工技术且强质比高、环保美观的工程复合材料。为研究剪跨比对侧压竹集成材梁受剪承载力的影响，设计了剪跨比分别为0.75、1.0、1.5、2.0和2.5的5组（每组3根）竹集成材梁进行四点弯曲试验，研究侧压竹集成材梁在荷载作用下的变形特征、破坏形式及剪跨比的影响规律，探究竹集成材梁抗剪性能的影响因素及其承载能力的计算方法。结果表明，竹集成材梁具有较高的承载力和刚度；其受剪承载力与剪跨比有关；当剪跨比小于1.5时，发生层间剪切破坏，而大于等于1.5时，发生弯曲破坏。提出了竹集成材梁的受弯承载力、受剪承载力和弹性变形计算公式，计算结果与实测值吻合较好。
竹集成材是一种融入了现代加工技术且强质比高、环保美观的工程复合材料。为研究剪跨比对侧压竹集成材梁受剪承载力的影响，设计了剪跨比分别为0.75、1.0、1.5、2.0和2.5的5组（每组3根）竹集成材梁进行四点弯曲试验，研究侧压竹集成材梁在荷载作用下的变形特征、破坏形式及剪跨比的影响规律，探究竹集成材梁抗剪性能的影响因素及其承载能力的计算方法。结果表明，竹集成材梁具有较高的承载力和刚度；其受剪承载力与剪跨比有关；当剪跨比小于1.5时，发生层间剪切破坏，而大于等于1.5时，发生弯曲破坏。提出了竹集成材梁的受弯承载力、受剪承载力和弹性变形计算公式，计算结果与实测值吻合较好。
2023, 45(2):166-178.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.114
摘要:
光热发电技术是太阳能利用的重要手段之一，其中，塔式光热发电技术因其大规模储能等优势，具有较好的应用前景。定日镜作为塔式光热电站的重要单元，其抗风安全性直接影响电站的正常运行。从结构体系、风荷载、风致响应与振动控制等方面对定日镜结构抗风设计中的关键问题进行文献综述，得到以下结论：定日镜主要采用“大尺寸反射镜+框式镜架+独立柱式基座”的结构形式；风荷载模拟中存在定日镜的尾迹区湍流分析困难、镜体峰值荷载难以预测及缺乏实测值验证等问题；风致响应受来流风湍流强度、定日镜工作角度及镜场布置等因素影响较大；风致振动控制可通过挡风墙物理隔离、调整定日镜结构形式以及采用减振器控制等技术手段实现。然而，镜群风干扰效应、来流风—定日镜结构流固耦合及微振控制技术等研究有待进一步开展，以期为提高定日镜结构的抗风安全性提供技术依据。
光热发电技术是太阳能利用的重要手段之一，其中，塔式光热发电技术因其大规模储能等优势，具有较好的应用前景。定日镜作为塔式光热电站的重要单元，其抗风安全性直接影响电站的正常运行。从结构体系、风荷载、风致响应与振动控制等方面对定日镜结构抗风设计中的关键问题进行文献综述，得到以下结论：定日镜主要采用“大尺寸反射镜+框式镜架+独立柱式基座”的结构形式；风荷载模拟中存在定日镜的尾迹区湍流分析困难、镜体峰值荷载难以预测及缺乏实测值验证等问题；风致响应受来流风湍流强度、定日镜工作角度及镜场布置等因素影响较大；风致振动控制可通过挡风墙物理隔离、调整定日镜结构形式以及采用减振器控制等技术手段实现。然而，镜群风干扰效应、来流风—定日镜结构流固耦合及微振控制技术等研究有待进一步开展，以期为提高定日镜结构的抗风安全性提供技术依据。
2023, 45(2):179-186.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2022.027
摘要:
钢筋锈蚀是导致海洋混凝土结构失效破坏的最主要原因，探明钢筋锈胀应力发展及其诱导混凝土开裂的过程对于钢筋混凝土服役寿命预测有重要意义。采用内掺盐与恒电位加速砂浆内钢筋锈蚀，通过砂浆外不锈钢圆环环贴应变片实现钢筋锈蚀过程的应变监测，并计算锈胀应力，利用COMSOL软件分析混凝土中钢筋锈胀应力发展及混凝土锈胀开裂历程。结果表明：利用有限元与钢筋锈胀时变径向位移加载，实现钢筋混凝土锈胀开裂过程的模拟，模拟结果与试验结果基本一致；不考虑砂浆、钢筋的非均匀性及锈蚀产物对开裂砂浆的充填效应，模拟结果不能真实反映锈胀应力的波动性及锈胀应力释放与缓慢增加的过程；提高砂浆强度、减小钢筋直径可以有效延缓钢筋锈胀导致混凝土开裂的时间。
钢筋锈蚀是导致海洋混凝土结构失效破坏的最主要原因，探明钢筋锈胀应力发展及其诱导混凝土开裂的过程对于钢筋混凝土服役寿命预测有重要意义。采用内掺盐与恒电位加速砂浆内钢筋锈蚀，通过砂浆外不锈钢圆环环贴应变片实现钢筋锈蚀过程的应变监测，并计算锈胀应力，利用COMSOL软件分析混凝土中钢筋锈胀应力发展及混凝土锈胀开裂历程。结果表明：利用有限元与钢筋锈胀时变径向位移加载，实现钢筋混凝土锈胀开裂过程的模拟，模拟结果与试验结果基本一致；不考虑砂浆、钢筋的非均匀性及锈蚀产物对开裂砂浆的充填效应，模拟结果不能真实反映锈胀应力的波动性及锈胀应力释放与缓慢增加的过程；提高砂浆强度、减小钢筋直径可以有效延缓钢筋锈胀导致混凝土开裂的时间。
2023, 45(2):187-193.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.043
摘要:
基于硝酸加速溶蚀试验方法，分别对100%取代率下不同品质（I类、Ⅱ类和Ⅲ类）再生粗骨料混凝土和天然粗骨料混凝土的抗溶蚀耐久性进行对比研究，并从宏观力学性能退化及内部微观结构损伤方面进一步揭示混凝土抗溶蚀性能经时劣化规律和损伤机理。研究结果表明：高品质再生骨料制备的混凝土抗压强度较高，与骨料物理性能具有良好的对应关系。在溶蚀环境下，再生粗骨料混凝土的抗压强度损失率、质量损失率、溶蚀深度随溶蚀龄期的增长而逐渐增大，但随着粗骨料品质的降低，却并不一定严格增大，会出现阶段性差异。由SEM图像可知，溶蚀前后，低品质骨料混凝土界面过渡区差异明显。由溶蚀深度与溶蚀时间的拟合公式可知，3类品质骨料制备的混凝土均满足软水环境中的水工结构使用要求，低品质（Ⅲ类）再生粗骨料混凝土可用于一代服役50 a的水利工程结构。
基于硝酸加速溶蚀试验方法，分别对100%取代率下不同品质（I类、Ⅱ类和Ⅲ类）再生粗骨料混凝土和天然粗骨料混凝土的抗溶蚀耐久性进行对比研究，并从宏观力学性能退化及内部微观结构损伤方面进一步揭示混凝土抗溶蚀性能经时劣化规律和损伤机理。研究结果表明：高品质再生骨料制备的混凝土抗压强度较高，与骨料物理性能具有良好的对应关系。在溶蚀环境下，再生粗骨料混凝土的抗压强度损失率、质量损失率、溶蚀深度随溶蚀龄期的增长而逐渐增大，但随着粗骨料品质的降低，却并不一定严格增大，会出现阶段性差异。由SEM图像可知，溶蚀前后，低品质骨料混凝土界面过渡区差异明显。由溶蚀深度与溶蚀时间的拟合公式可知，3类品质骨料制备的混凝土均满足软水环境中的水工结构使用要求，低品质（Ⅲ类）再生粗骨料混凝土可用于一代服役50 a的水利工程结构。
2023, 45(2):194-202.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.133
摘要:
基于响应曲面法设计试验，研究不同环境温度（0、-20 ℃）下水胶比（W/C）、集胶比（G/C）、氧化镁与磷酸盐质量比（M/P）对磷酸镁水泥（MPC）混凝土抗压强度和抗折强度的影响。使用Design-Expert软件对数据进行分析处理，得到的回归模型反映了3个因素对低温环境下MPC混凝土力学性能的影响规律。3个因素对低温环境下混凝土强度的影响程度为：W/C>M/P>G/C，MPC混凝土抗压强度和抗折强度随W/C的增大而降低。-20 ℃环境下MPC混凝土抗压强度和抗折强度随G/C的增大而降低，随M/P的增大而增大；0 ℃环境下抗压强度随G/C的增大而增大，随M/P的增大而降低；抗折强度随G/C的增大而降低，随M/P的增大而降低。-20 ℃环境温度下MPC混凝土7 d抗压强度和抗折强度在W/C为0.14、M/P为5.0、G/C为2.0时达到最大值。0 ℃环境温度下MPC混凝土7 d抗压强度在W/C为0.14、M/P为3.0、G/C为3.0时达到最大值；7 d抗折强度在W/C为0.14、M/P为3.0、G/C为2.0时达到最大值。模型预测强度值与试验实际强度值之间偏差不超过10%，模型显著性良好。
基于响应曲面法设计试验，研究不同环境温度（0、-20 ℃）下水胶比（W/C）、集胶比（G/C）、氧化镁与磷酸盐质量比（M/P）对磷酸镁水泥（MPC）混凝土抗压强度和抗折强度的影响。使用Design-Expert软件对数据进行分析处理，得到的回归模型反映了3个因素对低温环境下MPC混凝土力学性能的影响规律。3个因素对低温环境下混凝土强度的影响程度为：W/C>M/P>G/C，MPC混凝土抗压强度和抗折强度随W/C的增大而降低。-20 ℃环境下MPC混凝土抗压强度和抗折强度随G/C的增大而降低，随M/P的增大而增大；0 ℃环境下抗压强度随G/C的增大而增大，随M/P的增大而降低；抗折强度随G/C的增大而降低，随M/P的增大而降低。-20 ℃环境温度下MPC混凝土7 d抗压强度和抗折强度在W/C为0.14、M/P为5.0、G/C为2.0时达到最大值。0 ℃环境温度下MPC混凝土7 d抗压强度在W/C为0.14、M/P为3.0、G/C为3.0时达到最大值；7 d抗折强度在W/C为0.14、M/P为3.0、G/C为2.0时达到最大值。模型预测强度值与试验实际强度值之间偏差不超过10%，模型显著性良好。
2023, 45(2):203-218.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.037
摘要:
现有研究表明，良好的室内热环境不仅有助于学习效率的提升，还有利于建筑节能。因此，为学校建筑提供舒适的室内热环境具有重要意义。但是，目前对学校建筑热舒适的研究主要集中在经济发达地区，对经济欠发达地区的研究相对匮乏。为了填补经济欠发达地区高校建筑室内热环境和人体热舒适研究的空白，对中国夏热冬冷气候区经济欠发达地区（遵义）的自然通风高校建筑进行实地调查，并对非物理因素（如经济水平、过去的热经历、热期望等）对人体热舒适的影响进行探讨。结果表明：该地区自然通风高校建筑冬季室内热湿环境较恶劣，38.3%的受试者感到“凉”或“冷”。实测热中性温度为17.36 ℃，80%可接受温度区间为14.97～20.69 ℃，均比PMV-PPD预测模式下相应数值偏低。Griffiths模型预测的平均舒适温度为16.88 ℃。在非物理因素的作用下，该地区热中性温度和80%可接受温度区间均较夏热冬冷区发达地区低。所以，遵义地区自然通风高校建筑在改善冬季室内热环境时可考虑能耗低的被动式措施。
现有研究表明，良好的室内热环境不仅有助于学习效率的提升，还有利于建筑节能。因此，为学校建筑提供舒适的室内热环境具有重要意义。但是，目前对学校建筑热舒适的研究主要集中在经济发达地区，对经济欠发达地区的研究相对匮乏。为了填补经济欠发达地区高校建筑室内热环境和人体热舒适研究的空白，对中国夏热冬冷气候区经济欠发达地区（遵义）的自然通风高校建筑进行实地调查，并对非物理因素（如经济水平、过去的热经历、热期望等）对人体热舒适的影响进行探讨。结果表明：该地区自然通风高校建筑冬季室内热湿环境较恶劣，38.3%的受试者感到“凉”或“冷”。实测热中性温度为17.36 ℃，80%可接受温度区间为14.97～20.69 ℃，均比PMV-PPD预测模式下相应数值偏低。Griffiths模型预测的平均舒适温度为16.88 ℃。在非物理因素的作用下，该地区热中性温度和80%可接受温度区间均较夏热冬冷区发达地区低。所以，遵义地区自然通风高校建筑在改善冬季室内热环境时可考虑能耗低的被动式措施。
2023, 45(2):219-228.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2022.020
摘要:
空气中的细菌，尤其是病原菌和益生菌，对人体呼吸系统、皮肤系统等均造成有利/不利影响，其分布特征随温度和相对湿度变化。设置房间空调器间歇运行和连续运行两类供冷模式，探究不同供冷模式下可培养总细菌、病原菌（金黄色葡萄球菌）、益生菌（乳酸杆菌）的时空分布差异和环境因素的关联。结果表明：时间尺度上，总细菌平均浓度在间歇运行下（（1 195±511）CFU/m3）是连续供冷模式下（（483±199）CFU/m3）的2.5倍；金黄色葡萄球菌平均浓度在间歇供冷模式下（（544±299）CFU/m3）是连续供冷模式下（（136±7）CFU/m3）的4倍；益生菌在连续和间歇供冷模式下差异较小，分别为（77±40）CFU/m3和（73±24）CFU/m3。总细菌和金黄色葡萄球菌浓度在间歇供冷模式下浓度波动较大；连续供冷模式下波动较小。空间尺度上，总细菌与金黄色葡萄球菌浓度随着距空调横向和垂向距离的增大而增大；随着距空调纵向距离的增大而减小。间歇供冷模式下，儿童呼吸区（z=0.5 m）细菌暴露风险高于成人呼吸区（z=1.5 m）。总细菌和金黄色葡萄球菌浓度均与温度呈显著正相关（p<0.001），而与相对湿度关联较小。相比于连续供冷,间歇供冷模式下室内总细菌及病原菌浓度均较高，夏季时适当延长空调开启时间，可显著降低室内可培养细菌浓度，减少细菌感染风险。
空气中的细菌，尤其是病原菌和益生菌，对人体呼吸系统、皮肤系统等均造成有利/不利影响，其分布特征随温度和相对湿度变化。设置房间空调器间歇运行和连续运行两类供冷模式，探究不同供冷模式下可培养总细菌、病原菌（金黄色葡萄球菌）、益生菌（乳酸杆菌）的时空分布差异和环境因素的关联。结果表明：时间尺度上，总细菌平均浓度在间歇运行下（（1 195±511）CFU/m3）是连续供冷模式下（（483±199）CFU/m3）的2.5倍；金黄色葡萄球菌平均浓度在间歇供冷模式下（（544±299）CFU/m3）是连续供冷模式下（（136±7）CFU/m3）的4倍；益生菌在连续和间歇供冷模式下差异较小，分别为（77±40）CFU/m3和（73±24）CFU/m3。总细菌和金黄色葡萄球菌浓度在间歇供冷模式下浓度波动较大；连续供冷模式下波动较小。空间尺度上，总细菌与金黄色葡萄球菌浓度随着距空调横向和垂向距离的增大而增大；随着距空调纵向距离的增大而减小。间歇供冷模式下，儿童呼吸区（z=0.5 m）细菌暴露风险高于成人呼吸区（z=1.5 m）。总细菌和金黄色葡萄球菌浓度均与温度呈显著正相关（p<0.001），而与相对湿度关联较小。相比于连续供冷,间歇供冷模式下室内总细菌及病原菌浓度均较高，夏季时适当延长空调开启时间，可显著降低室内可培养细菌浓度，减少细菌感染风险。
2023, 45(2):229-238.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.075
摘要:
近年来，常压等离子体技术在水处理领域得到快速发展，具有较好的应用前景，但工业化应用还需降低运行能耗、提高处理效率。以结构复杂、性质稳定的亚甲基蓝模拟染料废水作为实验研究对象，采用易于工业化推广的常压条件下空气介质阻挡放电水处理反应器。研究放电电压、空气体积流量、初始浓度、初始pH值、初始电导率对亚甲基蓝废水处理效果的影响，定量分析·OH在介质阻挡放电反应器处理亚甲基蓝废水过程中的贡献。采用Box-Behnken响应面法，得到系统的最佳运行参数：初始pH值为4、放电电压为13 kV、初始浓度为100 mg/L。结果表明：该装置可以有效处理亚甲基蓝废水，且在最优条件下放电15 min，亚甲基蓝（MB）降解率为95.39%，能量效率为14.87 g/ kWh，反应速率为常数0.202 6 min-1，溶液COD值降低了62.63%，色度变化也较为明显，说明该装置可以工业化应用于有机染料废水的处理。
近年来，常压等离子体技术在水处理领域得到快速发展，具有较好的应用前景，但工业化应用还需降低运行能耗、提高处理效率。以结构复杂、性质稳定的亚甲基蓝模拟染料废水作为实验研究对象，采用易于工业化推广的常压条件下空气介质阻挡放电水处理反应器。研究放电电压、空气体积流量、初始浓度、初始pH值、初始电导率对亚甲基蓝废水处理效果的影响，定量分析·OH在介质阻挡放电反应器处理亚甲基蓝废水过程中的贡献。采用Box-Behnken响应面法，得到系统的最佳运行参数：初始pH值为4、放电电压为13 kV、初始浓度为100 mg/L。结果表明：该装置可以有效处理亚甲基蓝废水，且在最优条件下放电15 min，亚甲基蓝（MB）降解率为95.39%，能量效率为14.87 g/ kWh，反应速率为常数0.202 6 min-1，溶液COD值降低了62.63%，色度变化也较为明显，说明该装置可以工业化应用于有机染料废水的处理。
