2023年第45卷第4期文章目次
2023, 45(4):1-9.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2022.067
摘要:
加筋土桥台柔性复合结构（简称GRS-IBS）作为加筋土的一种改进技术，可有效控制路—桥过渡段差异沉降，以减少“桥头跳车”现象的发生。但目前GRS-IBS结构多参照加筋土挡墙进行设计，由于二者承载特性存在差异，其设计方法有待完善。以山西省太行一号风景道K43+175处桥梁工程为例，借鉴相关规范和标准进行GRS-IBS结构设计，并采用FLAC3D建立有限差分数值模型进行数值分析，分别对桥台变形、筋材和墙面板受力进行验算，以确保工程结构安全。结果表明：GRS-IBS结构设计除需进行结构内部和外部稳定性验算外，还需采用FHWA推荐的计算方法对结构承载力和筋材拉力进行验算；采用现浇混凝土墙面板的GRS-IBS结构能满足相关规范对路桥过渡段不均匀沉降控制的技术要求，但为保证工程结构安全，需对墙面板顶部进行局部加强设计；GRS-IBS结构墙面板最大拉应力位于桥台中部偏下位置，建议在现浇混凝土墙面板受拉侧配置一定数量的钢筋，以避免混凝土产生开裂破坏。
加筋土桥台柔性复合结构（简称GRS-IBS）作为加筋土的一种改进技术，可有效控制路—桥过渡段差异沉降，以减少“桥头跳车”现象的发生。但目前GRS-IBS结构多参照加筋土挡墙进行设计，由于二者承载特性存在差异，其设计方法有待完善。以山西省太行一号风景道K43+175处桥梁工程为例，借鉴相关规范和标准进行GRS-IBS结构设计，并采用FLAC3D建立有限差分数值模型进行数值分析，分别对桥台变形、筋材和墙面板受力进行验算，以确保工程结构安全。结果表明：GRS-IBS结构设计除需进行结构内部和外部稳定性验算外，还需采用FHWA推荐的计算方法对结构承载力和筋材拉力进行验算；采用现浇混凝土墙面板的GRS-IBS结构能满足相关规范对路桥过渡段不均匀沉降控制的技术要求，但为保证工程结构安全，需对墙面板顶部进行局部加强设计；GRS-IBS结构墙面板最大拉应力位于桥台中部偏下位置，建议在现浇混凝土墙面板受拉侧配置一定数量的钢筋，以避免混凝土产生开裂破坏。
2023, 45(4):10-18.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2022.074
摘要:
针对有砟轨道路基不均匀沉降现象，开展有砟轨道结构整体变形分析。基于离散元—多柔性体动力学耦合方法(DEM-MFBD)，建立了一种简化的2.5维有砟轨道耦合模型，并将其用于有砟轨道细观力学特性研究。基于此耦合模型特性，提出荷载及刚度折减方法，对不同路基沉降波长、幅值下有砟轨道结构整体受力变形进行计算分析，在此基础上研究路基不均匀沉降对轨枕空吊的影响规律。结果表明：路基沉降幅值和波长的增加均导致轨道不平顺明显增大，并促使道床应力集中位置外扩；钢轨沉降面积与路基沉降面积的比值(S1/S0)可以反映轨枕空吊情况；路基沉降幅值为10~15 mm时出现轨枕空吊，建议沉降限值不超过10 mm，以便工务部门控制轨枕空吊和轨道不平顺等病害。
针对有砟轨道路基不均匀沉降现象，开展有砟轨道结构整体变形分析。基于离散元—多柔性体动力学耦合方法(DEM-MFBD)，建立了一种简化的2.5维有砟轨道耦合模型，并将其用于有砟轨道细观力学特性研究。基于此耦合模型特性，提出荷载及刚度折减方法，对不同路基沉降波长、幅值下有砟轨道结构整体受力变形进行计算分析，在此基础上研究路基不均匀沉降对轨枕空吊的影响规律。结果表明：路基沉降幅值和波长的增加均导致轨道不平顺明显增大，并促使道床应力集中位置外扩；钢轨沉降面积与路基沉降面积的比值(S1/S0)可以反映轨枕空吊情况；路基沉降幅值为10~15 mm时出现轨枕空吊，建议沉降限值不超过10 mm，以便工务部门控制轨枕空吊和轨道不平顺等病害。
2023, 45(4):19-28.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2022.081
摘要:
基于仿生学原理并结合哺乳动物下颌磨牙承载力高的特点，提出一种模仿哺乳动物下颌磨牙的仿生牙根桩，仿生牙根桩的承载性能和沉桩时的挤土效应不同于传统底部截面为圆形的锥形或平底桩。结合数值方法和模型试验研究其承载特性及沉桩过程中的桩—土作用，采用DEM离散元方法进行数值模拟研究，发现仿生牙根桩能大幅提高桩底承载力，但易引起土体应力集中。基于数值模拟结果进行模型试验，采用基于透明土模型试验的粒子图像测速技术（PIV），利用沉桩加载仪和CCD高速工业相机连续拍摄沉桩加载过程中桩周土体在线性激光器下产生的散斑场，得到整个土体的位移场。结果表明：仿生牙根桩对竖向荷载的承载能力超过普通锥形桩1倍左右，引发的桩身拖曳效应与桩底部竖向土体位移更加显著，且在桩中心内凹不太大时，其引发的土体横向位移较小。
基于仿生学原理并结合哺乳动物下颌磨牙承载力高的特点，提出一种模仿哺乳动物下颌磨牙的仿生牙根桩，仿生牙根桩的承载性能和沉桩时的挤土效应不同于传统底部截面为圆形的锥形或平底桩。结合数值方法和模型试验研究其承载特性及沉桩过程中的桩—土作用，采用DEM离散元方法进行数值模拟研究，发现仿生牙根桩能大幅提高桩底承载力，但易引起土体应力集中。基于数值模拟结果进行模型试验，采用基于透明土模型试验的粒子图像测速技术（PIV），利用沉桩加载仪和CCD高速工业相机连续拍摄沉桩加载过程中桩周土体在线性激光器下产生的散斑场，得到整个土体的位移场。结果表明：仿生牙根桩对竖向荷载的承载能力超过普通锥形桩1倍左右，引发的桩身拖曳效应与桩底部竖向土体位移更加显著，且在桩中心内凹不太大时，其引发的土体横向位移较小。
2023, 45(4):29-40.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.191
摘要:
作为传统边坡防护混凝土的替代品，在实际工程中，大孔隙护坡生态混凝土可有效保护服役地区的边坡生态环境，具有较好的生态和社会效益。通过植生性能、耐久性试验及微观机理分析，研究大孔隙护坡生态混凝土内部碱环境的关键调控方法。结果表明：复合降碱方法可以实现较好的降碱效果；降碱处理后的大孔隙护坡生态混凝土与黑麦草和高羊茅具有很好的匹配性，满足植被的生长需求；植物生长前后，生态混凝土的抗压强度及孔隙率未产生显著变化。生态混凝土碱环境调控方法与草种协同技术的提出有利于大孔隙护坡生态混凝土的性能提升，进一步推动“绿色可持续型”生态混凝土材料在护坡工程中的实际应用。
作为传统边坡防护混凝土的替代品，在实际工程中，大孔隙护坡生态混凝土可有效保护服役地区的边坡生态环境，具有较好的生态和社会效益。通过植生性能、耐久性试验及微观机理分析，研究大孔隙护坡生态混凝土内部碱环境的关键调控方法。结果表明：复合降碱方法可以实现较好的降碱效果；降碱处理后的大孔隙护坡生态混凝土与黑麦草和高羊茅具有很好的匹配性，满足植被的生长需求；植物生长前后，生态混凝土的抗压强度及孔隙率未产生显著变化。生态混凝土碱环境调控方法与草种协同技术的提出有利于大孔隙护坡生态混凝土的性能提升，进一步推动“绿色可持续型”生态混凝土材料在护坡工程中的实际应用。
2023, 45(4):41-48.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.192
摘要:
土体强度各向异性和渗流作用是影响边坡稳定性的重要因素。为使稳定性计算时边坡土体强度的各向异性更切合实际，提出对成层边坡土体进行分级加载和分区考虑强度各向异性的方法：将边坡土体最大主应力方向角与成层土相交区域设置为初始分区，然后结合有限元计算结果，推导各成层土各向异性强度参数计算公式，并即时计算各分区内土体强度参数；在逐级施加荷载过程中，根据计算所得土体强度参数，进一步调整初始分区，通过初分、细分和精分3级控制，确定耦合计算分区和各分区土体强度参数。在此基础上，建立考虑土体分区各向异性、未分区各向异性和未分区各向同性3种工况的流固耦合模型，分析边坡体应力场、位移场和渗流场的变化规律和特点，并采用强度折减法计算边坡稳定性。结果表明：考虑土体分区各向异性时，坡体平均应力最大值较未分区各向异性时有所减小，但较未分区各向同性时有所增大，其渗流域和流速较其他两种工况均有所减小；考虑土体分区各向异性时，计算所得边坡稳定性系数为1.109，较其他两种工况分别下降了2.8%和21.3%。
土体强度各向异性和渗流作用是影响边坡稳定性的重要因素。为使稳定性计算时边坡土体强度的各向异性更切合实际，提出对成层边坡土体进行分级加载和分区考虑强度各向异性的方法：将边坡土体最大主应力方向角与成层土相交区域设置为初始分区，然后结合有限元计算结果，推导各成层土各向异性强度参数计算公式，并即时计算各分区内土体强度参数；在逐级施加荷载过程中，根据计算所得土体强度参数，进一步调整初始分区，通过初分、细分和精分3级控制，确定耦合计算分区和各分区土体强度参数。在此基础上，建立考虑土体分区各向异性、未分区各向异性和未分区各向同性3种工况的流固耦合模型，分析边坡体应力场、位移场和渗流场的变化规律和特点，并采用强度折减法计算边坡稳定性。结果表明：考虑土体分区各向异性时，坡体平均应力最大值较未分区各向异性时有所减小，但较未分区各向同性时有所增大，其渗流域和流速较其他两种工况均有所减小；考虑土体分区各向异性时，计算所得边坡稳定性系数为1.109，较其他两种工况分别下降了2.8%和21.3%。
2023, 45(4):49-55.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2022.061
摘要:
在深部土层中进行原位试验时，以往针对中低应力水平的数据解译公式不再适用。为探究砂土在高应力条件下的力学特性，利用自行研制的高压标定罐，改变围压水平，进行不同密实度石英砂中的静力触探试验，基于任意拉格朗日—欧拉格式的大变形有限元方法，模拟静力触探仪的完整贯入过程，有效避免了锥尖周围的网格扭曲。大变形模拟中采用修正摩尔—库伦模型描述砂土的内摩擦角和剪胀角随累积塑性剪应变的变化，并通过修正弯曲元试验，确定合理的土体剪切模量。标定罐试验和大变形有限元方法获得的锥尖阻力结果能很好地相互验证；在此基础上，建立高应力条件下静力触探锥尖阻力与砂土相对密实度之间的关系，与已有的低应力水平试验结果进行对比，证明建立的经验公式能通过锥尖阻力很好地预测砂土的相对密实度。
在深部土层中进行原位试验时，以往针对中低应力水平的数据解译公式不再适用。为探究砂土在高应力条件下的力学特性，利用自行研制的高压标定罐，改变围压水平，进行不同密实度石英砂中的静力触探试验，基于任意拉格朗日—欧拉格式的大变形有限元方法，模拟静力触探仪的完整贯入过程，有效避免了锥尖周围的网格扭曲。大变形模拟中采用修正摩尔—库伦模型描述砂土的内摩擦角和剪胀角随累积塑性剪应变的变化，并通过修正弯曲元试验，确定合理的土体剪切模量。标定罐试验和大变形有限元方法获得的锥尖阻力结果能很好地相互验证；在此基础上，建立高应力条件下静力触探锥尖阻力与砂土相对密实度之间的关系，与已有的低应力水平试验结果进行对比，证明建立的经验公式能通过锥尖阻力很好地预测砂土的相对密实度。
2023, 45(4):56-64.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.149
摘要:
岛礁地基通过水力吹填的方式建造而成。吹填地层中常存在大小颗粒共存的间断级配状态，颗粒级配的间断条件对吹填珊瑚砂的力学特性有显著影响。针对吹填珊瑚砂开展不同有效围压、相对密实度和含砾量的三轴排水剪切试验，探究静力荷载作用下间断级配珊瑚砂砾混合料的强度与变形特性，并分析珊瑚砂砾混合料颗粒破碎的演化规律。结果表明：试样的应力—应变关系曲线受到围压和密实度的显著影响，珊瑚砂砾混合料的峰值摩擦角和峰值剪胀角均随有效围压的增大而减小，随密实度的增大而增大；同一有效围压水平下，随着含砾量的增加，密实程度不同的珊瑚砂砾混合料强度表现出不同的增长规律，这可能与珊瑚砂砾混合料中粗细骨料接触状态和组成比例有关。另外，还研究了剪切过程中不同含砾量条件下珊瑚砂砾混合料的塑性功与相对破碎指数的关联性，建立了相对破碎指数Br与塑性功Wp的相关函数。
岛礁地基通过水力吹填的方式建造而成。吹填地层中常存在大小颗粒共存的间断级配状态，颗粒级配的间断条件对吹填珊瑚砂的力学特性有显著影响。针对吹填珊瑚砂开展不同有效围压、相对密实度和含砾量的三轴排水剪切试验，探究静力荷载作用下间断级配珊瑚砂砾混合料的强度与变形特性，并分析珊瑚砂砾混合料颗粒破碎的演化规律。结果表明：试样的应力—应变关系曲线受到围压和密实度的显著影响，珊瑚砂砾混合料的峰值摩擦角和峰值剪胀角均随有效围压的增大而减小，随密实度的增大而增大；同一有效围压水平下，随着含砾量的增加，密实程度不同的珊瑚砂砾混合料强度表现出不同的增长规律，这可能与珊瑚砂砾混合料中粗细骨料接触状态和组成比例有关。另外，还研究了剪切过程中不同含砾量条件下珊瑚砂砾混合料的塑性功与相对破碎指数的关联性，建立了相对破碎指数Br与塑性功Wp的相关函数。
2023, 45(4):65-73.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.112
摘要:
钙质砂的导热性能影响周围土体的传热过程，引起不同环境温度下钙质砂的工程力学性能变化及灾害效应。基于热针法分析5种不同水泥掺量（Ps=5%、7.5%、10%、12.5%、15%）胶结钙质砂的导热系数变化规律，利用SEM、MIP、NMR技术综合揭示该过程中胶结钙质砂微观孔隙结构变化的本质特征，在此基础上阐释热特性演化的微观机理。试验结果表明：胶结钙质砂的导热系数λ随水泥掺量Ps的增大而递增，Ps小于10%时，λ呈线性递增，Ps大于10%时，λ增长缓慢；随着水泥掺量Ps的增大，胶结钙质砂中孔隙数量越来越少，孔隙占比下降明显，但Ps增大到10%后，总孔隙面积、孔隙数量、孔隙率等微孔隙结构参数变化减缓；不同水泥掺量胶结钙质砂的导热系数λ与其微观孔隙结构变化呈负相关关系，本质原因在于凝胶状的水泥水化产物连续填充了胶结钙质砂孔隙，降低了其孔隙率，改善了砂样内部传热，宏观表现为其导热系数λ随水泥掺量Ps的增大而增大。
钙质砂的导热性能影响周围土体的传热过程，引起不同环境温度下钙质砂的工程力学性能变化及灾害效应。基于热针法分析5种不同水泥掺量（Ps=5%、7.5%、10%、12.5%、15%）胶结钙质砂的导热系数变化规律，利用SEM、MIP、NMR技术综合揭示该过程中胶结钙质砂微观孔隙结构变化的本质特征，在此基础上阐释热特性演化的微观机理。试验结果表明：胶结钙质砂的导热系数λ随水泥掺量Ps的增大而递增，Ps小于10%时，λ呈线性递增，Ps大于10%时，λ增长缓慢；随着水泥掺量Ps的增大，胶结钙质砂中孔隙数量越来越少，孔隙占比下降明显，但Ps增大到10%后，总孔隙面积、孔隙数量、孔隙率等微孔隙结构参数变化减缓；不同水泥掺量胶结钙质砂的导热系数λ与其微观孔隙结构变化呈负相关关系，本质原因在于凝胶状的水泥水化产物连续填充了胶结钙质砂孔隙，降低了其孔隙率，改善了砂样内部传热，宏观表现为其导热系数λ随水泥掺量Ps的增大而增大。
2023, 45(4):74-82.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.174
摘要:
在高地应力软岩区修建隧道时，由于软岩自身强度低、膨胀性强，又受高地应力挤压，若施工措施不当易发生软岩大变形，给工程建设带来巨大困难。根据围岩松动圈理论，采用统一强度准则，考虑中间主应力的影响，分析围岩应力状态，得到适用于软岩大变形隧道围岩松动圈半径计算公式。对安岚高速谢家坡隧道围岩进行弹塑性分析发现，软岩大变形隧道围岩松动圈沿横断面分布并不均匀，呈边墙大拱顶小的趋势，且随大变形级别的升高和支护反力的减小而增大。结合现场测试得到Ⅱ级大变形松动圈厚度拱顶处为6.5~7.0 m，边墙处为7.0~7.5 m；Ⅲ级大变形松动圈厚度拱顶处为7.5~8.0 m，边墙处为8.0~8.5 m，并以松动圈厚度为依据优化系统锚杆长度。对优化段监测可见，围岩变形显著减小，稳定性有效提高。
在高地应力软岩区修建隧道时，由于软岩自身强度低、膨胀性强，又受高地应力挤压，若施工措施不当易发生软岩大变形，给工程建设带来巨大困难。根据围岩松动圈理论，采用统一强度准则，考虑中间主应力的影响，分析围岩应力状态，得到适用于软岩大变形隧道围岩松动圈半径计算公式。对安岚高速谢家坡隧道围岩进行弹塑性分析发现，软岩大变形隧道围岩松动圈沿横断面分布并不均匀，呈边墙大拱顶小的趋势，且随大变形级别的升高和支护反力的减小而增大。结合现场测试得到Ⅱ级大变形松动圈厚度拱顶处为6.5~7.0 m，边墙处为7.0~7.5 m；Ⅲ级大变形松动圈厚度拱顶处为7.5~8.0 m，边墙处为8.0~8.5 m，并以松动圈厚度为依据优化系统锚杆长度。对优化段监测可见，围岩变形显著减小，稳定性有效提高。
2023, 45(4):83-93.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.148
摘要:
随着全球气候变暖的加剧，极端气候现象发生的频率和强度均可能加大，这对海岸和近海结构的安全不利。基于中国东海的连云港海洋观测站实测风浪数据和Vine Copula理论，建立风浪要素中风速、波高、波浪周期、风向和波向五维随机变量之间的联合概率分布模型。采用极大似然法确定各风浪要素边缘分布模型参数，通过AIC信息准则和均方根误差RMSE进行拟合优度评价，由此建立风浪要素的边缘分布。采用带有基于残差的高斯似然函数的贝叶斯框架估计二维Copula函数的参数，结合AIC信息准则进行拟合优度评价并确定最优Copula函数。绘制最优联合分布概率密度图，与二维频率直方图进行对比以评价模型效果。采用Vine Copula函数建立多维联合概率模型并结合AIC值评价其拟合优度。研究结果表明：建立的Vine Copula模型可以较好地刻画风速、波高、波浪周期、风向和波向五维随机变量之间的联合概率分布。
随着全球气候变暖的加剧，极端气候现象发生的频率和强度均可能加大，这对海岸和近海结构的安全不利。基于中国东海的连云港海洋观测站实测风浪数据和Vine Copula理论，建立风浪要素中风速、波高、波浪周期、风向和波向五维随机变量之间的联合概率分布模型。采用极大似然法确定各风浪要素边缘分布模型参数，通过AIC信息准则和均方根误差RMSE进行拟合优度评价，由此建立风浪要素的边缘分布。采用带有基于残差的高斯似然函数的贝叶斯框架估计二维Copula函数的参数，结合AIC信息准则进行拟合优度评价并确定最优Copula函数。绘制最优联合分布概率密度图，与二维频率直方图进行对比以评价模型效果。采用Vine Copula函数建立多维联合概率模型并结合AIC值评价其拟合优度。研究结果表明：建立的Vine Copula模型可以较好地刻画风速、波高、波浪周期、风向和波向五维随机变量之间的联合概率分布。
2023, 45(4):94-102.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2022.059
摘要:
对于运行时间较长或有扩容改建要求的服役输电铁塔，部分构件承载力不足将导致其无法满足更高的设计要求，有必要通过角钢构件加固来提升其承载性能。以输电铁塔中典型角钢为研究对象，提出输电铁塔无损加固方法，该方法采用螺栓与夹具使原构件与加固构件形成组合加固构件，组合构件对原构件不造成损伤，且结构简单、应用性强；建立细化的组合构件数值模型，研究原构件长细比、夹具间距（数量）、钢材特性对组合构件加固效果的影响，提出组合构件受压承载力计算方法。结果表明：提出的加固方法加固效果显著，加固水平最高达到56.34%；原构件长细比对组合构件受压承载力提升水平影响明显，组合构件的提升效果随着原构件长细比的增大而逐渐显著；当夹具数量为奇数个且夹具间距小于750 mm时，组合构件的加固效果最佳；加固构件的钢材特性对组合构件受压承载力和延性影响较小；提出的组合构件受压承载力计算方法与有限元模拟结果吻合良好。
对于运行时间较长或有扩容改建要求的服役输电铁塔，部分构件承载力不足将导致其无法满足更高的设计要求，有必要通过角钢构件加固来提升其承载性能。以输电铁塔中典型角钢为研究对象，提出输电铁塔无损加固方法，该方法采用螺栓与夹具使原构件与加固构件形成组合加固构件，组合构件对原构件不造成损伤，且结构简单、应用性强；建立细化的组合构件数值模型，研究原构件长细比、夹具间距（数量）、钢材特性对组合构件加固效果的影响，提出组合构件受压承载力计算方法。结果表明：提出的加固方法加固效果显著，加固水平最高达到56.34%；原构件长细比对组合构件受压承载力提升水平影响明显，组合构件的提升效果随着原构件长细比的增大而逐渐显著；当夹具数量为奇数个且夹具间距小于750 mm时，组合构件的加固效果最佳；加固构件的钢材特性对组合构件受压承载力和延性影响较小；提出的组合构件受压承载力计算方法与有限元模拟结果吻合良好。
2023, 45(4):103-113.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.188
摘要:
针对装配式混凝土结构中梁柱节点连接构造复杂、施工效率低等问题，设计开发了一种预制钢骨混凝土柱—钢梁组合节点，通过拟静力试验，研究不同梁端连接方式对新型节点抗震性能的影响。结果表明：不同梁端连接方式的节点试件均为梁端受弯破坏，破坏位置在翼缘连接板处，实现了节点域附近塑性铰外移的效果；翼缘连接板和混凝土的应变受梁端连接方式的影响较大，钢梁腹板、H型钢骨和纵向钢筋的应变受到的影响相对较小；栓焊混合节点和螺栓节点属于半刚性连接，焊接节点属于刚性连接；各试件的滞回性能良好，承载力和刚度退化性能稳定，延性系数在4.03~11.84之间，等效黏滞阻尼系数在0.24~0.36之间。该类型节点具有良好的承载能力和抗震性能，能满足现有抗震设计要求。
针对装配式混凝土结构中梁柱节点连接构造复杂、施工效率低等问题，设计开发了一种预制钢骨混凝土柱—钢梁组合节点，通过拟静力试验，研究不同梁端连接方式对新型节点抗震性能的影响。结果表明：不同梁端连接方式的节点试件均为梁端受弯破坏，破坏位置在翼缘连接板处，实现了节点域附近塑性铰外移的效果；翼缘连接板和混凝土的应变受梁端连接方式的影响较大，钢梁腹板、H型钢骨和纵向钢筋的应变受到的影响相对较小；栓焊混合节点和螺栓节点属于半刚性连接，焊接节点属于刚性连接；各试件的滞回性能良好，承载力和刚度退化性能稳定，延性系数在4.03~11.84之间，等效黏滞阻尼系数在0.24~0.36之间。该类型节点具有良好的承载能力和抗震性能，能满足现有抗震设计要求。
2023, 45(4):114-123.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.175
摘要:
为研究冻融循环作用后圆钢管混凝土界面粘结滑移性能，以冻融循环次数、钢管壁厚、混凝土强度为变量，设计21个试件进行推出试验，分析冻融损伤后圆钢管混凝土柱粘结强度、荷载—滑移及钢管应变的变化规律。结果表明：经冻融循环作用后圆钢管混凝土柱的荷载—滑移曲线与未经冻融试件趋势相似，均可分为上升段、下降段、残余段；受冻融循环作用影响的圆钢管混凝土柱界面粘结性能下降，粘结强度与冻融循环次数成反比，界面滑移量总体呈上升趋势；增大套箍系数可增大试件界面粘结强度，提高圆钢管混凝土柱抗冻性能。根据试验结果，提出考虑冻融循环次数和套箍系数的圆钢管混凝土柱粘结强度计算表达式，计算结果与试验结果吻合良好。
为研究冻融循环作用后圆钢管混凝土界面粘结滑移性能，以冻融循环次数、钢管壁厚、混凝土强度为变量，设计21个试件进行推出试验，分析冻融损伤后圆钢管混凝土柱粘结强度、荷载—滑移及钢管应变的变化规律。结果表明：经冻融循环作用后圆钢管混凝土柱的荷载—滑移曲线与未经冻融试件趋势相似，均可分为上升段、下降段、残余段；受冻融循环作用影响的圆钢管混凝土柱界面粘结性能下降，粘结强度与冻融循环次数成反比，界面滑移量总体呈上升趋势；增大套箍系数可增大试件界面粘结强度，提高圆钢管混凝土柱抗冻性能。根据试验结果，提出考虑冻融循环次数和套箍系数的圆钢管混凝土柱粘结强度计算表达式，计算结果与试验结果吻合良好。
2023, 45(4):124-132.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.109
摘要:
对圆中空夹层钢管混凝土（CFDST）短柱和CFRP约束CFDST(CFRP-CFDST)短柱进行了轴压试验，研究混凝土强度和CFRP粘贴层数对CFRP约束CFDST短柱轴压性能的影响，得到了CFDST短柱和CFRP约束CFDST短柱的典型破坏模式、荷载—位移曲线及荷载—应变曲线。试验结果表明：与CFDST试件相比，CFRP约束CFDST试件的极限承载能力显著提高，且贴布层数越多，钢管混凝土短柱的极限承载力越高。给出了避免内钢管先于外钢管屈曲破坏的内钢管最小壁厚计算式，并提出了CFRP约束CFDST短柱的轴压极限承载力计算式，该计算式计算结果与试验结果吻合较好。
对圆中空夹层钢管混凝土（CFDST）短柱和CFRP约束CFDST(CFRP-CFDST)短柱进行了轴压试验，研究混凝土强度和CFRP粘贴层数对CFRP约束CFDST短柱轴压性能的影响，得到了CFDST短柱和CFRP约束CFDST短柱的典型破坏模式、荷载—位移曲线及荷载—应变曲线。试验结果表明：与CFDST试件相比，CFRP约束CFDST试件的极限承载能力显著提高，且贴布层数越多，钢管混凝土短柱的极限承载力越高。给出了避免内钢管先于外钢管屈曲破坏的内钢管最小壁厚计算式，并提出了CFRP约束CFDST短柱的轴压极限承载力计算式，该计算式计算结果与试验结果吻合较好。
2023, 45(4):133-145.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.139
摘要:
为研究毛竹杆的受弯性能，先对取自10根毛竹的40组竹条标准材性件进行抗弯试验，得到其破坏模式和抗弯强度；再对直径为90、120 mm，跨距为3 000、3 600 mm的24根毛竹杆进行弯曲试验，研究其荷载—位移曲线、初始抗弯刚度、极限承载力、挠度、破坏模式等相关力学性能；理论推导毛竹梁破坏受压区高度及受拉区边缘应力。结果表明：毛竹梁跨距变化对挠度的影响大于直径变化对挠度的影响，毛竹梁直径越大、跨距越小，初始抗弯刚度越大；根据试验数据，按弹性理论计算出毛竹杆受弯破坏时的受压区高度在3R/2处，在小挠度条件下，毛竹梁受弯符合平截面假定，大挠度条件下，截面受压区高度上移，计算出的破坏边缘拉应力与平截面假定计算的结果不一致，建议毛竹梁受弯破坏弯矩按上边缘顺纹抗压强度达到最大进行计算。
为研究毛竹杆的受弯性能，先对取自10根毛竹的40组竹条标准材性件进行抗弯试验，得到其破坏模式和抗弯强度；再对直径为90、120 mm，跨距为3 000、3 600 mm的24根毛竹杆进行弯曲试验，研究其荷载—位移曲线、初始抗弯刚度、极限承载力、挠度、破坏模式等相关力学性能；理论推导毛竹梁破坏受压区高度及受拉区边缘应力。结果表明：毛竹梁跨距变化对挠度的影响大于直径变化对挠度的影响，毛竹梁直径越大、跨距越小，初始抗弯刚度越大；根据试验数据，按弹性理论计算出毛竹杆受弯破坏时的受压区高度在3R/2处，在小挠度条件下，毛竹梁受弯符合平截面假定，大挠度条件下，截面受压区高度上移，计算出的破坏边缘拉应力与平截面假定计算的结果不一致，建议毛竹梁受弯破坏弯矩按上边缘顺纹抗压强度达到最大进行计算。
2023, 45(4):146-153.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.118
摘要:
竹集成材是一种将竹片用胶黏剂胶合后压制而成的型材，侧压竹集成材具有良好的受力性能。为了探究侧压竹集成材柱的轴心受压性能，对6组18个不同长细比的试件进行轴心受压试验，分析其承载力、应变、侧向位移、轴向位移与长细比之间的关系，并探讨不同长细比试件的破坏形式。结果表明：侧压竹集成材柱的受力过程经历了弹性、弹塑性和破坏阶段，随着长细比的增大，从材料强度破坏向失稳破坏转变，材料破坏具有明显的延性性质。将试验结果与现行规范的计算结果进行比较分析，提出了侧压竹集成材柱的轴心受压承载力计算公式，计算值与试验值吻合较好。
竹集成材是一种将竹片用胶黏剂胶合后压制而成的型材，侧压竹集成材具有良好的受力性能。为了探究侧压竹集成材柱的轴心受压性能，对6组18个不同长细比的试件进行轴心受压试验，分析其承载力、应变、侧向位移、轴向位移与长细比之间的关系，并探讨不同长细比试件的破坏形式。结果表明：侧压竹集成材柱的受力过程经历了弹性、弹塑性和破坏阶段，随着长细比的增大，从材料强度破坏向失稳破坏转变，材料破坏具有明显的延性性质。将试验结果与现行规范的计算结果进行比较分析，提出了侧压竹集成材柱的轴心受压承载力计算公式，计算值与试验值吻合较好。
2023, 45(4):154-162.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.190
摘要:
集料和界面过渡区对水泥基材料抗碳化性能有显著影响。基于Fick第二定律，提出一种考虑集料和界面过渡区影响的CO2扩散模型，模型中首次引入界面过渡区的扩散系数并给出相应参数的计算方法，并基于质量守恒定律给出CO2反应模型，利用该模型研究荷载作用下C30和C50混凝土中CO2的浓度分布。结果表明，考虑集料和界面过渡区影响能更准确地计算CO2在水泥基材料中的扩散系数及碳化深度值。通过与文献中的试验数据进行比较，进一步验证了理论模型的可靠性。模型将集料和界面过渡区作为评价混凝土耐久性的重要因素，为钢筋混凝土结构的设计和寿命预测提供依据。
集料和界面过渡区对水泥基材料抗碳化性能有显著影响。基于Fick第二定律，提出一种考虑集料和界面过渡区影响的CO2扩散模型，模型中首次引入界面过渡区的扩散系数并给出相应参数的计算方法，并基于质量守恒定律给出CO2反应模型，利用该模型研究荷载作用下C30和C50混凝土中CO2的浓度分布。结果表明，考虑集料和界面过渡区影响能更准确地计算CO2在水泥基材料中的扩散系数及碳化深度值。通过与文献中的试验数据进行比较，进一步验证了理论模型的可靠性。模型将集料和界面过渡区作为评价混凝土耐久性的重要因素，为钢筋混凝土结构的设计和寿命预测提供依据。
2023, 45(4):163-172.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.199
摘要:
在针对含湿建材导热系数的研究中，预测模型一般假设材料含湿均匀，试验测量多采用均匀增湿方案，但实际使用过程中，受室内外湿度及气象条件影响，造成吸放湿过程中湿组分非均匀分布，相同含湿量下吸放湿过程中的材料导热系数存在差异。通过对孔隙特征不同的加气混凝土(AAC)、发泡水泥(FC)、红砖(RB)材料进行增减湿试验，控制试件在试验环境中的放置时间获得质量含湿量不均匀的试件，选择瞬态导热系数测量方案，通过分析含湿多孔建材增/减湿全过程导热系数变化趋势，研究非均匀湿分布材料导热系数变化特性。结果表明：AAC、FC、RB加湿过程导热系数相较干燥状态下分别增长了279%、266%、106%。增减湿过程中，含湿量相同的AAC导热系数差值范围约为-20.2%~63.4%，FC差值范围约为14.5%~53.3%，RB差值范围约为-18.0%~37.4%。
在针对含湿建材导热系数的研究中，预测模型一般假设材料含湿均匀，试验测量多采用均匀增湿方案，但实际使用过程中，受室内外湿度及气象条件影响，造成吸放湿过程中湿组分非均匀分布，相同含湿量下吸放湿过程中的材料导热系数存在差异。通过对孔隙特征不同的加气混凝土(AAC)、发泡水泥(FC)、红砖(RB)材料进行增减湿试验，控制试件在试验环境中的放置时间获得质量含湿量不均匀的试件，选择瞬态导热系数测量方案，通过分析含湿多孔建材增/减湿全过程导热系数变化趋势，研究非均匀湿分布材料导热系数变化特性。结果表明：AAC、FC、RB加湿过程导热系数相较干燥状态下分别增长了279%、266%、106%。增减湿过程中，含湿量相同的AAC导热系数差值范围约为-20.2%~63.4%，FC差值范围约为14.5%~53.3%，RB差值范围约为-18.0%~37.4%。
2023, 45(4):173-181.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.171
摘要:
透水混凝土因丰富的孔隙结构而具有良好的渗透和调湿性能，不仅能渗透降雨以减少地表径流，还能在内部截留一定的水分并通过水分蒸发降低表面温度。为提高透水混凝土的保水性以延长其降温效果，利用农业废弃物制成生物炭作为保水填料，并按照一定质量比取代水泥，制备出生物炭透水混凝土，分析生物炭对透水混凝土力学性能的影响，进而在最佳取代率下探讨生物炭对透水混凝土的热物参数和吸水蒸发降温性能的影响。结果表明：当生物炭取代率小于5.0%时，研磨后的超细炭颗粒可以充分发挥填充和内固化效应，有效提高透水混凝土的力学性能；生物炭的掺入对其发射率影响并不显著，但降低了反射率和导热系数；生物炭具有较高的比表面积和丰富的孔隙，添加到透水混凝土后能显著提高其毛细吸水能力和保水能力，而额外吸收的水分能有效降低其表面温度3~6 ℃，维持14~18 h的蒸发冷却效果。
透水混凝土因丰富的孔隙结构而具有良好的渗透和调湿性能，不仅能渗透降雨以减少地表径流，还能在内部截留一定的水分并通过水分蒸发降低表面温度。为提高透水混凝土的保水性以延长其降温效果，利用农业废弃物制成生物炭作为保水填料，并按照一定质量比取代水泥，制备出生物炭透水混凝土，分析生物炭对透水混凝土力学性能的影响，进而在最佳取代率下探讨生物炭对透水混凝土的热物参数和吸水蒸发降温性能的影响。结果表明：当生物炭取代率小于5.0%时，研磨后的超细炭颗粒可以充分发挥填充和内固化效应，有效提高透水混凝土的力学性能；生物炭的掺入对其发射率影响并不显著，但降低了反射率和导热系数；生物炭具有较高的比表面积和丰富的孔隙，添加到透水混凝土后能显著提高其毛细吸水能力和保水能力，而额外吸收的水分能有效降低其表面温度3~6 ℃，维持14~18 h的蒸发冷却效果。
2023, 45(4):182-191.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2022.065
摘要:
纺织印染废水成分复杂，含有大量染料、重金属等有毒难降解污染物，是最难处理的工业废水之一。传统的生物处理法因耐毒性差、处理负荷低、受外部环境影响等存在一定的局限性，难以高效处理该类废水。好氧颗粒污泥胞外聚合物含量高，且含有大量氨基、羧基等官能团，此外，其具有不同的氧化还原微环境，能够有效吸附、降解污染物。但好氧颗粒污泥对印染废水中重金属的去除仍存在局限性，对染料的脱色和矿化效率仍有较大提升空间。针对纺织印染废水的污染物特性，总结并论述好氧颗粒污泥技术的优点及其对废水中重金属、偶氮染料的去除机理；综述好氧颗粒污泥处理模拟与实际纺织印染废水的研究进展，并对其运行方式进行总结分析。基于重金属离子去除存在局限性、染料降解不够彻底、实际废水具有复杂性等各种问题，展望其发展方向，以期为今后好氧颗粒污泥高效处理纺织印染废水的研究提供参考。
纺织印染废水成分复杂，含有大量染料、重金属等有毒难降解污染物，是最难处理的工业废水之一。传统的生物处理法因耐毒性差、处理负荷低、受外部环境影响等存在一定的局限性，难以高效处理该类废水。好氧颗粒污泥胞外聚合物含量高，且含有大量氨基、羧基等官能团，此外，其具有不同的氧化还原微环境，能够有效吸附、降解污染物。但好氧颗粒污泥对印染废水中重金属的去除仍存在局限性，对染料的脱色和矿化效率仍有较大提升空间。针对纺织印染废水的污染物特性，总结并论述好氧颗粒污泥技术的优点及其对废水中重金属、偶氮染料的去除机理；综述好氧颗粒污泥处理模拟与实际纺织印染废水的研究进展，并对其运行方式进行总结分析。基于重金属离子去除存在局限性、染料降解不够彻底、实际废水具有复杂性等各种问题，展望其发展方向，以期为今后好氧颗粒污泥高效处理纺织印染废水的研究提供参考。
2023, 45(4):192-200.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.124
摘要:
为降低污水处理能耗，利用沸石颗粒充当生物填料构建固定床生物膜反应器，通过序批式进水—排水的方式使反应器内填料表面生物膜处于交替厌氧—好氧环境，避免了传统污水处理曝气工艺所需的大量能耗，并能有效去除COD和脱氮。该工艺主要原理：在厌氧阶段（进水），污水与生物膜和沸石颗粒接触，聚糖菌（GAOs）将有机碳源转化为胞内聚羟基烷酸（PHAs），沸石吸附污水中的NH4+-N。在好氧阶段（排水），通过聚糖菌、硝化菌和反硝化菌的共同作用，将沸石吸附的NH4+-N转化为氮气，使得生物膜和沸石颗粒得以再生。沸石颗粒固定床生物膜反应器以活性污泥为接种污泥，在序批式厌氧—好氧交替运行模式下，2周内成功启动；长期运行中污水COD、NH4+-N和TN去除率分别为87%、83%和83%，且出水中未检出硝态氮；长期运行后，反应器内生物膜菌群以Thauera、Candidatus competitivebacter、Nitrospira细菌属为主，它们是去除COD和脱氮的关键微生物。
为降低污水处理能耗，利用沸石颗粒充当生物填料构建固定床生物膜反应器，通过序批式进水—排水的方式使反应器内填料表面生物膜处于交替厌氧—好氧环境，避免了传统污水处理曝气工艺所需的大量能耗，并能有效去除COD和脱氮。该工艺主要原理：在厌氧阶段（进水），污水与生物膜和沸石颗粒接触，聚糖菌（GAOs）将有机碳源转化为胞内聚羟基烷酸（PHAs），沸石吸附污水中的NH4+-N。在好氧阶段（排水），通过聚糖菌、硝化菌和反硝化菌的共同作用，将沸石吸附的NH4+-N转化为氮气，使得生物膜和沸石颗粒得以再生。沸石颗粒固定床生物膜反应器以活性污泥为接种污泥，在序批式厌氧—好氧交替运行模式下，2周内成功启动；长期运行中污水COD、NH4+-N和TN去除率分别为87%、83%和83%，且出水中未检出硝态氮；长期运行后，反应器内生物膜菌群以Thauera、Candidatus competitivebacter、Nitrospira细菌属为主，它们是去除COD和脱氮的关键微生物。
2023, 45(4):201-210.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2022.039
摘要:
施氏矿物对酸性矿山废水中重金属的环境行为有一定的制约作用，但随着环境条件的改变，施氏矿物可能会溶解并产生相转变，从而引起重金属的再次释放。采用快速化学法合成不同铬、钼含量的重金属负载型施氏矿物，并采用流动柱法结合XRD、SEM及XPS等表征手段探究酸性矿山废水还原性S(-II)对负载不同含量铬和钼的施氏矿物溶解与相转变的影响。结果表明：淋滤液中重金属和硫离子浓度随淋洗天数的增加而下降，并随铬和钼负载含量的增加而明显下降，下降量大小顺序为Sch>0.1Mo0.06Cr-Sch>0.2Mo0.09Cr-Sch，而重金属铬和钼的释放过程以零级动力学模型描述最佳。XRD和XPS表征结果表明：未负载重金属施氏矿物处理组反应后产物主要为针铁矿，而负载的重金属在一定程度上提高了施氏矿物的稳定性，延迟了矿物的相转变。
施氏矿物对酸性矿山废水中重金属的环境行为有一定的制约作用，但随着环境条件的改变，施氏矿物可能会溶解并产生相转变，从而引起重金属的再次释放。采用快速化学法合成不同铬、钼含量的重金属负载型施氏矿物，并采用流动柱法结合XRD、SEM及XPS等表征手段探究酸性矿山废水还原性S(-II)对负载不同含量铬和钼的施氏矿物溶解与相转变的影响。结果表明：淋滤液中重金属和硫离子浓度随淋洗天数的增加而下降，并随铬和钼负载含量的增加而明显下降，下降量大小顺序为Sch>0.1Mo0.06Cr-Sch>0.2Mo0.09Cr-Sch，而重金属铬和钼的释放过程以零级动力学模型描述最佳。XRD和XPS表征结果表明：未负载重金属施氏矿物处理组反应后产物主要为针铁矿，而负载的重金属在一定程度上提高了施氏矿物的稳定性，延迟了矿物的相转变。
