2024年第46卷第5期文章目次
2024, 46(5):1-15.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2023.038
摘要:
随着城镇化水平不断提升，中国每年新增建筑面积约20亿m2，大规模基础设施建设对土木工程理论和技术创新的要求越来越高。学者们通过研究自然界的增强增韧、水下黏合、钻孔掘进和轻质高强等现象发现，生物体具有独特的外部形态和组织结构，通过模仿生物体的外部形态、结构特征或运动机理可为土木工程技术创新和可持续发展提供新思路、新原理和新理论。从仿生材料、仿生结构和仿生机械与构筑物3个方面阐述仿生学在土木工程中的应用，列举典型的应用案例，并对仿生土木工程进行总结和展望，为未来的研究提供基础材料。作为新兴的研究方向，仿生土木工程基础理论尚不完善，仿生土木工程涉及生物、材料、结构等多学科的交叉，需要开展不同领域间的协同合作研究。
随着城镇化水平不断提升，中国每年新增建筑面积约20亿m2，大规模基础设施建设对土木工程理论和技术创新的要求越来越高。学者们通过研究自然界的增强增韧、水下黏合、钻孔掘进和轻质高强等现象发现，生物体具有独特的外部形态和组织结构，通过模仿生物体的外部形态、结构特征或运动机理可为土木工程技术创新和可持续发展提供新思路、新原理和新理论。从仿生材料、仿生结构和仿生机械与构筑物3个方面阐述仿生学在土木工程中的应用，列举典型的应用案例，并对仿生土木工程进行总结和展望，为未来的研究提供基础材料。作为新兴的研究方向，仿生土木工程基础理论尚不完善，仿生土木工程涉及生物、材料、结构等多学科的交叉，需要开展不同领域间的协同合作研究。
2024, 46(5):16-25.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2023.097
摘要:
植物根系对土体的水力特性具有重要影响，但关于乔木根系对土体饱和渗透系数的定量研究缺乏。利用自制渗透实验箱，采用定水头实验方法，针对重塑根土复合体开展不同根径（1 mm≤d≤3mm、3 mm<d≤5 mm和5 mm<d≤8 mm）及含量（根体积含量0.4%~2.4%）和根的分布类型（水平和竖直）对其饱和渗透系数影响的定量研究。结果表明，相同根径条件下，根土复合体的饱和渗透系数与根体积含量呈线性正相关关系，但随着根径的增加，该线性关系斜率不断降低；根土复合体饱和渗透系数与根表面积含量也存在显著的线性正相关关系，方差分析表明，该线性关系不受根径的影响；确定了根的不同分布类型（水平和竖直）下根表面积含量与其饱和渗透系数之间的线性关系；此外，研究发现，根竖直向分布时的根土复合体饱和渗透系数随根表面积含量的变化率是水平分布的1.8倍左右。研究结果表明，根的存在可以显著提高土体的饱和渗透系数，且根土的表面接触是影响其水力特性的根本原因。
植物根系对土体的水力特性具有重要影响，但关于乔木根系对土体饱和渗透系数的定量研究缺乏。利用自制渗透实验箱，采用定水头实验方法，针对重塑根土复合体开展不同根径（1 mm≤d≤3mm、3 mm<d≤5 mm和5 mm<d≤8 mm）及含量（根体积含量0.4%~2.4%）和根的分布类型（水平和竖直）对其饱和渗透系数影响的定量研究。结果表明，相同根径条件下，根土复合体的饱和渗透系数与根体积含量呈线性正相关关系，但随着根径的增加，该线性关系斜率不断降低；根土复合体饱和渗透系数与根表面积含量也存在显著的线性正相关关系，方差分析表明，该线性关系不受根径的影响；确定了根的不同分布类型（水平和竖直）下根表面积含量与其饱和渗透系数之间的线性关系；此外，研究发现，根竖直向分布时的根土复合体饱和渗透系数随根表面积含量的变化率是水平分布的1.8倍左右。研究结果表明，根的存在可以显著提高土体的饱和渗透系数，且根土的表面接触是影响其水力特性的根本原因。
2024, 46(5):26-37.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2023.082
摘要:
重金属污染土壤的净化效果直接影响修复后土体的再利用。以Cd、Cu、Ni、Zn、Pb污染土壤为研究对象，采用改进环绕式电极布置，以植物-电动耦合修复下土壤的净化度及土壤性质为重点，厘清关键因素，揭示耦合强化修复机制。结果表明：植物-电动耦合修复下不同重金属的去除率均较单一修复有所提高，重金属赋存形态及植物对重金属的响应是影响修复效果的关键因素。改进环绕式电场的施加能积极调动更大范围土壤中的重金属向植物根系迁移聚集，解决了植物修复中重金属可及性和生物活性低的问题；植物修复的协助有利于改善电动修复对土壤性质的不利影响，解决聚焦效应和高能耗问题。植物-电动耦合修复联合了重金属的空间分布改善、重金属生物利用度提升、植物生长代谢强化及土壤微生物生命活动调节等作用机制，有效提高了重金属污染土壤的净化度，修复后土体可维持稳定的pH值（6.27~7.91）、电导率（108~159 μs/cm）及低能耗（13.76~18.81 kW·h/m3），有助于推进污染土壤的可持续利用。
重金属污染土壤的净化效果直接影响修复后土体的再利用。以Cd、Cu、Ni、Zn、Pb污染土壤为研究对象，采用改进环绕式电极布置，以植物-电动耦合修复下土壤的净化度及土壤性质为重点，厘清关键因素，揭示耦合强化修复机制。结果表明：植物-电动耦合修复下不同重金属的去除率均较单一修复有所提高，重金属赋存形态及植物对重金属的响应是影响修复效果的关键因素。改进环绕式电场的施加能积极调动更大范围土壤中的重金属向植物根系迁移聚集，解决了植物修复中重金属可及性和生物活性低的问题；植物修复的协助有利于改善电动修复对土壤性质的不利影响，解决聚焦效应和高能耗问题。植物-电动耦合修复联合了重金属的空间分布改善、重金属生物利用度提升、植物生长代谢强化及土壤微生物生命活动调节等作用机制，有效提高了重金属污染土壤的净化度，修复后土体可维持稳定的pH值（6.27~7.91）、电导率（108~159 μs/cm）及低能耗（13.76~18.81 kW·h/m3），有助于推进污染土壤的可持续利用。
2024, 46(5):38-46.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2023.116
摘要:
MICP技术可以显著降低固化土壤的渗透系数，然而目前没有关于MICP固化土壤渗透系数的理论计算方法。基于理论推导和试验验证的方法，研究MICP加固花岗岩残积土的渗透特性，提出MICP加固花岗岩残积土的碳酸钙生成量和渗透系数理论表达式。假设MICP的反应速率线性衰减，通过酶促反应动力学方程得到MICP加固土体的CaCO3生成量，估算CaCO3晶体的粒径和个数，从而获得加固后试样的孔隙比、迂曲度和颗粒比表面积，代入修正的Kozeny-Carman方程，得到加固后土体的渗透系数理论表达式。与试验数据对比分析结果表明：CaCO3的产量早期增加快，后期增加变缓并逐渐趋于稳定；MICP加固土体的渗透系数其具有早期降低快，后期趋于平稳的特征。胶结液浓度为0.50、0.75、1.00、1.25 kmol/m3的试样渗透系数最终分别降低了35%、40%、45%和55%。提出的CaCO3含量表达式和渗透系数表达式与试验结果拟合良好，可为微生物加固的设计计算提供参考。
MICP技术可以显著降低固化土壤的渗透系数，然而目前没有关于MICP固化土壤渗透系数的理论计算方法。基于理论推导和试验验证的方法，研究MICP加固花岗岩残积土的渗透特性，提出MICP加固花岗岩残积土的碳酸钙生成量和渗透系数理论表达式。假设MICP的反应速率线性衰减，通过酶促反应动力学方程得到MICP加固土体的CaCO3生成量，估算CaCO3晶体的粒径和个数，从而获得加固后试样的孔隙比、迂曲度和颗粒比表面积，代入修正的Kozeny-Carman方程，得到加固后土体的渗透系数理论表达式。与试验数据对比分析结果表明：CaCO3的产量早期增加快，后期增加变缓并逐渐趋于稳定；MICP加固土体的渗透系数其具有早期降低快，后期趋于平稳的特征。胶结液浓度为0.50、0.75、1.00、1.25 kmol/m3的试样渗透系数最终分别降低了35%、40%、45%和55%。提出的CaCO3含量表达式和渗透系数表达式与试验结果拟合良好，可为微生物加固的设计计算提供参考。
2024, 46(5):47-56.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2023.016
摘要:
微生物岩土技术通过生物矿化过程改善基础材料的力学性质，使其更适用于建筑或解决多学科领域的环境问题。微生物矿化过程中产生的碳酸钙是改善基础材料力学性质的主要成分，但其生成量及形态等受多种因素的影响。通过离子计、pH计、SEM、EDS和XRD等手段探究天然海水和去离子水环境在矿化过程中氯化钙和尿素浓度、比例及菌液和胶结液（氯化钙、尿素）体积比等因素对沉淀物质形貌及晶体组成的影响。结果表明：钙离子和尿素浓度及比例低时，碳酸钙的产率较高，但当初始钙离子、尿素浓度超过1.0 mol/L时，离子浓度增大对细菌产脲酶有抑制作用，浓度越高对脲酶的抑制作用越明显，沉淀物产率也随之减小，海水环境总体沉淀量与沉淀效率均高于去离子水环境。菌胶结液体积比去离子水中为1∶4、海水中不高于1∶10时，碳酸钙生成量较高，去离子水环境晶型以方解石为主，海水环境晶型以球霰石为主且沉淀中含有镁盐。
微生物岩土技术通过生物矿化过程改善基础材料的力学性质，使其更适用于建筑或解决多学科领域的环境问题。微生物矿化过程中产生的碳酸钙是改善基础材料力学性质的主要成分，但其生成量及形态等受多种因素的影响。通过离子计、pH计、SEM、EDS和XRD等手段探究天然海水和去离子水环境在矿化过程中氯化钙和尿素浓度、比例及菌液和胶结液（氯化钙、尿素）体积比等因素对沉淀物质形貌及晶体组成的影响。结果表明：钙离子和尿素浓度及比例低时，碳酸钙的产率较高，但当初始钙离子、尿素浓度超过1.0 mol/L时，离子浓度增大对细菌产脲酶有抑制作用，浓度越高对脲酶的抑制作用越明显，沉淀物产率也随之减小，海水环境总体沉淀量与沉淀效率均高于去离子水环境。菌胶结液体积比去离子水中为1∶4、海水中不高于1∶10时，碳酸钙生成量较高，去离子水环境晶型以方解石为主，海水环境晶型以球霰石为主且沉淀中含有镁盐。
2024, 46(5):57-63.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2023.129
摘要:
微生物诱导碳酸钙沉积（MICP）技术可以改善砂土材料的力学性质，但MICP胶结砂土材料的均匀性问题是目前存在的重要问题，且严重影响了MICP技术的工程应用。进行小尺寸（直径3 cm、高度11 cm）和细长（直径5 cm、高度100 cm）砂柱试样的MICP一批次灌浆试验和溶液环境试验，探究氯化钙和乙酸钙两种钙源对MICP矿化反应过程和MICP胶结砂土材料均匀性的影响。MICP胶结砂土试样的碳酸钙含量和单轴抗压强度试验结果表明，与氯化钙作为钙源相比，乙酸钙作为钙源可以增加砂柱胶结长度，改善碳酸钙在灌浆方向的均匀性，减少MICP胶结砂土材料沿灌浆路径的强度差异；乙酸钙作为钙源可减缓MICP矿化反应过程，降低营养液中尿素的分解速率，进而提高营养液中未分解尿素和游离钙离子在MICP胶结砂土材料中的传输距离，有利于提高MICP胶结砂土材料的均匀性。
微生物诱导碳酸钙沉积（MICP）技术可以改善砂土材料的力学性质，但MICP胶结砂土材料的均匀性问题是目前存在的重要问题，且严重影响了MICP技术的工程应用。进行小尺寸（直径3 cm、高度11 cm）和细长（直径5 cm、高度100 cm）砂柱试样的MICP一批次灌浆试验和溶液环境试验，探究氯化钙和乙酸钙两种钙源对MICP矿化反应过程和MICP胶结砂土材料均匀性的影响。MICP胶结砂土试样的碳酸钙含量和单轴抗压强度试验结果表明，与氯化钙作为钙源相比，乙酸钙作为钙源可以增加砂柱胶结长度，改善碳酸钙在灌浆方向的均匀性，减少MICP胶结砂土材料沿灌浆路径的强度差异；乙酸钙作为钙源可减缓MICP矿化反应过程，降低营养液中尿素的分解速率，进而提高营养液中未分解尿素和游离钙离子在MICP胶结砂土材料中的传输距离，有利于提高MICP胶结砂土材料的均匀性。
2024, 46(5):64-73.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2022.122
摘要:
为了研究微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）结合碳纤维固化钙质砂的效果及机理，先通过低轮次注浆试验探究碳纤维对MICP加固钙质砂效果的影响，并确定碳纤维的最佳掺量及长度，然后开展高轮次注浆试验，研究MICP胶结液无法再注入时的砂柱强度，通过试验结果对比和扫描电镜等分析，分析了微生物、碳纤维及钙质砂之间的作用机理。试验结果表明，掺加碳纤维能显著提高微生物加固钙质砂的强度。在低轮次注浆试验中，掺加碳纤维能有效提高碳酸钙的生成量及试样强度，纤维组的碳酸钙生成量比无纤维对照组提高了15%~34%，试样强度提高了135%~217%；高轮次注浆试验中，在MICP胶结液无法再注入砂柱的情况下，由于两组试样注浆轮次的差异，纤维组最终的碳酸钙生成量对比无纤维对照组减少了4%，试样强度提高了11%。
为了研究微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）结合碳纤维固化钙质砂的效果及机理，先通过低轮次注浆试验探究碳纤维对MICP加固钙质砂效果的影响，并确定碳纤维的最佳掺量及长度，然后开展高轮次注浆试验，研究MICP胶结液无法再注入时的砂柱强度，通过试验结果对比和扫描电镜等分析，分析了微生物、碳纤维及钙质砂之间的作用机理。试验结果表明，掺加碳纤维能显著提高微生物加固钙质砂的强度。在低轮次注浆试验中，掺加碳纤维能有效提高碳酸钙的生成量及试样强度，纤维组的碳酸钙生成量比无纤维对照组提高了15%~34%，试样强度提高了135%~217%；高轮次注浆试验中，在MICP胶结液无法再注入砂柱的情况下，由于两组试样注浆轮次的差异，纤维组最终的碳酸钙生成量对比无纤维对照组减少了4%，试样强度提高了11%。
2024, 46(5):74-80.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2023.079
摘要:
MICP是岩土工程领域新兴的一种环境友好型砂土加固技术，可以用于提高钙质砂的工程性能，但由于MICP加固钙质砂试样的复杂结构，需要对其细观尺度展开研究以解释宏观现象。运用CT扫描技术，对三轴压缩前后的微生物加固钙质砂试样进行三维重构，分析加载前后试样细观尺度变化。研究发现，使用CT扫描得到的二维灰度图像可以显示试样的孔隙分布，且在二维灰度图像的降噪处理过程中非局部均值滤波算法具有良好的降噪效果。在此基础上进行三维重构，结果表明，加载前试样孔隙主要分布在试样高度方向1/3处、2/3处及试样两端，加载后这部分区域的孔隙会有所增加，即加载过程中试样的破坏主要集中在试样本身已有的薄弱区域。在三维重构基础上分割显著破坏面，显示低应力水平下试样破坏模式为X共轭剪切破坏，而在高应力水平下的破坏模式为单斜面剪切破坏。
MICP是岩土工程领域新兴的一种环境友好型砂土加固技术，可以用于提高钙质砂的工程性能，但由于MICP加固钙质砂试样的复杂结构，需要对其细观尺度展开研究以解释宏观现象。运用CT扫描技术，对三轴压缩前后的微生物加固钙质砂试样进行三维重构，分析加载前后试样细观尺度变化。研究发现，使用CT扫描得到的二维灰度图像可以显示试样的孔隙分布，且在二维灰度图像的降噪处理过程中非局部均值滤波算法具有良好的降噪效果。在此基础上进行三维重构，结果表明，加载前试样孔隙主要分布在试样高度方向1/3处、2/3处及试样两端，加载后这部分区域的孔隙会有所增加，即加载过程中试样的破坏主要集中在试样本身已有的薄弱区域。在三维重构基础上分割显著破坏面，显示低应力水平下试样破坏模式为X共轭剪切破坏，而在高应力水平下的破坏模式为单斜面剪切破坏。
2024, 46(5):81-90.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2023.138
摘要:
微生物珊瑚砂桩复合地基是利用MICP技术固化珊瑚砂成桩与珊瑚砂组成复合地基，具有就地取材、对原状砂土扰动小及对岛礁生态环境影响小等优势，在岛礁工程建设中具有良好的应用前景。通过不同工况下的微生物珊瑚砂桩单桩复合地基模型试验，研究地基相对密实度（50%、65%、72%）、面积置换率（8%、14%、20%）、含水状态（干燥和饱和）和水位升降对复合地基承载特性的影响规律。结果表明：干燥状态下复合地基的承载力及桩侧摩阻力随地基相对密实度和面积置换率增大而增大；复合地基的桩身轴力和桩土应力比随地基相对密实度增大而减小，随面积置换率增大而增大；提高地基相对密实度和面积置换率可有效提高复合地基承载力。饱和状态下复合地基的承载力为干燥状态的49%~66%；饱和状态相对于干燥状态桩身最大轴力和桩侧摩阻力减小，桩土应力比增大。两次水位升降对微生物珊瑚砂桩单桩复合地基的承载特性影响较小。
微生物珊瑚砂桩复合地基是利用MICP技术固化珊瑚砂成桩与珊瑚砂组成复合地基，具有就地取材、对原状砂土扰动小及对岛礁生态环境影响小等优势，在岛礁工程建设中具有良好的应用前景。通过不同工况下的微生物珊瑚砂桩单桩复合地基模型试验，研究地基相对密实度（50%、65%、72%）、面积置换率（8%、14%、20%）、含水状态（干燥和饱和）和水位升降对复合地基承载特性的影响规律。结果表明：干燥状态下复合地基的承载力及桩侧摩阻力随地基相对密实度和面积置换率增大而增大；复合地基的桩身轴力和桩土应力比随地基相对密实度增大而减小，随面积置换率增大而增大；提高地基相对密实度和面积置换率可有效提高复合地基承载力。饱和状态下复合地基的承载力为干燥状态的49%~66%；饱和状态相对于干燥状态桩身最大轴力和桩侧摩阻力减小，桩土应力比增大。两次水位升降对微生物珊瑚砂桩单桩复合地基的承载特性影响较小。
2024, 46(5):91-100.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2023.047
摘要:
三峡库区自然灾害频发，微生物诱导碳酸钙沉积（MICP）技术是一种具有能耗低、无污染且可持续等优点的土体加固技术。黏性紫色土是三峡库区主要土壤类型，土壤孔隙较小，而MICP对其加固效果尚不明确。设置不同巴氏芽孢杆菌菌液浓度（OD600为0、0.5、1.0、1.5）和胶结液浓度（0、0.5、1.0、1.5、2.0 mol/L）组合，对土壤试样进行MICP固化处理。开展不固结不排水三轴剪切试验，研究各试样的应力-应变关系、弹性模量和抗剪强度指标（黏聚力、内摩擦角），并利用扫描电镜测试分析其微观结构。结果表明：固定菌液浓度或胶结液浓度时，抗剪强度、弹性模量及黏聚力均随胶结液浓度或菌液浓度的增加呈先增后减的变化趋势，最适菌液与胶结液浓度组合为菌液OD600=1.0和胶结液1.5 mol/L。平均内摩擦角随胶结液浓度的增加呈先增后减趋势，而胶结液浓度不变时，在菌液浓度OD600=0.5或1.0时达到最高。固化后试样抗剪强度、弹性模量、黏聚力及内摩擦角最大分别提高62.59%、50.18%、119.50%和10.33%（226.00 kPa、6.44 MPa、48.30 kPa和26.70°）。通过扫描电镜观察发现MICP加固紫色土形成了大量球状碳酸钙晶体和片状碳酸钙晶体，分布于土壤颗粒表面和间隙中起胶结作用并增加土颗粒表面粗糙度，从而提升了土的黏聚力和内摩擦角。MICP可以有效提高紫色土的强度，在菌液浓度为OD600=1.0和胶结液浓度1.5 mol/L组合时加固效果最优。
三峡库区自然灾害频发，微生物诱导碳酸钙沉积（MICP）技术是一种具有能耗低、无污染且可持续等优点的土体加固技术。黏性紫色土是三峡库区主要土壤类型，土壤孔隙较小，而MICP对其加固效果尚不明确。设置不同巴氏芽孢杆菌菌液浓度（OD600为0、0.5、1.0、1.5）和胶结液浓度（0、0.5、1.0、1.5、2.0 mol/L）组合，对土壤试样进行MICP固化处理。开展不固结不排水三轴剪切试验，研究各试样的应力-应变关系、弹性模量和抗剪强度指标（黏聚力、内摩擦角），并利用扫描电镜测试分析其微观结构。结果表明：固定菌液浓度或胶结液浓度时，抗剪强度、弹性模量及黏聚力均随胶结液浓度或菌液浓度的增加呈先增后减的变化趋势，最适菌液与胶结液浓度组合为菌液OD600=1.0和胶结液1.5 mol/L。平均内摩擦角随胶结液浓度的增加呈先增后减趋势，而胶结液浓度不变时，在菌液浓度OD600=0.5或1.0时达到最高。固化后试样抗剪强度、弹性模量、黏聚力及内摩擦角最大分别提高62.59%、50.18%、119.50%和10.33%（226.00 kPa、6.44 MPa、48.30 kPa和26.70°）。通过扫描电镜观察发现MICP加固紫色土形成了大量球状碳酸钙晶体和片状碳酸钙晶体，分布于土壤颗粒表面和间隙中起胶结作用并增加土颗粒表面粗糙度，从而提升了土的黏聚力和内摩擦角。MICP可以有效提高紫色土的强度，在菌液浓度为OD600=1.0和胶结液浓度1.5 mol/L组合时加固效果最优。
2024, 46(5):101-108.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2023.119
摘要:
基于微生物或酶诱导碳酸盐沉积（即MICP和EICP）过程的固土技术具备固化强度高、环境友好等特点，但是目前也存在处理效率低、耗时长等局限。为克服这些局限，研究一种新型高效的生物固土技术，即基于植物脲酶辅助氧化镁碳化（酶辅助碳化）过程的固土法，探索其处理方法、效果和作用机理，并与单纯的氧化镁碳化、EICP和水泥等方法进行比较。结果表明，采用酶辅助碳化加固法时，一遍处理强度可达0.92 MPa，且试样的强度显著高于单纯氧化镁处理（0.30 MPa）、EICP处理（0.28 MPa）和水泥处理（0.69 MPa）。酶辅助碳化加固法处理试样的制备方式对强度影响较大。与注入法相比，采用拌和法处理的试样强度高了3倍。此外，添加少量脱脂奶粉后，酶辅助碳化加固法处理试样的强度进一步提升了约70%，达到1.30 MPa。通过微观结构和矿物成分分析发现，酶辅助碳化处理后，固化物填满了砂颗粒之间的孔隙，将砂颗粒结合在一起，形成稳定网格空间结构，与不添加脲酶的试样相比，其中的水合碳酸镁混合物含量较高，中间产物水镁石含量较低。
基于微生物或酶诱导碳酸盐沉积（即MICP和EICP）过程的固土技术具备固化强度高、环境友好等特点，但是目前也存在处理效率低、耗时长等局限。为克服这些局限，研究一种新型高效的生物固土技术，即基于植物脲酶辅助氧化镁碳化（酶辅助碳化）过程的固土法，探索其处理方法、效果和作用机理，并与单纯的氧化镁碳化、EICP和水泥等方法进行比较。结果表明，采用酶辅助碳化加固法时，一遍处理强度可达0.92 MPa，且试样的强度显著高于单纯氧化镁处理（0.30 MPa）、EICP处理（0.28 MPa）和水泥处理（0.69 MPa）。酶辅助碳化加固法处理试样的制备方式对强度影响较大。与注入法相比，采用拌和法处理的试样强度高了3倍。此外，添加少量脱脂奶粉后，酶辅助碳化加固法处理试样的强度进一步提升了约70%，达到1.30 MPa。通过微观结构和矿物成分分析发现，酶辅助碳化处理后，固化物填满了砂颗粒之间的孔隙，将砂颗粒结合在一起，形成稳定网格空间结构，与不添加脲酶的试样相比，其中的水合碳酸镁混合物含量较高，中间产物水镁石含量较低。
2024, 46(5):109-116.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2023.130
摘要:
为了探究脲酶诱导碳酸钙沉淀（EICP）技术改良弱膨胀土的物理力学特性，利用大豆脲酶开展EICP技术处理弱膨胀土的膨胀特性和力学特性试验研究。通过EICP多因素配比正交试验研究脲酶浓度、初始Ca2+浓度、酶胶比、尿钙比、养护时间对膨胀土碳酸钙生成率、自由膨胀率的影响及其变化规律，确定了EICP反应液最佳配比。采用不同掺量EICP反应液改良膨胀土，通过无荷载膨胀率试验、无侧限抗压强度试验及三轴压缩试验验证改良效果。结果表明：EICP反应液掺量为20%时抑制膨胀土膨胀性效果最好，且此时土体力学强度和碳酸钙生成率最高。大豆脲酶诱导产生的沉淀物为方解石型碳酸钙，附着在土颗粒表面既填充了土颗粒孔隙，也胶结了土体骨架颗粒，阻碍土体与水分接触，提高了土体密实性和黏结强度，改善了膨胀土膨胀性和力学性能。
为了探究脲酶诱导碳酸钙沉淀（EICP）技术改良弱膨胀土的物理力学特性，利用大豆脲酶开展EICP技术处理弱膨胀土的膨胀特性和力学特性试验研究。通过EICP多因素配比正交试验研究脲酶浓度、初始Ca2+浓度、酶胶比、尿钙比、养护时间对膨胀土碳酸钙生成率、自由膨胀率的影响及其变化规律，确定了EICP反应液最佳配比。采用不同掺量EICP反应液改良膨胀土，通过无荷载膨胀率试验、无侧限抗压强度试验及三轴压缩试验验证改良效果。结果表明：EICP反应液掺量为20%时抑制膨胀土膨胀性效果最好，且此时土体力学强度和碳酸钙生成率最高。大豆脲酶诱导产生的沉淀物为方解石型碳酸钙，附着在土颗粒表面既填充了土颗粒孔隙，也胶结了土体骨架颗粒，阻碍土体与水分接触，提高了土体密实性和黏结强度，改善了膨胀土膨胀性和力学性能。
2024, 46(5):117-126.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2023.114
摘要:
大量非正规垃圾填埋场面临超负荷运营困境，衍生出系列亟待解决的环境问题。重金属含量较高的垃圾渗滤液易对填埋场周边水体造成污染，填埋场开采扩容产生的矿化垃圾土也存在Cd、Pb、Zn和Cr(Ⅲ)等重金属超标现象，在资源化利用过程中容易造成二次污染，因此，垃圾填埋场重金属污染问题亟待解决。近年来，微生物诱导碳酸钙沉淀技术（MICP）固定重金属的能力被广泛探究，其中巴氏芽孢杆菌因环境适应性强、脲酶表达量高而备受关注。但相关研究中的修复对象主要为污染溶液和普通污染土壤，其与垃圾渗滤液以及矿化垃圾土在污染成因和化学成分等方面明显不同。鉴于此，开展巴氏芽孢杆菌修复重金属污染溶液和污染矿化垃圾土试验，探究巴氏芽孢杆菌生物修复重金属的可行性，分析生物修复前后矿化垃圾土中重金属形态变化以及修复机理。结果显示，巴氏芽孢杆菌对溶液中Cd、Pb、Zn和Cr(Ⅲ)修复率可分别达到95%、84%、5%和98%，对矿化垃圾土中可交换态Cd、Pb和Zn修复率亦可分别达到74%、84%和62%，可交换态Cr(Ⅲ)修复处理前含量几乎为0；经生物修复，矿化垃圾土中可交换态和碳酸盐结合态重金属含量降低，铁锰氧化物结合态和残渣态重金属含量增加；同时，矿化垃圾土中含Fe和Al成分以及MICP过程产生的碳酸钙沉淀共同促进重金属向更稳定形态转化。
大量非正规垃圾填埋场面临超负荷运营困境，衍生出系列亟待解决的环境问题。重金属含量较高的垃圾渗滤液易对填埋场周边水体造成污染，填埋场开采扩容产生的矿化垃圾土也存在Cd、Pb、Zn和Cr(Ⅲ)等重金属超标现象，在资源化利用过程中容易造成二次污染，因此，垃圾填埋场重金属污染问题亟待解决。近年来，微生物诱导碳酸钙沉淀技术（MICP）固定重金属的能力被广泛探究，其中巴氏芽孢杆菌因环境适应性强、脲酶表达量高而备受关注。但相关研究中的修复对象主要为污染溶液和普通污染土壤，其与垃圾渗滤液以及矿化垃圾土在污染成因和化学成分等方面明显不同。鉴于此，开展巴氏芽孢杆菌修复重金属污染溶液和污染矿化垃圾土试验，探究巴氏芽孢杆菌生物修复重金属的可行性，分析生物修复前后矿化垃圾土中重金属形态变化以及修复机理。结果显示，巴氏芽孢杆菌对溶液中Cd、Pb、Zn和Cr(Ⅲ)修复率可分别达到95%、84%、5%和98%，对矿化垃圾土中可交换态Cd、Pb和Zn修复率亦可分别达到74%、84%和62%，可交换态Cr(Ⅲ)修复处理前含量几乎为0；经生物修复，矿化垃圾土中可交换态和碳酸盐结合态重金属含量降低，铁锰氧化物结合态和残渣态重金属含量增加；同时，矿化垃圾土中含Fe和Al成分以及MICP过程产生的碳酸钙沉淀共同促进重金属向更稳定形态转化。
2024, 46(5):127-134.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2023.003
摘要:
微生物固化/稳定化重金属污染土时，反应速率过快和高浓度盐离子对细菌活性的抑制作用是阻碍单次搅拌工艺应用的关键问题。采用低溶解度的石膏（二水硫酸钙）作为钙源，以钙盐掺量和锌污染浓度为控制变量，进行微生物单次搅拌固化/稳定化锌污染粉土试验，研究固化/稳定化锌污染粉土的强度、锌离子浸出浓度和形态的变化规律。试验结果表明，锌污染浓度为500 mg/kg的污染粉土固化强度较处理前提高了77.3%，锌离子浸出浓度较处理前降低了87.3%；固化/稳定化后，锌污染粉土强度大幅提升，重金属锌迁移性明显降低；固化/稳定化锌污染粉土中有碳酸钙、碳酸锌和碱式碳酸锌生成，碳酸盐晶体聚集形成多孔簇状团聚体。研究结果表明，基于石膏钙源的单次搅拌微生物矿化处理能够有效固化/稳定化锌污染粉土，具有良好的应用潜力。
微生物固化/稳定化重金属污染土时，反应速率过快和高浓度盐离子对细菌活性的抑制作用是阻碍单次搅拌工艺应用的关键问题。采用低溶解度的石膏（二水硫酸钙）作为钙源，以钙盐掺量和锌污染浓度为控制变量，进行微生物单次搅拌固化/稳定化锌污染粉土试验，研究固化/稳定化锌污染粉土的强度、锌离子浸出浓度和形态的变化规律。试验结果表明，锌污染浓度为500 mg/kg的污染粉土固化强度较处理前提高了77.3%，锌离子浸出浓度较处理前降低了87.3%；固化/稳定化后，锌污染粉土强度大幅提升，重金属锌迁移性明显降低；固化/稳定化锌污染粉土中有碳酸钙、碳酸锌和碱式碳酸锌生成，碳酸盐晶体聚集形成多孔簇状团聚体。研究结果表明，基于石膏钙源的单次搅拌微生物矿化处理能够有效固化/稳定化锌污染粉土，具有良好的应用潜力。
2024, 46(5):135-142.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2023.115
摘要:
微生物诱导碳酸钙沉淀可实现混凝土裂缝的自修复，微生物载体可以有效提高混凝土基体内部微生物存活率，从而改善混凝土的自修复效果，然而目前的载体存在力学性能差、与水泥基材料兼容性差以及费用高等问题。提出一种基于增强再生骨料固载混菌的裂缝自修复混凝土，通过再生骨料增强时间对混凝土抗压强度和自修复性能的影响研究，确定再生骨料合理矿化增强时间，并揭示再生骨料矿化增强和混凝土裂缝自修复机理。结果表明：再生骨料合理增强时间为7 d，矿化增强后再生骨料的吸水率和压碎指标降低幅度分别为20.5%和9.5%；混凝土抗压强度提高幅度为8.6%；经56 d的修复养护后，基于增强再生骨料固载微生物的混凝土裂缝平均修复宽度和完全闭合率分别达到了0.44 mm和73%；再生骨料表面沉淀物呈规则方块状、晶体类型为方解石，裂缝部位沉淀物呈规则的方块状和针簇状，晶体类型为方解石和文石。
微生物诱导碳酸钙沉淀可实现混凝土裂缝的自修复，微生物载体可以有效提高混凝土基体内部微生物存活率，从而改善混凝土的自修复效果，然而目前的载体存在力学性能差、与水泥基材料兼容性差以及费用高等问题。提出一种基于增强再生骨料固载混菌的裂缝自修复混凝土，通过再生骨料增强时间对混凝土抗压强度和自修复性能的影响研究，确定再生骨料合理矿化增强时间，并揭示再生骨料矿化增强和混凝土裂缝自修复机理。结果表明：再生骨料合理增强时间为7 d，矿化增强后再生骨料的吸水率和压碎指标降低幅度分别为20.5%和9.5%；混凝土抗压强度提高幅度为8.6%；经56 d的修复养护后，基于增强再生骨料固载微生物的混凝土裂缝平均修复宽度和完全闭合率分别达到了0.44 mm和73%；再生骨料表面沉淀物呈规则方块状、晶体类型为方解石，裂缝部位沉淀物呈规则的方块状和针簇状，晶体类型为方解石和文石。
2024, 46(5):143-151.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2022.087
摘要:
近年来，钢筋混凝土构件的抗扭设计问题受到了广泛关注，现行的设计规范是基于小尺寸试件的试验数据外推而来，并未考虑尺寸效应的影响，对大尺寸试件承载力预测值的安全度有待商榷。对比分析国内外规范中RC构件纯扭承载力计算方法公式，基于钢筋混凝土柱纯扭加载三维细观数值模拟结果，总结钢筋混凝土柱名义抗扭强度尺寸效应规律，建立可定量反映配箍率影响的名义抗扭强度尺寸效应律公式；通过引入尺寸效应系数αh建立考虑结构尺寸效应影响的钢筋混凝土构件纯扭承载力建议预测公式，并将αh分为3个区域，综合考虑结构设计的安全性和经济性，从而保证大尺寸试件承载力预测值的安全度；通过与90个试验数据的对比，证明修正公式能有效提高大尺寸试件承载力预测值的安全储备。
近年来，钢筋混凝土构件的抗扭设计问题受到了广泛关注，现行的设计规范是基于小尺寸试件的试验数据外推而来，并未考虑尺寸效应的影响，对大尺寸试件承载力预测值的安全度有待商榷。对比分析国内外规范中RC构件纯扭承载力计算方法公式，基于钢筋混凝土柱纯扭加载三维细观数值模拟结果，总结钢筋混凝土柱名义抗扭强度尺寸效应规律，建立可定量反映配箍率影响的名义抗扭强度尺寸效应律公式；通过引入尺寸效应系数αh建立考虑结构尺寸效应影响的钢筋混凝土构件纯扭承载力建议预测公式，并将αh分为3个区域，综合考虑结构设计的安全性和经济性，从而保证大尺寸试件承载力预测值的安全度；通过与90个试验数据的对比，证明修正公式能有效提高大尺寸试件承载力预测值的安全储备。
2024, 46(5):152-159.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2023.052
摘要:
墩前牺牲桩防护是减小桥墩局部冲刷的主要措施之一，现有的牺牲桩防护桥墩局部冲刷研究主要集中在圆形截面，关于牺牲桩截面特性对桥墩局部冲刷的影响关注较少。通过单向流循环水槽构建冲刷环境，开展不同直径与不同截面牺牲桩防护单桩桥墩局部冲刷物理模型试验，并通过水下高清摄像以及倾斜摄影测量技术实现对局部冲刷深度发展历程和冲刷平衡时刻冲刷坑形态的精准测量，进而探究牺牲桩直径与截面形式对单桩桥墩局部冲刷防护效果的影响规律。试验表明：牺牲桩直径与截面形状是影响桥墩局部冲刷防护效果的关键因素，牺牲桩的防护效果随牺牲桩直径的增大而增强，相比方形和圆形截面牺牲桩，菱形截面牺牲桩对桥墩的冲刷防护效果更好；牺牲桩防护会影响后方桥墩冲刷坑变化的剧烈程度，防护效果越好，后方冲刷坑变化越平缓；牺牲桩防护会缩短冲刷达到平衡状态的时间，牺牲桩直径越大，到达冲刷平衡状态的时间越短。采用牺牲桩开展桥墩局部冲刷防护时，应合理确定牺牲桩尺寸和截面特性，从而提高冲刷防护效果。
墩前牺牲桩防护是减小桥墩局部冲刷的主要措施之一，现有的牺牲桩防护桥墩局部冲刷研究主要集中在圆形截面，关于牺牲桩截面特性对桥墩局部冲刷的影响关注较少。通过单向流循环水槽构建冲刷环境，开展不同直径与不同截面牺牲桩防护单桩桥墩局部冲刷物理模型试验，并通过水下高清摄像以及倾斜摄影测量技术实现对局部冲刷深度发展历程和冲刷平衡时刻冲刷坑形态的精准测量，进而探究牺牲桩直径与截面形式对单桩桥墩局部冲刷防护效果的影响规律。试验表明：牺牲桩直径与截面形状是影响桥墩局部冲刷防护效果的关键因素，牺牲桩的防护效果随牺牲桩直径的增大而增强，相比方形和圆形截面牺牲桩，菱形截面牺牲桩对桥墩的冲刷防护效果更好；牺牲桩防护会影响后方桥墩冲刷坑变化的剧烈程度，防护效果越好，后方冲刷坑变化越平缓；牺牲桩防护会缩短冲刷达到平衡状态的时间，牺牲桩直径越大，到达冲刷平衡状态的时间越短。采用牺牲桩开展桥墩局部冲刷防护时，应合理确定牺牲桩尺寸和截面特性，从而提高冲刷防护效果。
2024, 46(5):160-167.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2022.072
摘要:
利用稻壳灰、CFB脱硫灰、钢渣协同制备一种无熟料水硬性无机胶凝材料，可替代水泥用于岩土固化。为提高这种胶凝材料的活性及其他性能，研究经机械粉磨后胶凝材料的性能变化及其机理。结果表明：随着粉磨时间增加，胶凝材料的粒度分布曲线由多峰分布转变为单峰分布，标准稠度用水量减少，凝结时间缩短；水化诱导期的结束时间和第2放热峰出现时间明显提前，累积放热量增加；砂浆试件的早期抗压强度和自收缩显著增加；采用无熟料胶凝材料制备流态固化土，其初始流动扩展度随粉磨时间增加而增加，经时损失加快；机械粉磨对固化土的早期强度影响不显著，后期强度则呈现先增加后降低的趋势。采用该无熟料胶凝材料制备流态固化土，能满足一般回填工程的强度要求。
利用稻壳灰、CFB脱硫灰、钢渣协同制备一种无熟料水硬性无机胶凝材料，可替代水泥用于岩土固化。为提高这种胶凝材料的活性及其他性能，研究经机械粉磨后胶凝材料的性能变化及其机理。结果表明：随着粉磨时间增加，胶凝材料的粒度分布曲线由多峰分布转变为单峰分布，标准稠度用水量减少，凝结时间缩短；水化诱导期的结束时间和第2放热峰出现时间明显提前，累积放热量增加；砂浆试件的早期抗压强度和自收缩显著增加；采用无熟料胶凝材料制备流态固化土，其初始流动扩展度随粉磨时间增加而增加，经时损失加快；机械粉磨对固化土的早期强度影响不显著，后期强度则呈现先增加后降低的趋势。采用该无熟料胶凝材料制备流态固化土，能满足一般回填工程的强度要求。
2024, 46(5):168-174.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2022.086
摘要:
为了探明高温历程对碱矿渣混凝土残余抗压强度的影响，对不同升温速率（5、10 ℃/min）、恒温时间（1、2 h）和冷却方式（自然冷却、浇水冷却）作用后的碱矿渣混凝土残余抗压强度进行表征，并通过胶凝材料基体微观结构的高温变化对上述强度变化进行分析。结果表明：升温速率较快的情况下，当温度低于400 ℃时，热应力影响不明显，由于受热时长较短，残余强度较高；随着温度升至800 ℃，热应力影响显著，混凝土残余强度持续显著降低；800 ℃之后，热应力达到一定程度，较短的受热时长保证了较高的残余强度。恒温时间的延长会加剧胶凝材料基体结构及基体-骨料界面过渡区的劣化效应，从而引起混凝土残余强度的降低。浇水冷却降低了水化产物C-S-H凝胶的分解温度，并在混凝土内产生热应力，残余强度损失明显。
为了探明高温历程对碱矿渣混凝土残余抗压强度的影响，对不同升温速率（5、10 ℃/min）、恒温时间（1、2 h）和冷却方式（自然冷却、浇水冷却）作用后的碱矿渣混凝土残余抗压强度进行表征，并通过胶凝材料基体微观结构的高温变化对上述强度变化进行分析。结果表明：升温速率较快的情况下，当温度低于400 ℃时，热应力影响不明显，由于受热时长较短，残余强度较高；随着温度升至800 ℃，热应力影响显著，混凝土残余强度持续显著降低；800 ℃之后，热应力达到一定程度，较短的受热时长保证了较高的残余强度。恒温时间的延长会加剧胶凝材料基体结构及基体-骨料界面过渡区的劣化效应，从而引起混凝土残余强度的降低。浇水冷却降低了水化产物C-S-H凝胶的分解温度，并在混凝土内产生热应力，残余强度损失明显。
2024, 46(5):175-183.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2023.048
摘要:
为探究橡胶自密实混凝土断裂扩展模式，结合声发射RA-AF特征和高斯混合模型（GMM），利用带预制裂缝的半圆盘弯曲试件进行三点弯曲试验，选取橡胶掺量（0%、10%、20%、30%）及跨径比（0.45、0.54、0.72）为试验变量，分析橡胶自密实混凝土裂缝开展种类及变化规律。结果表明：橡胶掺量为20%时，橡胶自密实混凝土表现出较好的工作性能；橡胶掺量增加，拉伸断裂声发射事件占比增大，说明裂缝向Ⅰ型拉伸裂缝发展，并且裂缝发展具有连续的特点；增大跨径比会导致试件承载能力下降，但相同加载阶段其损伤程度逐渐降低，试件内部的断裂模式发生变化，跨径比为0.54时试件表现出较好的工作性能；GMM法显示，拉伸裂缝与剪切裂缝并非简单地以直线作为分界，而是在某些区域内共同存在，GMM法能更为合理地表述不同工况下拉伸断裂事件与剪切断裂事件发生比例的变化规律。
为探究橡胶自密实混凝土断裂扩展模式，结合声发射RA-AF特征和高斯混合模型（GMM），利用带预制裂缝的半圆盘弯曲试件进行三点弯曲试验，选取橡胶掺量（0%、10%、20%、30%）及跨径比（0.45、0.54、0.72）为试验变量，分析橡胶自密实混凝土裂缝开展种类及变化规律。结果表明：橡胶掺量为20%时，橡胶自密实混凝土表现出较好的工作性能；橡胶掺量增加，拉伸断裂声发射事件占比增大，说明裂缝向Ⅰ型拉伸裂缝发展，并且裂缝发展具有连续的特点；增大跨径比会导致试件承载能力下降，但相同加载阶段其损伤程度逐渐降低，试件内部的断裂模式发生变化，跨径比为0.54时试件表现出较好的工作性能；GMM法显示，拉伸裂缝与剪切裂缝并非简单地以直线作为分界，而是在某些区域内共同存在，GMM法能更为合理地表述不同工况下拉伸断裂事件与剪切断裂事件发生比例的变化规律。
2024, 46(5):184-190.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2022.100
摘要:
氯离子侵蚀对钢筋混凝土结构有严重的劣化作用，混凝土中的裂缝为氯离子的快速扩散提供了通道，进而加快了结构力学性能的失效速度。现有研究多集中于单一裂缝特征因素对氯离子扩散系数的影响，根据试验结果给出的拟合公式具有局限性。结合机器视觉技术提取和量化多个裂缝特征因素，构建考虑裂缝密度、裂缝内界面粗糙度和裂缝取向度叠加影响的代表性单元体积（REV）模型，并计算其等效扩散系数，将已有研究的试验结果与基于REV模型的计算结果进行对比。结果表明：不同盐冻条件下的平均相对误差为1.6%，完成28次盐冻后不同初始裂缝条件下的平均相对误差为2.9%，计算结果与试验结果较为吻合，表明提出的开裂混凝土中氯离子等效扩散系数具有较好的可靠性。
氯离子侵蚀对钢筋混凝土结构有严重的劣化作用，混凝土中的裂缝为氯离子的快速扩散提供了通道，进而加快了结构力学性能的失效速度。现有研究多集中于单一裂缝特征因素对氯离子扩散系数的影响，根据试验结果给出的拟合公式具有局限性。结合机器视觉技术提取和量化多个裂缝特征因素，构建考虑裂缝密度、裂缝内界面粗糙度和裂缝取向度叠加影响的代表性单元体积（REV）模型，并计算其等效扩散系数，将已有研究的试验结果与基于REV模型的计算结果进行对比。结果表明：不同盐冻条件下的平均相对误差为1.6%，完成28次盐冻后不同初始裂缝条件下的平均相对误差为2.9%，计算结果与试验结果较为吻合，表明提出的开裂混凝土中氯离子等效扩散系数具有较好的可靠性。
2024, 46(5):191-203.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2023.023
摘要:
随着群体智能算法在路面参数反演中的成功应用，复杂多元非线性优化难题得以解决，但算法的选择仍然是路面参数反分析问题中亟待解决的难题。针对路面参数反分析中模型复杂、反演参数众多、绝大多数运算时间消耗在正算程序上等问题，选择8种常见的群体智能算法，开展限定正算调用次数下算法性能相关研究，并以考虑材料横观各向同性以及层间接触状态的路面结构参数反演问题为例，对群体智能算法进行实际测试。结果表明：不同算法各具特点，其中，粒子群算法、遗传算法、头脑风暴算法、人工蜂群算法以及烟花算法在多峰问题上具有较好的适用性；萤火虫算法在解决最优解附近存在平缓区域的问题时具有较快的收敛速度；对于遗传算法，实数编码方式后期收敛速度较二进制编码方式有所提高，但对于多峰问题的搜索能力有所下降；鱼群算法、混合蛙跳算法仅有在较大正算调用次数下才有较好的寻优能力。对于路面参数反演问题，从弯沉曲线匹配上看，粒子群算法、遗传算法、头脑风暴算法以及萤火虫算法均有较好的反演结果；而从相关系数上看，头脑风暴算法具有最佳反演结果。
随着群体智能算法在路面参数反演中的成功应用，复杂多元非线性优化难题得以解决，但算法的选择仍然是路面参数反分析问题中亟待解决的难题。针对路面参数反分析中模型复杂、反演参数众多、绝大多数运算时间消耗在正算程序上等问题，选择8种常见的群体智能算法，开展限定正算调用次数下算法性能相关研究，并以考虑材料横观各向同性以及层间接触状态的路面结构参数反演问题为例，对群体智能算法进行实际测试。结果表明：不同算法各具特点，其中，粒子群算法、遗传算法、头脑风暴算法、人工蜂群算法以及烟花算法在多峰问题上具有较好的适用性；萤火虫算法在解决最优解附近存在平缓区域的问题时具有较快的收敛速度；对于遗传算法，实数编码方式后期收敛速度较二进制编码方式有所提高，但对于多峰问题的搜索能力有所下降；鱼群算法、混合蛙跳算法仅有在较大正算调用次数下才有较好的寻优能力。对于路面参数反演问题，从弯沉曲线匹配上看，粒子群算法、遗传算法、头脑风暴算法以及萤火虫算法均有较好的反演结果；而从相关系数上看，头脑风暴算法具有最佳反演结果。
2024, 46(5):204-210.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2022.073
摘要:
土体的阻尼比是土层动力分析和评价必不可少的重要动力性能参数，但滞回曲线具有多样性和复杂性，利用规范法计算阻尼比时数据量过多导致数据的筛选和整理困难，适当地对滞回曲线进行简化有助于快速处理和分析试验数据。为研究南京地区长江漫滩淤泥质粉质黏土在地铁列车循环荷载作用下阻尼比的变化和特性，对土体进行动三轴试验，分析土体的阻尼比在不同固结围压和动荷载幅值下的变化过程，并根据土体动应力-应变滞回曲线的几何特征和循环荷载的物理意义，采用多个循环次数作为一个代表性循环单元的思路对阻尼比进行简化计算。结果表明：土体的阻尼比随着动应变的增加呈快速增长—缓慢增长—保持平稳的3阶段发展趋势；随着固结围压的增加，土体的阻尼比逐渐减小；随着动荷载幅值的增大，土体的阻尼比增加。简化方法中，代表性循环单元内循环次数越多，计算得到的阻尼比规范法所得数值越小，在精度合适的情况下，可以作为阻尼比计算的实用方法，以减少计算时的数据处理及计算量。
土体的阻尼比是土层动力分析和评价必不可少的重要动力性能参数，但滞回曲线具有多样性和复杂性，利用规范法计算阻尼比时数据量过多导致数据的筛选和整理困难，适当地对滞回曲线进行简化有助于快速处理和分析试验数据。为研究南京地区长江漫滩淤泥质粉质黏土在地铁列车循环荷载作用下阻尼比的变化和特性，对土体进行动三轴试验，分析土体的阻尼比在不同固结围压和动荷载幅值下的变化过程，并根据土体动应力-应变滞回曲线的几何特征和循环荷载的物理意义，采用多个循环次数作为一个代表性循环单元的思路对阻尼比进行简化计算。结果表明：土体的阻尼比随着动应变的增加呈快速增长—缓慢增长—保持平稳的3阶段发展趋势；随着固结围压的增加，土体的阻尼比逐渐减小；随着动荷载幅值的增大，土体的阻尼比增加。简化方法中，代表性循环单元内循环次数越多，计算得到的阻尼比规范法所得数值越小，在精度合适的情况下，可以作为阻尼比计算的实用方法，以减少计算时的数据处理及计算量。
2024, 46(5):211-220.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2023.092
摘要:
探究水-力耦合作用下裂隙岩体的力学响应和破坏机制，对解决水-力耦合工况下岩体工程安全与稳定问题具有重要意义。基于Biot多孔介质理论及弹性理论，提出一种水-力耦合相场数值模拟方法，提出交错时间积分方案来获得流体压力和固体变形的稳定解，得到的控制方程式采用全饱和多孔介质弹性理论的体积应变分离和偏应变分离。通过模拟水力压裂与天然裂隙相互作用等数值算例验证了数值模型的有效性和正确性。此外，为探究实际工程开挖过程中的卸载破坏机理，结合钻孔注液试验数值实例，建立一个裂隙岩体水-力耦合卸载破坏模型，模拟水-力耦合条件下裂隙岩体卸荷破坏全过程。结果表明：在水-力耦合卸载破坏过程中，混合拉-剪裂纹的扩展和连接主导了最终破坏模式；初始围压、初始卸荷应力状态对剪切裂纹的发育具有促进作用，水压则反之。
探究水-力耦合作用下裂隙岩体的力学响应和破坏机制，对解决水-力耦合工况下岩体工程安全与稳定问题具有重要意义。基于Biot多孔介质理论及弹性理论，提出一种水-力耦合相场数值模拟方法，提出交错时间积分方案来获得流体压力和固体变形的稳定解，得到的控制方程式采用全饱和多孔介质弹性理论的体积应变分离和偏应变分离。通过模拟水力压裂与天然裂隙相互作用等数值算例验证了数值模型的有效性和正确性。此外，为探究实际工程开挖过程中的卸载破坏机理，结合钻孔注液试验数值实例，建立一个裂隙岩体水-力耦合卸载破坏模型，模拟水-力耦合条件下裂隙岩体卸荷破坏全过程。结果表明：在水-力耦合卸载破坏过程中，混合拉-剪裂纹的扩展和连接主导了最终破坏模式；初始围压、初始卸荷应力状态对剪切裂纹的发育具有促进作用，水压则反之。
