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期刊信息/Journal information
应用基础与工程科学学报
应用基础与工程科学学报

倪晋仁

双月刊

1005-0930

jbse@iee.pku.edu.cn;jbse@vip.163.com

010-62753153

100871

北京大学老地学楼110室

应用基础与工程科学学报/Journal Journal of Basic Science and EngineeringCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊是经国家科技部和国家新闻出版署批准国内外公开发行的综合性学术期刊，1993年由北京大学、清华大学、中国科学院等单位的一些优秀青年学者共同创办。本刊编委全部是在国内外获得博士学位并具有高级职称的优秀中青年学者。本刊主反映国内外自然科学与工程科学，尤其是新兴与交叉学科领域研究的最新成果，为从事新兴学科及高技术领域研究的学者提供对外交流的窗口和发表研究论文的机会。读者对象为国内外从事自然科学特别是交叉学科研究的科研人员、管理人员和大专院校师生。
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    尿素预水解策略对微生物-活性氧化镁联合固化软黏土的影响

    雷光会王瑞王少丹王海猛...
    1349-1359页
    查看更多>>摘要：我国基础设施建设导致产生大量工程弃土,为实现软黏土的固化与资源化利用,提出了基于尿素预水解策略的生物碳化活性氧化镁技术.通过开展一系列的无侧限抗压强度测试、酸洗测试、干密度和含水率测试,重点探究了固化方式、预水解时间和尿素浓度对土体固化性能的影响.研究结果表明:(1)预水解策略可实现软黏土的高效固化,养护7d后生物碳化试样的强度相较于未预水解试样提升了 1.5倍,甚至与养护28d水泥固化试样的强度相当;(2)预水解时间和尿素浓度的增加均可提高尿素水解量并产生更多碳酸根参与到活性氧化镁的生物碳化,但固化试样的强度整体呈现出先增后减的趋势,最优预水解时间和最优尿素浓度分别为12h和2mol/L;(3)适当增大碳酸根含量可促进更多胶结产物水合碳酸镁的形成,以提高固化试样的强度;但过高的碳酸根含量反而会影响水合碳酸镁的胶结性能,导致强度降低.

    软黏土活性氧化镁生物碳化预水解微生物无侧限抗压强度

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    磷石膏-矿渣-石灰固化底泥力学性能及微观机理

    吴军张金生谈云志张晟...
    1360-1373页
    查看更多>>摘要：采用石灰作为碱性激发剂激发工业废渣(磷石膏和矿渣)的活性用于固化河湖底泥,可减少能源消耗和环境污染,形成"以废治废"的绿色发展模式.基于此提出了以磷石膏-矿渣-石灰三元固化剂(PSCA)对河湖底泥进行固化的方法.首先,采用无侧限抗压强度试验研究了不同掺量PSCA和养护龄期对固化底泥力学性能的影响;然后,借助扫描电镜、X射线衍射和压汞试验从水化产物和孔隙结构角度揭示了其固化机理.试验结果表明:PSCA固化底泥早期强度较低,但后期强度增长较快,28d强度可达到1.53MPa,高于同掺量普通硅酸盐水泥固化底泥的强度.微观结果表明PSCA固化底泥中含有大量的絮状C-S-H产物和针棒状钙矾石晶体,前者主要贡献胶凝强度,而后者主要贡献密实强度.经济和环境分析表明PSCA单位强度成本(28d龄期)和碳排放量分别为水泥的59.1％和14倍,具有良好的经济和环境效益.该研究成果可为底泥提供一种可持续固化材料和技术,对我国底泥和固废的安全处理和资源化利用具有重要的科学意义和实用价值.

    工业废渣碱性激发固化底泥力学性能微观结构固化机理

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    液固比、成型压力和碳化时间对镁渣碳化性能的影响

    孙伟吉刘浪方治余朱梦博...
    1374-1393页
    查看更多>>摘要：镁渣是一种碳化后具有高力学性能和Co2储存能力的工业固废.目前,针对镁渣碳化方面的研究相对较少.探究了液固比、碳化时间和成型压力对镁渣碳化性能的影响,重点讨论了 3种条件下镁渣试块的碳化程度与固碳效率.通过压力测试、热重分析、X射线衍射、红外光谱、扫描电镜和压汞分析等试验测试,对碳化试块的力学性能、碳化产物、矿物成分以及微观形貌进行表征.结果表明:(1)镁渣在高浓度CO2湿润环境下,其自身含有的矿物主相y-硅酸二钙(y-C2S)能快速反应生成碳酸钙晶体和聚合度较高的二氧化硅凝胶,形成类似于水化硅酸钙凝胶结构,提升碳化镁渣试块的力学性能.(2)碳化镁渣试块的力学性能与固碳效率均随液固比、成型压力、碳化时间的增加而增加.(3)当液固比为1:4、成型压力为30MPa、碳化时间为12h时,碳化镁渣试块的抗压强度高达69.7MPa,固碳效率达到10.9％.由此可知,碳化养护可以将镁渣转化为高力学性能的新型储碳材料,这也为镁渣的资源化利用和矿化封存CO2提供了新思路.

    碳化镁渣液固比成型压力碳酸化反应碳酸钙晶体

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    地震作用对砂土中土拱效应影响的模型试验研究

    孙常新胡江凡裴书锋张玉洁...
    1394-1406页
    查看更多>>摘要：土拱效应对地下结构的抗震稳定性具有重要影响,目前有关地震作用对土拱效应影响的研究较少.通过改进后的试验装置重复经典Trapdoor试验,并对土拱效应的土体模型施加地震作用,研究了土拱效应的发展阶段与影响范围、土拱效应影响下的土压力分布与土体位移以及土拱效应在地震作用下的变化,分析了地震作用对土拱效应的影响机理,讨论了 土拱效应的变化对地下结构抗震稳定性的影响.研究结果表明:土拱效应的发展过程可以分为初始阶段、过渡阶段和稳定阶段,土拱效应的影响范围沿Trapdoor中心对称分布,宽度为2B(B为Trapdoor宽度),土拱效应影响范围内的土压力非均匀分布,Trapdoor区域上的土压力从边缘到中心逐渐增大,固定区域上的土压力从边缘到中心逐渐减少;土拱效应影响下的土体可以分为塌落区、土拱区和稳定区,土拱区破坏导致土拱效应在地震作用下发生衰退,土体埋深越小和Trapdoor位移越大时,地震作用对土拱区的破坏越大,土拱效应的衰退越严重;存在土体的临界埋深3B和地层损失平均高度的理想范围为1.3％B～4.2％B,当土体埋深大于临界埋深且地层损失的平均高度控制在理想范围内时,地下结构上方的土拱效应发展程度最大,地震作用对土拱效应的影响最小,最有利于地下结构的抗震稳定性.

    地下结构抗震土拱效应地震作用Trapdoor模型试验砂土PIV土体位移

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    改进PINNs算法及其在非线性固结求解中的应用

    兰鹏张升苏晶晶
    1407-1419页
    查看更多>>摘要：饱和软土非线性固结模型求解以数值方法为主,解析求解较为困难.以连续排水边界条件下的一维非线性固结问题为例,介绍了一种新的非传统数值方法——物理信息神经网络(PINNs)方法,并引入硬约束对原始PINNs算法进行修正,获得了具有较高计算精度的改进PINNs(PINNs-H)数值解.此外,基于孔隙水压力的时空测量数据,采用PINNs-H算法对固结模型中的非线性因子(Nσ)进行了反演.结果表明:在压缩指数Cc与渗透指数Ck比值等于1时,PINNs-H解与解析解吻合良好,而PINNs解误差较大;当Cc/Ck ≠ 1时,对比有限差分解,PINNs-H解是连续的,且基于较少的训练样本点,即可获得相似的平均固结度解答;PINNs-H算法能够获得准确的No反演结果,而PINNs算法则反演偏差较大.该方法为研究软土固结问题提供了一种新的求解思路.

    非线性固结深度学习数值方法物理信息神经网络参数反演连续排水边界硬约束

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    高孔隙软岩爆破能量传输规律与爆破大块形成机制

    冷振东贾永胜卢文波孙金山...
    1420-1433页
    查看更多>>摘要：高孔隙率软岩在爆炸荷载作用下的破碎力学机制与普通岩石存在显著的差异.基于冲击动力学与爆炸力学理论,建立了考虑岩石孔隙率的爆破能量传输效率模型,理论分析表明,岩体的孔隙结构影响着爆炸能量在炸药和岩石界面间的传输,应力波的衰减随着孔隙率的增加而增大.采用数值计算研究了爆破破坏分区和爆破块度分布与孔隙率的定量关系,揭示了高孔隙软岩的爆破大块形成机制.计算结果表明,孔隙率对爆破裂纹的拓展同时存在着"促进"和"抑制"两种作用:当孔隙率较低时(φ＜10％),对裂纹的"促进"作用占主导,爆炸能量主要消耗在固相介质破裂形成新破裂面上;当孔隙率较高时(φ＞15％),对裂纹的"抑制"作用占主导,爆炸能量主要被消耗在孔隙变形和压溃上,在裂隙区的裂纹长度减小,细小裂纹的拓展受到抑制,导致高孔隙软岩中爆破大块的形成.研究成果有助于优化高孔隙软岩中的爆破设计,提高爆破能量利用率.

    钻孔爆破孔隙率爆破破碎能量传输大块率

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    基于ISSA-ELM的土体参数反演与变形预测方法

    张坤勇苏政凯聂美军郭楷文...
    1434-1448页
    查看更多>>摘要：基坑工程有限元模拟中土体参数的选取对最终结果的准确性具有重要影响,快速、准确地获取土体参数及预测结构变形,对工程的建设具有重要意义.基于此,提出一种地下空间开发土体参数反演及地下结构变形预测方法,主要包括以下方面:(1)算法改进.在麻雀算法SSA基础上,通过引入Tent混沌扰动映射函数、Cubic混沌映射初始化种群及精英反向学习初始化种群构建改进的麻雀算法ISSA.对ISSA及其他4种算法的性能评估结果表明,ISSA算法在全局搜索以及收敛速度上有明显优势;(2)参数选取.基于能够反映基坑开挖土体应力状态的修正剑桥模型对离散程度较大的参数进行敏感性分析,得到参数关联性排序为κ＞e0＞M＞λ＞v＞κ0;(3)模型构建.设计50组正交试验,进行考虑基坑施工过程的有限元模拟,并提取地连墙的水平位移作为学习样本.构建ISSA-ELM网络模型进行土体参数反演,并利用小样本检验网络模型的精度;(4)工程验证.基于监测数据进行土体参数的反演及地下结构的变形预测,结果表明后续工况下的反演分析预测值相对更接近监测值,数据的更新能让反演和预测更具准确性.

    基坑开挖有限元模型ISSA敏感性分析本构模型参数反演变形预测

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    晶粒尺寸对花岗岩动态劈裂力学特性及断面粗糙度影响的试验研究

    贾蓬钱一锦毛松泽徐雪桐...
    1449-1462页
    查看更多>>摘要：岩石的晶粒尺寸对岩石的动力学特性具有重要影响,为探明晶粒尺寸对花岗岩动态劈裂力学特性及断裂面粗糙度特征的影响,分别对两种晶粒尺寸的花岗岩进行不同应变率条件下的冲击劈裂试验.结果表明:两种晶粒尺寸的花岗岩动态劈裂强度与最大吸收能均随应变率的提升而增加,具有明显的应变率效应;晶粒尺寸对相近应变率条件的花岗岩动态劈裂强度与最大吸收能影响不明显;但粗细粒花岗岩能量利用率随应变率增加降低,降低趋势差异明显,粗粒花岗岩存在阈值应变率,平均应变率小于35.24s-1时,能量利用率降低明显,大于35.24s-1时降低缓慢;粗粒花岗岩的最终破坏模式表现为Ⅱ型劈裂破坏,随应变率增加端部楔形破坏区向中心延伸,而细粒花岗岩的最终破坏模式表现为随应变率增加,由Ⅰ型劈裂破坏变为Ⅱ型劈裂破坏.利用三维断面扫描所得的断面数据进行两类花岗岩断面粗糙程度的量化分析,结果表明,粗粒花岗岩的断面粗糙度指标Z2与Rs在相同应变率条件下总体上均大于细粒花岗岩,用断面粗糙度指标Z2预测花岗岩的动态劈裂力学指标的效果优于Rs.

    花岗岩晶粒尺寸动态巴西劈裂应变率粗糙度动态力学特征能量特征

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    考虑侧壁摩擦的埋置结构扰动沉降计算方法研究

    曹洋丁笑寒陶静李国政...
    1463-1473页
    查看更多>>摘要：大体积地下埋置结构除承受下部地基支撑外,侧壁与土体的大面积接触将产生显著的摩擦效应,由此导致的结构附加变位有待重点关注.以外部施工扰动引起的地层及其内部既有结构物沉降为研究目标,在考虑埋置结构伴随下部地层出现下沉的基础上,观察侧壁摩擦对结构沉降的影响,从而得到更为精确的大体积结构物竖向扰动变位计算结果.借助盾构隧道下穿地下行车通道开挖这一典型工程案例,首先基于Pasternak地基模型并结合两阶段分析方法,建立通道结构在开挖扰动作用下的力学平衡方程,进而在结构侧壁与土体间引入Clough-Duncan 双曲线模型,进一步建立在结构.地层竖向摩擦作用 下的荷载平衡公式,描述摩擦力对行车通道沉降的附加效果,并利用有限差分方法对方程进行循环迭代求解,最后通过实际工程案例验证该计算方法的适用性.结果表明,盾构隧道下穿开挖扰动带来埋置结构与两侧地层不同程度的沉降变形,由此形成的行车通道与侧面土体沉降差在结构侧壁产生显著的剪切应力,通道侧壁与土体较大的接触面积使地层沉降带动结构物继续下沉,软弱土地层中摩擦力对应的计算结果增量高达30％以上.因此,对于大体积地下埋置结构而言,由侧壁摩擦导致的结构竖向附加变位不可忽略.

    埋置结构扰动变位侧壁摩擦Clough-Duncan双曲线模型盾构下穿计算方法

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    连梁-桩结构荷载传递特性试验研究

    邓友生张克钦赵明华李文杰...
    1474-1485页
    查看更多>>摘要：针对高层建筑地基易产生蝶形沉降的缺陷,提出一种便于施工且整体性较强的连梁-桩结构基础.为研究新型基础的竖向承载特性,开展了室内模型试验,并通过有限元方法进一步计算其特性.建立塑性损伤模型以研究结构受荷时的易损区域,为结构设计提供参考.试验与计算研究结果表明:连梁-桩结构的荷载-沉降曲线为缓变型,其沉降相较于群桩减小38.92％;轴力在连梁与桩连接处会产生突变减小,连梁对于桩体受力具有改善作用,不同位置桩体轴力分布大致相同,连梁轴力大于桩体;连梁内外摩阻力差异较大,内侧摩阻力接近于0而外侧摩阻力较大;连梁在受荷过程中能发挥良好荷载传递作用,产生较大的拉力;连梁-桩结构不存在传统基础的蝶形沉降现象;组合结构基础的主要受压损伤区域为下部桩体,连梁主要受拉损伤,连梁的四角处与桩-连梁连接处为结构易损面,应对其进行适当加固.

    连梁-桩结构高层建筑地基基础模型试验有限元承载特性

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