能源桩传热特性与热-力响应研究综述

能源桩将地源热泵系统与传统桩基结合,具有换热效率高、占用空间少和成本低等优点。梳理近年来关于能源桩的传热和承载性能两个方面的研究进展,分析能源桩传热性能的影响因素及机理、热—力耦合状态下的结构响应及传热、结构响应的数值模型。在此基础上,提出能源桩下一步的研究建议与展望。分析指出:螺旋形管体的换热面积最大,换热效率最佳;在循环剪切作用下,能源桩的桩—土界面侧摩阻力衰减,使桩基承载力不断弱化;此外,一个周期中的制冷/制热需求不均可能引起地表温度失衡,从而影响换热效率。能源桩的优化设计及长期服役的可靠性将是未来研究的重点。

生物炭混凝土生命周期CO_(2)排放评价

为评价生物炭混凝土的CO_(2)排放量,采用生命周期评价技术构建了生物质热解生产生物炭过程的碳排放计算模型、生物炭混凝土从原材料生产到混凝土拆除废弃阶段CO_(2)排放量化模型和生物炭混凝土服役期碳化-吸收模型,同时研究了生物炭按质量比例取代水泥对混凝土力学性能的影响。在此基础上,计算了1 m^(3)C30生物炭混凝土的CO_(2)排放量,并与普通C30混凝土CO_(2)排放量进行对比。结果表明:生物炭作为一种碳负性材料,其碳元素含量越高,CO_(2)减排效果越好;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,有效地提高混凝土的力学性能;生物炭混凝土生命周期CO_(2)排放量随生物炭取代率的提高而降低,5%取代率的1 m^(3)木屑生物炭混凝土相比普通C30混凝土,可减排CO_(2)66.5 kg,减排率为20.7%;生物炭混凝土在服役期内因碳化吸收CO_(2)占总碳排放量的1.8%~2.5%,而拆除废弃阶段由于混凝土的比表面积呈指数增长,碳化吸收量需要进一步研究。

基于连续介质热力学的冻土中未冻水含量与温度的关系

许多关于未冻水含量与温度之间关系的经验公式缺乏连续介质热力学理论的证明,且在温度接近0℃时出现奇异,因此不能很好地拟合冻土中未冻水含量与温度之间的关系曲线。从引入未冻水含量作为内变量和与内变量功共轭的相变潜热出发,利用连续介质热力学理论推导出冻土中未冻水含量与负温绝对值关系的理论公式。实验证明,所求得的公式可以很好地拟合冻土中未冻水含量与负温绝对值的关系曲线。

封闭系统中饱和冻结粘土冻胀率的解析解

冻土冻胀变形是由于土样中的水变成冰,使得土样的孔隙受到法向冻胀力的作用,导致孔隙扩展,土体的冻胀率由孔隙的扩展长度和水变成冰的膨胀率决定。封闭系统中饱和冻结粘土冻胀过程中,孔隙受到冻胀力的作用使得孔隙长轴扩展、短轴膨胀,长轴尖端屈服,致使孔隙的面积增大。通过分析孔隙受到冻胀力的作用而扩展,借助小屈服假设求得冻胀量的解析解。对青藏高原北麓河白青粘土的实验表明,所求得的解析解与实验结果较好地吻合。

青藏铁路高温冻土区蠕变沉降稳定时间的确定

青藏铁路高温冻土区路基的沉降变形主要来自原天然上限以下冻土的蠕变变形。路基建成后,冻土层受到附加应力的作用而产生蠕变,至今这种变形没有稳定的趋势。通过高温冻土蠕变的结果调整自己的应力,使它能承受来自路基施加的附加应力,以求得青藏铁路高温冻土区蠕变稳定时间。

青藏线路基纵向裂纹形成和扩展的机理

在多年冻土地区,尤其是高含冰量的多年冻土区,阴阳坡的出现给路基的稳定性带来了极大的危害。路基两侧往往出现了大量的纵长宽大裂缝,部分裂缝甚至贯穿路基。本文通过对路基现场温度进行监测分析,得出路基纵向裂纹形成的原因是路基下的冻土融沉引起路基应力场重新分布;借助断裂力学定性的分析了裂纹在路基内部的扩展趋势,定性分析的结果与现场的路基剖面图是一致的,最后就裂纹今后的扩展的趋势和有可能的危害进行初步预测。

青藏铁路路堤纵向裂纹形成与扩展的力学机理

在多年冻土区修建路堤,打破了原来天然地表与外界的热力平衡,引起地下温度场重新分布,使得路堤两侧的天然地表下多年冻土融沉,造成整个路堤应力场局部出现应力集中,导致路堤的两侧出现了大量的纵长宽大裂纹。这些裂纹在上覆荷载作用,尤其是列车动荷载或者地震作用下,有可能发生路堤的突然沉陷,严重危害行车安全。就路堤应力集中现象来讨论裂纹的形成和扩展力学机理,即裂纹扩展主要受拉应力作用,而裂纹的扩展角受剪应力的控制。

多孔再生骨料混凝土强度及透水性能研究

多孔再生骨料混凝土是一种新型环保型材料,为满足强度及透水性能的要求,利用普通压力试验机和自制透水试验装置对试件的7 d强度及透水系数进行了测试。分别取再生骨料取代率为0、50%、100%,水灰比为0.25、0.27、0.30,目标孔隙率为0.2和0.25,分析三个因素对多孔混凝土强度及渗透性能的影响。试验表明再生骨料因具有疏松多孔的特性,多孔再生混凝土强度随取代率的增加而降低。实测孔隙率与目标孔隙率吻合,孔隙率越大,强度值越低,透水性能越好。多孔再生混凝土孔隙率与透水性具有很好的相关性。

混凝土内氯离子扩散影响因素的研究综述

随着建筑行业的迅速发展,钢筋混凝土结构得到了广泛应用。但钢筋混凝土结构长期处在氯盐环境中易发生钢筋腐蚀现象,从而降低结构的耐久性。因此,全面系统地认识混凝土内氯离子扩散的影响有助于解决结构氯盐侵蚀问题。氯离子在混凝土中的传输机制极其复杂,其中扩散是氯离子传输的主要机制。文章梳理了国内外近年来关于混凝土内氯离子扩散的研究进展,重点评述了混凝土内氯离子扩散的影响因素,笔者认为低水灰比、加入掺和料、适当增加保护层厚度、限制裂缝宽度等基本措施可以有效减缓钢筋腐蚀。若结构处于恶劣环境中,在采取基本措施的基础上,还需要进一步采取附加措施,主要包括添加缓蚀剂、进行表面涂层、电化学处理等。这些措施得到了一系列的理论及试验验证,为工程应用提供了可行性参考。

重塑膨胀岩热传导性能及影响因素试验研究

以南宁第三系膨胀泥岩为研究对象,采用热探针法研究含水率、干密度、温度及体积变形率对重塑膨胀岩试样导热系数的影响。研究表明:重塑膨胀岩的导热系数随着含水率、干密度的增加而升高,当含水率从10.4%上升至21.9%时,其导热系数最高上升了135.7%,当干密度从1.50 g/cm^(3)增加到2.00 g/cm^(3)时,其导热系数最高上升了133.9%,主要原因是含水率的增加减少了土中空气的热阻作用,干密度的增加使土颗粒之间的接触更为紧密;在潜热传输的作用下,重塑膨胀岩的导热系数随温度的增长而升高,土颗粒在温度的影响下粒径不断增大并发生聚集,为潜热传输提供了有利的条件,重塑膨胀岩导热系数随温度的增长呈现缓慢增长和迅速增长2个不同的阶段;重塑膨胀岩的导热系数随体积变形率的增加而降低,当变形率从0.5%增加到5%时,膨胀岩的导热系数降幅在5.7%~29.5%之间,这是由于吸水膨胀后膨胀岩试样更为松散,土颗粒之间的接触减少。

青藏铁路冻土路基路堤、路堑过渡带试验研究

根据青藏铁路北麓河试验段路堤、路堑过渡带近5年来的地温和变形监测资料,分析挖方段、零填段及填方段的冻土上限变化和路基变形特性。研究结果表明:挖方段,2002和2004年的多年冻土人为上限均为1.6 m,相对原天然上限下降量为0.5 m,但在2005年冻土上限有所回升,其变形主要表现为路基换填土层的固结变形;零填段,冻土上限上升量较大,2005年上升量达2.5 m,其变形主要来自活动层的压密变形;填方段,冻土上限有所上升,2005年上升量为0.7 m,其变形主要为天然上限以下冻土层的压缩及蠕变变形;到2005年12月,此过渡带路基均没有发生融沉变形,路基热稳定性好;从总沉降变形量来看,路堤断面变形量最大,零填断面变形量次之,路堑断面变形量最小,2004年11月后,总变形已基本趋于稳定。路基纵向变形比率最大为1.3∶1 000,小于线路设计坡度的3∶1 000,路基纵向沉降变形比较均匀,路面平顺性较好,能满足列车安全行驶的要求。

青藏铁路道砟层对冻土路基热状况影响分析

在青藏铁路北麓河试验段设置试验断面,对地温及热流量进行观测,研究青藏铁路道砟层对路基下伏冻土热状况的影响。研究分析表明:道砟层在暖季阻止外部热量进入下伏冻土,冷季阻止路基内部热量扩散,且道砟层在暖季保温效果明显,而在冷季其降温效果并不明显;相同深度处道砟层下土体的年平均温度比砂砾路面下土体的年平均温度约低2℃;道砟层对路基下伏冻土起降温效果主要是因为其在暖季屏蔽了大部分外界热量,促使道砟层下土体年总热量收支呈现负值,从而起到很好的降温效果。因此,铺设道砟层有利于冻土路基的热稳定性。

仅热交换条件下冻土未冻水含量的热力学理论

许多9关于未冻水含量与温度之间关系的经验公式,都缺乏连续介质热力学理论的证明。从引入未冻水含量作为内变量和与内变量功共轭的未冻水势出发,利用连续介质热力学理论推导出只有热交换条件下冻土未冻水含量公式,其结果与常用经验公式一致。通过对高温-高含冰量冻土未冻水含量的实验证明,该公式同样具有较好的可信度。

北部湾区域高校混凝土结构课程教学改革研究

混凝土结构课程是土木工程专业的核心课程之一。文章以广西大学为例,结合北部湾区域特色,就当前该课程教学过程中面临的一些问题,对混凝土结构课程的理论教学和实践教学进行改革和创新,以提高学生的学习兴趣和动手能力,引导学生深入了解混凝土结构的基本原理,切实掌握混凝土结构设计的基本方法。

城市模型反射率测量方法与运用

介绍了一种测试城市模型反射率的试验方法。制作10个条形和十字形的城市模型进行测试,观测路面不同反射率对城市反射率的影响,并将实测模型反射率与ASTM E1918-06规范计算结果进行对比。研究发现：瞬时太阳辐射强度变化值在规范允许范围内,模型计算的反射率与ASTM E1918-06测量值的误差在0~0.1之间。当峡谷纵横比（建筑物高度与路面宽度之比）为1.0时,路面反射率从0.15提高到0.65,城市峡谷反射率增幅在0~0.30之间;提高路面反射率并不能有效提高城市峡谷反射率,尤其是纵横比较大的深峡谷。城市峡谷中的多重反射抑制城市反射率的提高。同时,反射路面将给行人增加额外的辐射通量,可能带来热不适感和眩光刺眼等问题。因此,应谨慎看待反射路面作为一个缓解城市热岛效应策略。

屋面雨水收集缓解城市内涝时效分析

针对屋面降雨散落造成城市地面产生径流形成内涝等问题,通过对现有的蓄水池结构进行改造,在蓄水池底部设置不同孔径的排水孔,使得降雨时雨水先收集到蓄水池,降雨后缓慢排入土壤或地下管网,达到延长排水时间,降低径流峰值从而降低地下管网堵塞概率。通过设计实验和模拟分析得出以下结论:土壤渗透系数大和排水孔径小时排放到土壤的效果最好;排水孔径越小,雨水进入地下管道时间越长,径流降低系数越大;设计相同体积蓄水池时,底面积越小蓄水量越大。通过理论和实际验证蓄水池改进技术的可行性,为治理城市内涝提供一种新方法。

高周加载频率对混凝土损伤的影响

用传统的疲劳线性和非线性累积律对疲劳损伤和疲劳寿命的预测,一般没有考虑加载频率对疲劳损伤和疲劳寿命的影响。笔者从量纲和谐的角度认为疲劳损伤和疲劳寿命的泛函应该包含加载频率,并对加载频率的影响函数进行探讨。

反射路面对城市峡谷反射率的影响

太阳辐射在城市峡谷内形成多重反射,加剧城市热岛效应。峡谷太阳辐射吸收量与城市结构、墙体和路面反射率及时间显著相关。建立城市峡谷反射率数值模型,评估提高路面反射率能否有效提高城市峡谷反射率,并探讨反射路面对邻近建筑墙体的反射与散射辐射的影响。通过现场观测数据验证数值模型的可靠性。研究结果表明:建筑物高度与路面宽度之比(纵横比)是城市峡谷反射率最关键的影响因素,当峡谷纵横比<1.0时,路面反射作用较为明显;而且,相对于冬季,夏季时峡谷内反射路面能向邻近建筑物反射更多的额外散射辐射,而峡谷走向对额外散射辐射的影响较小。当峡谷纵横比<1.0时,建议采用反射路面缓解城市热岛。

力学中的最优值与黄金数的关系研究

力学中存在着许多最优值问题,过往研究更多地从数学和力学角度分析,鲜有分析最优值与美学中的黄金数0.618的关系。通过理论研究发现:(1)黄金方程可以反映悬臂梁在常见荷载作用下的弯矩分布规律,梁的反弯点位置与黄金数相关;(2)在材料力学中,摩尔圆确定应力状态,却忽略了中间主应力的效应,当岩石的拉压强度比是黄金数的倒数时,中间主应力与其他主应力的关系满足黄金比例,此时岩石强度达到最大值;(3)当岩石的拉压强度比为黄金数的3次方时,土体的内摩擦角为36°,是所有常见土体中的最大平均值。黄金数不仅可以作为提高力学效率的关键判定因素,还可以应用于各类工程中,为工程设计的合理性与经济性的统一打下基础。

寒区路基遮阳的热流平衡模型及其应用

在路肩上铺设遮阳板是冷却多年冻土路基的一种重要工程措施,遮阳板上下表面及路肩的热流量控制其降温效果,但现有的研究大多分析实地遮阳板的降温效果以及遮阳板的设计参数。基于能量平衡原理,构建遮阳板与路肩的热流平衡理论模型并利用实测数据验证模型的准确性。经过对模型参数敏感性分析发现:减小遮阳板下表面热辐射系数可以有效地降低遮阳板到路肩表面的长波辐射量,从而降低路面温度。而增大遮阳板下表面的风速对减少路肩热吸收量的贡献很小。因此,减小板下表面的热辐射系数同时将遮阳板尽可能安设在接近路基表面的位置,此举既可以有效冷却路基又可以尽量避免遮阳板遭受风力破坏,有利于一步推广遮阳板的使用。