同济大学学报(自然科学版)杂志

同济大学学报(自然科学版)杂志2024年第9期

• 基于现场湿度和损伤密度的固化土基层疲劳性能仿真

  江训利，罗雪，张裕卿，李辉，杨海露，黄志义

  为了有效分析固化土基层在现场湿度分布下的疲劳性能，构建了考虑现场湿度的固化土路面结构数值仿真计算框架。首先基于平衡基质吸力的求解和回弹模量的预估，实现了固化土路面结构内部由于应力依赖和湿敏性引起的材料非线性力学性能的表征；然后基于能量力学法和损伤力学理论构建了非饱和固化土基层疲劳性能仿真理论建模方法；最后利用Comsol Multiphysics软件分析程序中的PDE-FE方法实现了在湿度场和应力场耦合作用下的非饱和固化土基层疲劳性能仿真计算。结果表明，该数值仿真计算框架可以较好地实现固化土路面结构的疲劳仿真分析，能够考虑现场湿度分布的影响，从而得到固化土路面结构内部真实力学响应。

• 服役温度范围内沥青混合料长期老化室内模拟与性能评价

  温永，孙丽君，王雪松，裴建中

  为解决现有室内老化模拟方法与实际沥青路面老化梯度和服役温度存在差异的问题，设计了一种基于纯氧加速老化的新型室内长期老化方法，以模拟服役温度范围内沥青混合料的老化行为。通过傅里叶变换红外光谱和动态剪切流变仪研究了沥青混合料老化性能随时间和空间的演变规律。研究结果表明，新方法能有效模拟服役温度范围内压实沥青混合料的老化行为，老化程度接近标准长期老化试验水平。随老化时间和温度的增加，沥青混合料AC?13和SMA?13老化程度加重，其中SMA?13的老化程度仅为AC?13的1/5。同时，两种混合料的高温性能随之改善，而疲劳寿命下降。随着老化深度的增加，两种混合料的老化指数和高温性能逐渐降低，而疲劳寿命显著增加。在不同老化条件下，SMA?13表现出更优异的抗老化和抗疲劳性能，尤其在低应变水平下。方差分析表明，老化时间对亚砜基和高温性能的影响显著，但对羰基和疲劳寿命无显著影响；老化温度对老化指数、高温性能和疲劳寿命均无显著影响，而老化深度仅对0.1 kPa下不可恢复蠕变柔量有显著影响，对其余指标无显著影响。

• 多因素耦合下沥青混合料拉压差异力学特性

  潘勤学，姜舜君，吕松涛，郑健龙

  针对现行沥青路面设计时材料力学参数取值的可靠性不足，基于道路材料的拉压差异特性，开展了多因素耦合影响下沥青混合料拉压力学参数非线性特性及量化关系研究。结果表明，沥青混合料拉压应力应变特性符合双模量理论的双线性特征；拉压力学参数随加载速度增大先急剧增加后趋于平缓，且呈幂函数关系；与温度呈负指数函数关系，且温度增幅越高力学参数减小幅度越大；与沥青用量呈指数衰减模型函数关系，高温时（>30 ℃）沥青用量的变化对力学参数影响相对较小，最大力学参数所对应的沥青用量与马歇尔试验得到的最佳沥青用量基本一致；就影响程度而言，温度对力学参数的影响最大，各因素对强度的影响最为显著，抗拉力学参数较抗压力学参数更为敏感；据此建立了多因素耦合作用下沥青混合料的拉压力学参数量化取值模型，并推荐规范常用温度15 ℃（20 ℃）下的压拉强度比及压拉模量比分别为6.5（7.5）、1.6（1.7），压缩模强比及拉伸模强比分别为400（17 00）、450（2 000）。

• 建渣与粉砂制备可控基坑回填材料的性能与应用

  肖飞鹏，曹正龙，王小兵，徐凌，吴彪，韩乙锋，徐西永

  以济南遥墙机场改扩建施工产生的大量建筑垃圾、粉砂土为主要骨料制备了具有高流动性、自密实和高强度特点的可控低强度材料（CLSM）。试验结果表明，掺入建渣或石屑的试验组比纯粉砂的试验组强度显著提升，且强度随掺量增加而增大；建渣的改性效果比石屑高出约80%，且更为经济；最佳配合比干湿循环强度降低并稳定在1 MPa左右，质量损失率稳定在1%左右，其压缩性能与水泥掺量为6%（质量分数）的水泥土相同，干湿后压缩变形量远小于压实粉砂，满足飞行区道基的长期承载要求。

• 再生砖混材料力学和耐久特性及其在机场道面垫层的应用

  吴杰，赵咨沣，姜昌山，曹正龙，徐西永，袁捷

  利用回收砖混材料设计了骨架密实型再生砖混混合料（RBCM）；结合多种试验综合表征了RBCM在抗压、抗拉、贯入受力状态下的力学特征；考虑实际工况设计了试件循环和粒料循环两类耐久环境，并通过无侧限抗压强度试验量化了RBCM的耐久性能演变；依据现场试验段验证RBCM垫层的工程应用性能。结果表明，RBCM垫层的渗透性较差，宜在其上部设置透水垫层；水泥用量增加对RBCM抗压能力和破坏形态改善明显，其抗压和贯入强度较高，抗拉能力较差；少量水泥掺入使RBCM经过30次循环后的耐久系数仍大于50%；即使不掺水泥，再生砖混垫层的密实度和力学性能仍满足现行垫层设计指标的要求。

• 3种构造形式调谐质量阻尼器性能

  吴思远，廖旭钊，荣坤杰，王俊杰，孔伟明，傅知春，鲁正

  提出了3种平面内自由运动的调谐质量阻尼器（TMD）构造形式，即十字形（CTMD）、X形（XTMD）和旋风形（TTMD），通过有限元模型对比分析了3种TMD刚度变化、模态和简谐激励振动响应。根据分析结果可知，当TMD激励方向与弹簧垂直时，弹簧出力表现出非线性行为；相比于其他构造形式，TTMD减振效果更为稳定，效率更高。当质量比大于3%时，TTMD抑振效果更为显著。

• 盾构废弃黏土泥浆真空脱水试验与理论研究

  郜新军，王磊，王会杰，刘忠玉，苏庆辉

  针对泥浆池中盾构废弃泥浆在上部真空脱水作用下倒渣及运渣受限等问题，提出了一种废弃泥浆底部真空脱水方法。采用自行研制的废弃泥浆底部真空脱水装置开展了自重、自重+底部真空荷载、自重稳定+底部真空荷载、自重稳定+底部分级真空荷载4组不同脱水荷载工况下废弃黏土泥浆模型试验，分析了废弃黏土泥浆的泥?水界面沉降量、孔隙水压力以及脱水后含水率和总脱水量等物理量的变化规律。结果表明，先对废弃泥浆进行自重脱水处理，再对其底部分级施加真空作用的脱水方式具有更好的脱水效果。采用该方法对初始含水率为103.00%的废弃黏土泥浆进行脱水处理后，含水率分布范围为37.10%~62.65%，其内部孔隙水压力的最小值可达-73.09 kPa，接近底部真空作用值-80.00 kPa；且该工况相较于其余3种工况，平均沉降量分别提高了106.40%、2.91%、6.15%，总脱水量分别提高了122.0%、8.0%、5.1%。同时，基于分段线性化有限差分（CS2）模型建立了废弃黏土泥浆真空脱水数值计算模型，对废弃黏土泥浆在脱水过程中泥?水界面沉降量进行数值模拟，验证了数值计算模型的有效性。

• 考虑海岸植被影响的水沙动力数学模型研究进展

  匡翠萍，丛新，韩雪健，宫立新，刘会欣，朱磊

  介绍了植被模型的不同考虑方式，分别从水流阻力、床面阻力、植被消长等方面展开讨论。基于工程尺度和实验室尺度水沙动力数学模型的研究，综述了植被影响下的流速、紊动能、拟序结构，不同波浪形态的传播特征以及悬沙浓度、地形演变等相关的研究进展。结合大量数学模型研究，提出了未来的研究趋势。

• 折线型平面办公建筑的低能耗形态

  应小宇，皇甫凡雨，王贵，金佳云

  针对折线型平面的办公建筑，选取其中最基本的“一折”平面作为研究对象，通过收集以杭州、上海为主的折线型建筑案例的数据，以面宽、进深和折角等基础参数作为生成平面形态的边界条件；借助Python工具进行数学建模，生成不同形式的“一折”平面建筑模型；利用基于EnergyPlus平台的Designbuilder能耗软件对各模型进行全年能耗动态模拟；通过斯皮尔曼系数法进行相关性分析，得到影响能耗最大的两个平面形态参数，面宽进深比M1和斜进深M2。研究表明，一折平面存在形态临界点，面宽进深比的临界点为7.6，斜进深的临界点为32 m。通过数据拟合得到形态参数M1、M2与总能耗E1相互映射的变化趋势，即M1?M2?E1的等高线图。

• 基于选座行为的定制公交车内新冠病毒传播风险建模与分析

  沈煜，吕叶婷，暨育雄，杜豫川

  为精细度量公共交通车厢内不同乘客位置分布下的传染病传播风险，以新冠病毒早期传播特征为例，首先，分析了我国2019—2020年新冠病毒感染爆发前后的定制公交乘客选座行为变化规律。其次，基于加权接触网络，构建了传染病扩散模型（susceptible-exposed-infectious-recovered，SEIR），并探究了不同乘客位置分布下的新冠病毒传播风险。最后，量化对比分析了优化座位分配、控制上车人数、引导个人防护等管理策略下的防控效果。结果表明，新冠病毒爆发初期，乘客自发将座间距离增大15%，降低了超30%的感染风险；在防控策略方面，除个人防护可取得显著效果外，通过控制上车人数与优化乘客座位分布，也可大幅降低公交系统内的新冠病毒扩散风险。在最优选座策略下，以现有平均班次客流为参照，乘客感染风险可下降约40%。

• 基于联合运行规律的增压器压气机非定常流动模拟

  黄荣，倪计民，范厚传，石秀勇，王琦玮，尹琪

  为了提高压气机在非定常流动状态下与增压器的匹配精度，基于增压器运行工况提出了内部联合运行规律，并开展不同结构压气机的非定常流动特性和性能修正研究。结果表明，在3种结构压气机中，除了高速大流量联合工况外，采用进口直径减小1 mm的等长叶片压气机的非定常流动性能有明显优势，且喘振性能更好。基于非定常系数对压气机性能修正后，压气机性能更接近实际工作状态。

• 模型参数对直喷汽油发动机喷雾特性的影响

  冷鹏飞，胡超群，杨春雨，阮慧琳，赵文伯，于洋，李理光，吴志军

  基于单向耦合模拟方法，研究了湍流模型参数、单向耦合模型参数和破碎模型参数对喷雾贯穿距和粒径的影响。结果表明，湍流模型参数Cε1和RT（Rayleigh-Taylor）破碎模型尺寸参数CRT对喷雾贯穿距的影响最大，KH（Kelvin-Helhmoltz）破碎模型尺寸参数CKH和CRT对粒径的影响最大。在此基础上建立了适用于不同工况的高精度喷雾模型，标准Spray G工况下，模拟结果与实验结果误差在3%以内；不同环境气体密度下，多种工况的模拟结果与实验结果误差在10%左右。

• 高声强双层穿孔结构的吸声计算

  俞悟周，贺银芝，姜在秀，孙浩钧

  对高声强下不同的穿孔结构非线性声阻抗模型进行比较，分析入射声压对穿孔吸声结构声阻抗的影响，并提出双层穿孔结构的改进传递矩阵法。不同声阻抗模型的实验和计算结果表明，入射声压级小于140 dB时，Park模型和Maa模型的计算结果与实验数据吻合良好；入射声压级为140 ~ 150 dB时，Laly模型的计算结果更接近实验结果。对于高声强下的双层及多层穿孔结构，在所提出的改进传递矩阵法中，根据传递矩阵计算得到各层板表面声压级，每层穿孔的声阻抗根据声压级和穿孔参数进行计算，进而得到总声阻抗。结果表明，入射声压级为120~150 dB时，双层穿孔结构的改进传递矩阵法计算结果与实验数据吻合良好。

• 高速铁路声屏障宽频穿孔吸声降噪结构

  盛峰，姜在秀，贺银芝，曾小清，邓波，安雪晖，俞悟周

  采用传递矩阵法对高铁声屏障的多层微穿孔结构的吸声进行计算。对给定空腔深度，适当增加具有不同声阻抗的微穿孔板可改善吸声性能。经遗传算法得到具有优化参数的4层和5层微穿孔结构可显著拓宽吸声频带，提高整个频带的吸声系数，在200~3 150 Hz频率范围内的平均吸声系数分别为0.70和0.80，吸声频带涵盖250~350 km?h-1高速铁路主要噪声频率范围。5层结构在400~4 000 Hz频率范围内吸声系数可达0.8。

• 结合激光点云与影像的LoD3建筑物窗口自动建模

  张子健，伍吉仓，张磊，厉彦一

  结合建筑物地基激光雷达点云与立面单幅影像，解决窗口几何和结构信息描述困难等关键问题。利用深度学习算法进行影像中窗口的识别与提取，并对窗口影像进行线特征提取与拟合得到窗口的结构类型，同时对建筑物点云数据进行网格划分与窗口轮廓提取，得到窗口的几何参数。根据所提结构与几何信息从窗口模型库中调取窗口模板并修改，实现建筑物窗口的自动建模。所提方法的窗口提取精确度可达89.5%，几何精度在5 cm以内。