位移反分析的粒子群优化-高斯过程协同优化方法

针对采用随机全局优化技术进行岩土工程位移反分析存在数值计算量大、效率低的问题,将粒子群优化算法与高斯过程机器学习技术相结合,提出了位移反分析的粒子群优化-高斯过程协同优化方法。该方法利用全局寻优性能优异的粒子群优化算法进行寻优的基础上,采用高斯过程机器学习模型不断地总结历史经验,预测包含全局最优解的最有前景区域,通过提高粒子群搜索效率并降低适应度评价次数,进而有效地降低位移反分析过程中的数值计算工作量。多种测试函数的数学验证和工程算例的研究结果表明该方法是可行的,与传统方法相比较,可显著地降低位移反分析的计算耗时。     

湿地土壤气体排放对水位变化响应的持续性动态特征

为探索湿地水位变化与土壤气体排放之间的关系,对黄河中游芦苇湿地进行了半注水和满注水样地处理后的动态监测,对比了7 d水位变化过程中土壤气体排放差异。结果表明：注水造成了土壤CO₂排放速率的显著差异;随土壤温度上升,H₂O、CO₂、H₂S排放速率都有上升趋势（满注水样地的H₂O除外）;半注水和满注水造成的影响,H₂O排放速率表现为趋同-异步-消失的特征,在注水前期（63.73 h）半注水和满注水差异基本一致,后期差异较大,直至125.64 h后注水的影响才消失,总体分别造成H₂O排放总量76.3%和31.3%的增加;CO₂排放速率表现为异步-趋同的特征,注水初期环境的改变造成CO₂排放的一致减少,37.69~68.66 h二者出现明显差异,68.66~125.64 h水位虽然恢复,但差异仍然存在,注水分别造成CO₂排放总量50.1%和43.2%的减少;H₂S排放速率表现为无变化-异步-无变化的特征,总体造成H₂S排放总量42.3%和32.3%的增加。研究追踪了水位上升后土壤H₂O、CO₂和H₂S排放速率变化的动态过程,其影响具有异步性和持续性的特点,CO₂排放速率表现出较长的响应周期。研究结果对于河流湿地生态功能研究具有重要意义,湿地土壤气体排放对水位变化的响应滞后意味着对湿地生态功能的重要影响,其波动过程需要更长时段的精准研究。     

桂林红黏土的土-水特征曲线

采用压力板法、滤纸法和饱和盐溶液法3种方法,对压实桂林红黏土进行全吸力范围内的土-水特性量测,研究干密度对于土-水特征曲线的影响。试验结果表明：干密度1.4 g/cm3的压实桂林红黏土的进气值约为20 kPa;土-水特征曲线的过渡段与典型的土-水特征曲线不同,含水率或饱和度与吸力的对数坐标关系不是单一直线,而是出现了3段直线,并且中间一段平缓段下降斜率较小;当吸力增大到367 MPa时,含水率仅为0.74%,可认为如吸力继续增大至106 kPa时,含水率和饱和度为0;用吸力与含水率关系表示土-水特征曲线时,吸力较大时不同干密度的曲线重合,认为干密度对土-水特征曲线无影响。用吸力与饱和度关系表示土-水特征曲线时,在吸力较小时,干密度越大,对应的土-水特征曲线越高;当吸力较大时,不同干密度的土-水特征曲线几乎重合。     

基于南水模型的钙质砂应力−应变关系模拟

钙质砂是一种海洋生物成因的特殊岩土材料,具有颗粒性状不规则、易破碎的特点,表现出与石英砂不同的力学性质。为模拟钙质砂在不同应力水平下的应力?应变关系,首先分析南水模型的不足：即无法描述应力不变情况下应变无限增长的特点和不能描述钙质砂的剪胀性;然后通过在切线模量中引入应力比与峰值应力比的比值,合理考虑了颗粒破碎的影响;提出了切线模量和切线体积比与应力比间的函数关系式,使得改进后的模型能较好地描述应变?体变关系。同时,将孔隙压力系数引入到孔隙压力表达式中,较好地模拟了三轴不排水剪切试验结果。与现有的模型相比,改进后的模型表达式简单易懂,参数获取更为方便。     

琼州海峡铁路轮渡北港防波堤爆破挤淤施工出现的问题及对策

琼州海峡铁路轮渡北港防波堤在爆破挤淤施工中,出现了堤心石未能落到设计深度的异常情况.通过对防波堤下卧软土层的试验研究,发现问题的根源在于忽视了软土的结构性,在此基础上对下卧软土层进行了沉降及稳定性验算,结果表明它能满足作为持力层的要求,从而为防波堤的评价提供了依据.     

全吸力范围南阳膨胀土的土-水特征曲线

膨胀土的失水收缩、吸水膨胀过程分别对应着土-水特征曲线的脱湿和吸湿阶段。土-水特征曲线对于研究非饱和土的水力与力学特性有着重要作用。用压力板法（吸力范围0～1.5 MPa）、滤纸法（吸力范围0～40 MPa）和蒸汽平衡法（吸力范围3～368 MPa）,分别对南阳膨胀土进行了土-水特性试验,得到全吸力范围内的土-水特征曲线。试验结果表明：初始孔隙比大致相同土样的土-水特征曲线,在低吸力范围内脱湿曲线与吸湿曲线具有明显的滞回现象。当吸力大于300 MPa时,土-水特征曲线的滞回效应基本消失,即脱湿曲线与吸湿曲线基本重合。滤纸法所测出的土-水特性落在主脱湿和主吸湿曲线的滞回圈内。当吸力等于367.54 MPa时,含水率仅为0.325%,几乎近于0。孔隙比随着吸力的变化规律中,不仅受到吸力大小的影响,还受到吸力历史和吸力路径影响;孔隙比与吸力关系中,相同吸力时吸湿路径的孔隙比要比脱湿路径的大;在吸力低范围,吸湿路径与脱湿路径的孔隙比相近。孔隙比与饱和度关系因吸力路径的不同也存在着明显的滞回效应,接近饱和时趋近一致。变吸力情况条件下,饱和度随着孔隙比的增加而增加,蒸汽平衡法得出的孔隙比与饱和度的关系具有明显的线性关系,而压力板法做出来的低吸力范围内的线性关系不明显。     

南宁膨胀土的体积含水率-等效介电常数关系

体积含水率-介电常数关系是时域反射法（TDR）测量土体体积含水率的理论基础。通过对重塑的南宁膨胀土进行试验,选择经验公式法、边界法及理论模型法模拟其体积含水率-等效介电常数的变化规律。研究发现,南宁膨胀土的实测值落在Hashin-Shtrikman边界和Wiener边界以内,但Hashin-Shtrikman边界具有更小的范围;由于膨胀土的黏性较大,结合水存在显著的影响,Topp公式计算值偏高,但采用考虑三相组分含量的Looyenga公式可反映结合水的影响,从而得到更好的结果;理论模型法的Maxwell-Garnett模型和差分有效介质模型（DEM）需要考虑三相的构成,单独采用气相连续或水相连续的模拟结果均不理想,但如考虑土中水、气分布形态,采用饱和度作为权重函数对单相计算结果进行加权平均后可取得较好的效果。     

膨润土热传导性能时效性试验研究

在不同初始条件下试验研究了静置时间对高庙子钠基膨润土GMZ07和MX80膨润土压实样热传导性能的影响。在保持试样干密度和含水率不变情况下,将不同初始状态试样分别静置1、5、30、60、100 d,随后采用热探针法进行热传导系数测试,并对部分试样进行压汞试验。试验结果表明：GMZ07和MX80膨润土的热传导系数均随静置时间的增长而减小,静置早期热传导系数减小较快,随着静置时间延续,热传导系数逐渐趋于稳定。在相同干密度下,静置时间引起的热传导系数减小量随含水率的增大而增大。结合压实膨润土试样的微观孔隙结构变化,认为膨润土热传导系数随静置时间发生变化的主要原因是：试样静置过程中,蒙脱石发生水化膨胀,部分土中水转变成热传导性能较差的惰性水,导致膨润土的热传导系数减小。     

广西岩溶地区红黏土的工程地质特征及成因分析

红黏土的地质成因是其特殊工程性质的根本来源。本文在剖析广西岩溶地貌特征和红黏土形成、分布特点的基础上, 着重选择广西岩溶地区的4种红黏土作为研究对象, 通过现场采样、剖面特征描述、室内土工试验、微观实验等手段, 对广西红黏土的工程地质特征及成因进行了深入分析, 为揭示红黏土特殊的物理化学特性及工程应用提供依据。研究结果表明:(1)广西典型的湿热气候、广泛发育的岩溶环境有利于红黏土的形成, (2)广西红黏土具有一般红黏土的特性, 矿物成分以高亲水性的高岭石、伊利石、蒙脱石为主, 微观上呈现粒团内孔隙和粒团间孔隙并存的二级孔隙结构, (3)广西地区红黏土的地质剖面表现出明显的分层现象, 从地表开始至碳酸盐基岩面, 随着深度的递增, 红黏土的孔隙比、含水率、液限、塑性指数、自由膨胀率和收缩性均呈现出逐渐增大的趋势, 而其密度、干密度等指标却与之相反, 呈现出逐渐变小的趋势, (4)从地质成因来看, 桂林、柳州、武鸣三地均属于残积、残坡积红黏土, 而来宾则属于冲洪积红黏土。     

高温下红黏土热导率的变化规律试验研究

目前国际上对高温下土壤热导率的试验和模型预测研究比较缺乏,通过KD2 Pro测试两种红黏土在较广温度范围（5~90℃）和含水率范围内的热导率,并选择IPCHT模型预测高温下体积含水率-热导率的变化规律。测试结果表明,两种红黏土的热导率对体积含水率的敏感程度与温度有关,且热导率均随温度的升高而增大,在90℃时热导率最高可达5℃的3~4倍。60~90℃范围内热导率随体积含水率的变化存在明显的临界含水率（对应土壤的塑性指数）,但相同温度、体积含水率下,柳州红黏土中水汽潜热传输效应较桂林红黏土要明显。模型预测研究表明,除粉砂质黏壤土外,高温下IPCHT模型预测效果均不理想,经传质增强因子ξ修正后,柳州红黏土以及细砂的热导率预测值和实测值均相符得较好（RMSE < 30%）,但桂林红黏土的整体预测效果仍较差。