Journal of Zhejiang University

Current Issue: <JZUS-A>

Journal of Zhejiang University-SCIENCE A (Applied Physics & Engineering)

ISSNs 1673-565X (Print); 1862-1775 (Online); CN 33-1236/O4; started in 2000,Monthly.

JZUS-A is a peer-reviewed physical and engineering journal, indexed by SCI-E, Ei Compendex, INSPEC, CA, SA, JST, AJ, ZM, CABI, ZR, CSA, etc. It mainly covers research in Applied Physics, Mechanical and Civil Engineering, Environmental Science and Energy, Materials Science and Chemical Engineering, etc.

Impact factor: 0.408 (2011), 0.527 (2012), 0.608 (2013), 0.882 (2014), 0.941 (2015), 1.214 (2016), 1.215 (2017), 1.369 (2018).

Journal of Zhejiang University SCIENCE A

ISSN 1673-565X(Print), 1862-1775(Online), Monthly

2016 Vol.17 No.7 P.497-596

<<< CONTENTS >>>

Special Issue on Geo-energy and Geo-environment

Guest Editor-in-Chief: Charles W.W. NG

Editorial

Editorial: Trend setting research in “blue” and “green” directions

Charles W.W. Ng

DOI: 10.1631/jzus.A160gege Downloaded: 2266 Clicked: 3937 Cited: 0 Commented: 0(p.497-501) <Full Text>

Chinese summary <35> 引領"藍(lán)綠"學科的前瞻性研究

概要：中(zhōng)國自然科學基金委員(yuán)在2016年6月14日正式發布的《國家自然科學基金"十三五"發展規劃》中(zhōng)明确指出，未來5年，基金委将重點支持與"綠色"（以環保爲代表）和"藍(lán)色"（以海洋、能源能爲代表）相關的交叉學科研究。由于岩土地基是大(dà)多數環保和能源相關活動（如城市廢棄物(wù)的填埋和覆蓋、液岩氣和海底天然氣水合物(wù)的安全開(kāi)采）的最終承載者，岩土工(gōng)程師和環保、能源相關領域的學者在過去(qù)的30年裏緊密合作，以應對人類在這兩大(dà)領域所面對的嚴峻挑戰，同時也催生(shēng)了兩個重要的交叉學科，即環境岩土和能源岩土。可以預見，随着環境污染和能源短缺等問題的日益凸顯，針對環境岩土和能源岩土的深入研究顯得愈發重要。以此爲背景，香港科技大(dà)學主辦了"第一(yī)屆環境岩土和能源岩土國際會議（GeGe2015）"，旨在提供一(yī)個交流平台，分(fēn)享探讨以岩土工(gōng)程科學問題爲載體(tǐ)的環境、能源相關領域的最新研究進展和發展趨勢。此次會議由浙江大(dà)學、河海大(dà)學、重慶大(dà)學和瑞士洛桑聯邦理工(gōng)大(dà)學（EPFL）協辦，并得到了香港岩土工(gōng)程學會、香港工(gōng)程師協會岩土分(fēn)會以及國際土力學與岩土工(gōng)程協會下(xià)屬兩大(dà)技術委員(yuán)會（TC215環境岩土和TC308能源岩土）的聯合支持。參會人員(yuán)包括多位外(wài)籍院士、"朗肯"講座人、"太沙基"講座人以及環境岩土和能源岩土領域的國内外(wài)優秀學者。爲了分(fēn)享此次國際會議的成果，會務組篩選了部分(fēn)優秀的會議論文摘要，并邀請相關作者撰寫成全文。經過國際同行專家的評審，最終8篇文章入選本期特刊。第二屆和第三屆環境岩土和能源岩土國際會議（GeGe2017和GeGe2019）将分(fēn)别在浙江大(dà)學和瑞士洛桑聯邦理工(gōng)大(dà)學舉行，繼續探讨相關領域的突破性進展，爲世界的可持續發展提供科技支撐。

關鍵詞組：十三五規劃；"藍(lán)綠"學科；環境岩土；能源岩土；國際會議

Articles

Energy harvesting from pavement via polyvinylidene fluoride: hybrid piezo-pyroelectric effects

Junliang Tao, Jie Hu

DOI: 10.1631/jzus.A1600166 Downloaded: 2440 Clicked: 4085 Cited: 1 Commented: 0(p.502-511) <Full Text> <PPT> 2166

Chinese summary <27> 路面能量收集：聚偏氟乙烯的混合壓電-熱釋電效應

目的：研究聚偏氟乙烯的混合壓電-熱釋電效應；評估混合壓電-熱釋電效應在路面能量收集中(zhōng)的潛力。
創新點：首次實驗驗證了混合壓電-熱釋電效應可視爲壓電效應和熱釋電效應的代數總和，即壓電效應和熱釋電效應相對獨立，既不相互壓制也不相互促進。
方法：通過分(fēn)别控制機械荷載和熱荷載，實驗測定聚偏氟乙烯壓電效應、熱釋電效應及混合壓電-熱釋電效應（圖1和2）；根據實地交通量和氣溫變化，通過簡化的混合壓電-熱釋電能量收集解析模型，估算美國俄亥俄州東北(běi)部地區路面能量收集的潛力（圖4）。
結論：混合壓電-熱釋電效應可視爲壓電效應和熱釋電效應的代數總和；在聚偏氟乙烯路面能量收集的建模中(zhōng)應該同時考慮壓電效應和熱釋電效應；以本文中(zhōng)所選地區和材料爲例，熱釋電效應弱于壓電效應；混合壓電-熱釋電效應能量收集效率的提高有望通過新型的納米複合材料實現。

關鍵詞組：壓電；熱釋電；混合；路面；能量收集

Experimental study on the anti-jacking-up performance of a screw pile for photovoltaic stents in a seasonal frozen region

Teng-fei Wang, Jian-kun Liu, Hua-gang Zhao, Ya-long Shang, Xiao-qiang Liu

DOI: 10.1631/jzus.A1600407 Downloaded: 2577 Clicked: 4010 Cited: 3 Commented: 0(p.512-524) <Full Text> <PPT> 1858

Chinese summary <30> 季節性凍土區光伏支架螺旋樁抗凍拔試驗研究

目的：基于相似性原理，模拟實際工(gōng)況中(zhōng)的降溫凍結過程；通過室内試驗确定最優樁型，并推導凍拔量與凍深的定量關系。
創新點：1. 進行季節性凍土區螺旋樁的自由凍脹試驗；2. 根據相似性原理，在室内試驗過程中(zhōng)調整冷端溫度與幾何尺寸以縮短凍結時間；3. 推導得到6種樁型凍拔量與凍結深度的定量關系。
方法：1. 通過相似性原理确定試驗條件，模拟實際工(gōng)況中(zhōng)的降溫凍結過程；2. 觀測此過程中(zhōng)5種螺旋樁型的溫度場、凍拔量和土壓力随時間的變化規律，并設置一(yī)組光滑樁作爲對比；3. 根據凍拔量大(dà)小(xiǎo)選取最優樁型，并推導凍拔量與凍深的定量關系。
結論：1. 螺旋樁凍拔量小(xiǎo)于光滑樁，驗證了螺旋樁抗凍拔的有效性；采用不同土樣有相同規律。2. 凍深達到0.9 m的季凍區，雙螺旋大(dà)葉片樁抗凍拔效果最好；螺旋葉片建議設置在非凍區；凍拔量大(dà)小(xiǎo)關系爲：雙螺旋大(dà)葉片樁<半螺旋大(dà)葉片樁<半螺旋小(xiǎo)葉片樁<雙螺旋小(xiǎo)葉片樁<全螺旋樁<光滑樁。3. 得到6種樁型凍拔量與凍深的線性關系。4. 土中(zhōng)水開(kāi)始凍結時土壓力增大(dà)，含冰量穩定後土壓力變化很小(xiǎo)。

關鍵詞組：季節性凍土區；螺旋樁；凍脹；相似性原理；凍拔

Time- and stress-dependent model for predicting moisture retention capacity of high-food-waste-content municipal solid waste: based on experimental evidence

Hui Xu, Liang-tong Zhan, He Li, Ji-wu Lan, Yun-min Chen, Hai-yan Zhou

DOI: 10.1631/jzus.A1600238 Downloaded: 2275 Clicked: 4421 Cited: 0 Commented: 0(p.525-540) <Full Text> <PPT> 2003

Chinese summary <21> 考慮應力和時間作用的高廚餘含量生(shēng)活垃圾的持水量預測模型：基于試驗現象

目的：我(wǒ)國城市生(shēng)活垃圾廚餘含量高，導緻初始含水量高，從而帶來填埋場滲濾液水位高、堆體(tǐ)穩定性低、填埋氣難以收集以及焚燒廠焚燒熱值低、能耗大(dà)等問題。研究降解時間和上覆應力對高廚餘垃圾持水量的影響，提出快速降低高廚餘垃圾的持水量的方法，大(dà)幅減小(xiǎo)進場（廠）垃圾的含水量，避免上述問題的發生(shēng)。
創新點：1. 獲得高廚餘垃圾的持水量随降解時間和上覆應力的變化規律；2. 建立考慮時間和應力作用的垃圾持水量預測模型。
方法：1. 通過開(kāi)展試驗，分(fēn)析高廚餘垃圾的持水量随降解時間和上覆應力的變化（圖3和5）；2. 基于試驗結果，分(fēn)析持水量變化機理（圖7），并建立持水量預測模型（公式6）；3. 通過對比分(fēn)析多種脫水方案的計算結果，提出高廚餘垃圾堆體(tǐ)的快速脫水方法（圖13）。
結論：1. 高廚餘垃圾的持水量随降解時間呈複合指數形式下(xià)降，随應力的對數線性下(xià)降；2. 降解作用能夠降低胞内水并增大(dà)孔隙水持有量，應力作用則同時降低胞内水和孔隙水持有量；3. 持水量模型計算結果與工(gōng)程案例實測結果吻合較好，并進一(yī)步提出了采取加速降解和增大(dà)應力相聯合的措施以實現高廚餘垃圾快速脫水的目的。

關鍵詞組：城市生(shēng)活垃圾；持水量；應力；降解時間；模型

Field measurement of gas permeability of compacted loess used as an earthen final cover for a municipal solid waste landfill

Liang-tong Zhan, Qing-wen Qiu, Wen-jie Xu, Yun-min Chen

DOI: 10.1631/jzus.A1600245 Downloaded: 2379 Clicked: 3837 Cited: 0 Commented: 0(p.541-552) <Full Text>

Chinese summary <25> 現場測試固廢填埋場壓實黃土覆蓋層的氣相滲透系數

目的：我(wǒ)國西北(běi)地區黃土分(fēn)布廣泛，黃土作爲當地固廢填埋場的覆蓋土料具有廣泛的應用前景。現場尺度測試壓實黃土覆蓋層的氣相滲透系數，從而可用于評估其填埋氣減排性能。
方法：1. 在西安固廢填埋場建立壓實黃土覆蓋層試驗基地（圖2）；2. 在試驗基地的膜内核心測試區域布置通氣試驗系統，包括空氣壓縮機、通氣管網、氣壓測試裝置、含水率測試裝置、溫度傳感器和靜态箱（圖3， 5~7）；3. 在覆蓋層表面裸露時和植草後分(fēn)别進行通氣試驗測試壓實黃土覆蓋層的氣相滲透系數。
結論：1. 當飽和度低于85%時，幹密度爲1.45 Mg/m³壓實黃土的氣相滲透系數随含水率增加而降低，但并不明顯；但是當飽和度高于85%時，氣相滲透系數随含水率增加而顯著減小(xiǎo)；2. 黃土層和碎石層之間的毛細阻滞作用使得上部黃土層儲存更多水分(fēn)，并顯著降低其氣相滲透系數，這有利于降低填埋氣的排放(fàng)；3. 裸露條件下(xià)，當壓實黃土的體(tǐ)積含水率從36%增加至46%時，其氣相滲透系數從3.67×10^-12 m² 降低至5.73×10^-14 m²； 4. 植草後壓實黃土的氣相滲透系數比裸露條件下(xià)小(xiǎo)近一(yī)個數量級，這主要是因爲植被根系占據了壓實黃土的大(dà)孔隙；5. 現場尺度的壓實黃土氣相滲透系數比室内試驗的結果高1至2個數量級，這主要是因爲現場所用黃土含有大(dà)的結團，結團會增加黃土的孔隙直徑以及減小(xiǎo)孔隙的曲折度。

關鍵詞組：壓實黃土；毛細阻滞型覆蓋層；氣相滲透系數；體(tǐ)積含水率；填埋場

Laboratory and numerical study on an enhanced evaporation process in a loess soil column subjected to heating

Xiao-chuan Liu, Wen-jie Xu, Liang-tong Zhan, Yun-min Chen

DOI: 10.1631/jzus.A1600246 Downloaded: 2358 Clicked: 4010 Cited: 0 Commented: 0(p.553-564) <Full Text> <PPT> 1944

Chinese summary <22> 黃土土柱加熱加速蒸發的試驗模拟研究

目的：土質覆蓋層下(xià)的城市固體(tǐ)廢棄物(wù)由于生(shēng)化降解反應具有更高溫度，該溫度梯度增強了土質覆蓋層内的水蒸氣擴散，在覆蓋層的蒸發模拟中(zhōng)不容忽視。與水蒸氣擴散相關的參數一(yī)般通過瞬态剖面法測量，但在一(yī)定蒸發邊界下(xià)的土體(tǐ)幹燥過程會持續很長時間，因此這種傳統測量方法十分(fēn)耗時。本文旨在提出一(yī)個底部加熱的新方法加速黃土土柱脫濕，更爲高效地獲取水蒸氣運移相關參數。
創新點：1. 提出一(yī)個全新的底部加熱方法用于加速土體(tǐ)脫濕，同時利用提出的數值模型反分(fēn)析得到水蒸氣運移的相關參數撓曲度τ；2. 發現底部加熱加速脫濕的根本原因在于極大(dà)增強的水蒸氣擴散。
方法：1. 研制一(yī)套室内黃土土柱試驗裝置（圖3）；2. 在土柱底部施加恒溫70 °C，監測黃土的水熱響應（圖4）；3. 提出一(yī)個數值模型模拟這一(yī)水熱耦合運移過程，利用該模型反分(fēn)析影響水蒸氣運移的關鍵參數，包括試驗黃土的撓曲度τ和經驗蒸發公式的參數a。
結論：1. 在相同蒸發邊界下(xià)，相比不加熱的情況，底部加熱使土柱脫濕加速了最高22天；2. 在第15天前，加熱增強的水蒸氣流量主導黃土蒸發過程，一(yī)直占總水分(fēn)損失量的50%以上；3. 試驗及數值模拟結果均表明，相比傳統方法，本文提出的底部加熱法可更爲高效地獲取水蒸氣運移參數。

關鍵詞組：土柱；加熱；蒸發；水蒸氣擴散；水熱耦合模型

Field studies of a technique to mitigate ground settlement of operating highways

Yue-dong Wu, Hong-guo Diao, Jian Liu, Chui-chang Zeng

DOI: 10.1631/jzus.A1600231 Downloaded: 2499 Clicked: 3873 Cited: 0 Commented: 0(p.565-576) <Full Text> <PPT> 1744

Chinese summary <22> 既有高速公路沉降處治技術現場試驗研究

目的：集成路堤豎向小(xiǎo)直徑引孔高壓旋噴樁技術的施工(gōng)工(gōng)藝，分(fēn)析其對既有高速公路沉降病害的處治效果，研究路堤在施工(gōng)過程中(zhōng)的變形特性。
創新點：提出路堤豎向小(xiǎo)直徑引孔高壓旋噴樁技術，并通過現場試驗和理論研究分(fēn)析其對既有高速公路沉降的處治效果。
方法：1. 通過兩組現場試驗，對處治前後路堤豎向變形（圖6~8）、地基内超孔隙水壓力（圖10）和深層土體(tǐ)水平位移（圖11）的變化特性進行分(fēn)析與研究；2. 引用Wu et al. (2016)的理論解答（公式1）構建單樁引起的路堤隆起變形與路堤荷載和注漿壓力之間的關系，爲工(gōng)藝參數調節提供依據，并利用實測數據加以驗證。
結論：1. 豎向小(xiǎo)直徑引孔高壓旋噴樁技術能夠在較短的時間内擡升路堤和加固地基，從而有效降低既有高速公路的工(gōng)後沉降速率，處治效果明顯。2. 路堤隆起變形的大(dà)小(xiǎo)主要與路堤荷載和注漿壓力有關，且随着與樁中(zhōng)心距離(lí)的增大(dà)而減小(xiǎo)；通過合理調節注漿壓力可以防止路堤因隆起過大(dà)而發生(shēng)破壞。3. 施工(gōng)期内，高壓旋噴會導緻超孔隙水壓力和深層土體(tǐ)水平位移顯著增大(dà)；随後，超孔隙水壓力逐漸消散，深層土體(tǐ)水平位移也發生(shēng)一(yī)定的回彈。

關鍵詞組：既有高速公路；工(gōng)後沉降；旋噴樁；土體(tǐ)隆起

Mitigation of soil liquefaction using microbially induced desaturation

Jia He, Jian Chu, Shi-fan Wu, Jie Peng

DOI: 10.1631/jzus.A1600241 Downloaded: 2693 Clicked: 4265 Cited: 0 Commented: 0(p.577-588) <Full Text> <PPT> 2028

Chinese summary <24> 基于微生(shēng)物(wù)誘導減飽和作用降低地基液化風險的研究

目的：常規的地基抗液化技術成本較高或實施複雜(zá)，因此有大(dà)量的工(gōng)程建設未得到有效的抗液化處理。本文旨在提出一(yī)種新型的、基于微生(shēng)物(wù)誘導減飽和作用的地基液化治理技術，期望能應用到普通的建築和結構的抗液化治理中(zhōng)。
創新點：1. 獲得一(yī)種基于微生(shēng)物(wù)反硝化過程的砂土減飽和方法；2. 試驗驗證微生(shēng)物(wù)減飽和法處理砂土的抗液化性能，獲得微生(shēng)物(wù)減飽和法處理砂土中(zhōng)的氣泡分(fēn)布形态以及氣泡在靜水和滲流條件下(xià)的穩定性規律。
方法：1. 利用微生(shēng)物(wù)反硝化過程中(zhōng)産生(shēng)的氮氣降低飽和液化砂土的飽和度；2. 利用電腦斷層掃描（CT）技術研究微生(shēng)物(wù)減飽和法處理的砂土中(zhōng)氣泡的分(fēn)布形态；3. 利用振動台實驗和三軸固結不排水試驗研究微生(shēng)物(wù)減飽和法處理的砂土的力學性能和抗液化性能；4. 采用一(yī)種自行研制的模型試驗（圖13）研究微生(shēng)物(wù)減飽和法處理的砂土在靜水和滲流條件下(xià)氣泡的穩定性。
結論：1. 利用微生(shēng)物(wù)反硝化過程可以實現可控的砂土飽和度降低；2. 微生(shēng)物(wù)氣泡在砂土中(zhōng)以小(xiǎo)空隙的形态存在，小(xiǎo)空隙的尺寸略大(dà)于砂土的平均粒徑；3. 将飽和松砂的飽和度略作降低，其不排水強度和抗液化性能得到顯著提升；4. 微生(shēng)物(wù)減飽和法處理的砂土中(zhōng)的氣泡在靜水條件下(xià)是穩定的，但是在穩定滲流條件下(xià)會被水流緩慢(màn)帶走，此時，需要采用一(yī)些手段來控制通過減飽和區的滲流。

關鍵詞組：地基液化；減飽和；微生(shēng)物(wù)反硝化；細菌

Technical note

Technical note: A simple model for the hysteretic elastic shear modulus of unsaturated soils

Jie Xu, Chao Zhou

DOI: 10.1631/jzus.A1600300 Downloaded: 2274 Clicked: 3863 Cited: 0 Commented: 0(p.589-596) <Full Text> <PPT> 1768

Chinese summary <23> 考慮滞回效應的非飽和土彈性剪切模量簡化模型

目的：非飽和土的彈性剪切模量是預測土體(tǐ)變形和土工(gōng)建築物(wù)正常使用服役性能的重要參數之一(yī)。本文旨在提出一(yī)個描述非飽和土彈性剪切模量的簡化模型，減少标定模型參數所需要的耗時非飽和土試驗，并考慮吸力、應力、幹濕循環及孔隙比對彈性剪切模量特性的影響。
創新點：1. 提出考慮滞回效應的非飽和土彈性剪切模量簡化模型；2. 減少标定模型參數所需要的試驗。
方法：1. 基于前人非飽和土彈性剪切模量試驗結果，考慮非飽和土中(zhōng)土顆粒間的平均骨架應力及毛細水提供的法向應力作用，通過理論推導建立非飽和土彈性剪切模量的半經驗簡化模型；2. 通過文獻中(zhōng)不同非飽和粉土及砂土的彈性剪切模量試驗結果驗證簡化模型的适用性。
結論：1. 得到一(yī)個描述非飽和土彈性剪切模量的簡化模型，該模型僅需兩個模型參數，減少了标定模型參數所需要的耗時非飽和土試驗；2. 通過四組不同非飽和土彈性剪切模量試驗數據驗證了簡化模型的适用性，表明該模型能考慮吸力、應力、幹濕循環以及孔隙比對彈性剪切模量特性的影響；3. 由于進行了簡化，該模型可能存在少量預測誤差，在寬應力和吸力範圍内運用該模型時需要謹慎。

關鍵詞組：非飽和土；理論模型；彈性剪切模量；小(xiǎo)應變；吸力；飽和度