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

2017 Vol.18 No.10 P.757-840

<<< CONTENTS >>>

Articles

Surface settlements induced by tunneling in permeable strata: a case history of Shenzhen Metro

Xiao-wu Tang, Peng-lu Gan, Wei Liu, Yu Zhao

DOI: 10.1631/jzus.A1600522 Downloaded: 3658 Clicked: 4478 Cited: 0 Commented: 0(p.757-775) <Full Text> <PPT> 1798

Chinese summary <24> 滲透性地層中(zhōng)隧道施工(gōng)引起的地表沉降--以深圳地鐵爲例

目的：在城市地鐵的建設過程中(zhōng)，地下(xià)水滲流對地表沉降存在較大(dà)影響。然而，滲透性地層中(zhōng)淺埋暗挖法施工(gōng)的案例報道較少，地表沉降規律尚不明晰。本文以深圳地鐵5号線和7号線重疊段工(gōng)程爲例，詳細分(fēn)析在滲流作用下(xià)淺埋暗挖法施工(gōng)引起的地表沉降特征以及小(xiǎo)導管注漿區和初支襯砌滲透性對地表沉降的影響，并進一(yī)步研究超前排水措施在沉降控制方面的作用。
創新點：1. 系統分(fēn)析了富水滲透性地層中(zhōng)淺埋暗挖隧道施工(gōng)引起的地表沉降的發展過程以及沉降特征；2. 驗證了三維流固耦合數值模型模拟富水環境下(xià)重疊隧道施工(gōng)過程的可行性；3. 研究了小(xiǎo)導管注漿區、初支襯砌的滲透性和超前排水措施對地表沉降的影響。
方法：1. 結合隧道施工(gōng)方案和地表沉降監測數據，分(fēn)析滲流作用下(xià)的地表沉降特征（包括沉降影響範圍、沉降槽寬度以及與拱頂沉降的關系等）；2. 通過三維流固耦合數值模型，研究小(xiǎo)導管注漿區和初支襯砌滲透性對地表沉降以及地層孔壓變化過程的影響；3. 通過模拟掌子面前方水平排水孔，研究超前排水措施對掌子面穩定性和地表沉降發展的影響。
結論：1. 對于滲透性地層中(zhōng)的淺埋暗挖隧道工(gōng)程，地下(xià)水滲流引起的固結效應是地表沉降量以及沉降範圍大(dà)幅增長的主要原因。2. 全斷面注漿能夠很好地控制地表沉降，而小(xiǎo)導管注漿的效果則十分(fēn)有限。3. 降低小(xiǎo)導管注漿區的滲透性，尤其是初支襯砌的滲透性，可以減少地層孔壓的下(xià)降程度，進而降低地表沉降。4. 打設超前水平排水孔可以顯著提高掌子面穩定性，卻對地表沉降影響有限；當無法進行全斷面注漿時，推薦采取小(xiǎo)導管注漿與超前排水相結合的方式施工(gōng)。

關鍵詞組：地表沉降；淺埋暗挖法；地下(xià)水滲流；預注漿；超前排水；流固耦合分(fēn)析

Analysis of the dynamic stress path under obliquely incident P-waves and its influencing factors

Bo Huang, Qi-qun Li, Dao-sheng Ling, Jing-wen Liu, Yu Wang

DOI: 10.1631/jzus.A1600497 Downloaded: 2602 Clicked: 4607 Cited: 0 Commented: 0(p.776-792) <Full Text> <PPT> 1835

Chinese summary <23> P波斜入射形成的動應力路徑及影響因素分(fēn)析

目的：研究P波斜入射下(xià)的地基動應力路徑，探讨其影響因素和可能變化範圍，爲進一(yī)步研究斜入射地震波作用下(xià)場地動力響應奠定理論基礎。
創新點：1. 從數學上證明斜入射P波在任一(yī)深度的地基中(zhōng)形成的應力路徑在剪應力分(fēn)量（偏差正應力-水平剪應力）組成的平面中(zhōng)爲一(yī)個斜橢圓； 2. 分(fēn)析了P波入射角、土體(tǐ)泊松比和單位波長深度對斜橢圓應力路徑形狀與大(dà)小(xiǎo)的影響。
方法：1. 基于半無限彈性空間的地震波傳播理論，考慮地震波在自由界面的反射，推導土體(tǐ)中(zhōng)任一(yī)深度處由P波斜入射産生(shēng)的動應力，并表示成由剪應力分(fēn)量組成的平面下(xià)的應力路徑（公式（9））及該應力路徑的特征參數表達式（公式（A12） ~（A14））；2. 通過控制變量法，分(fēn)析參數敏感性（圖7、9、10和12）。
結論：1. 雖然證實P波斜入射引起的應力路徑爲斜橢圓形式，但在地基深度、入射波頻(pín)率和波速的特定組合下(xià)，斜橢圓仍可從斜線一(yī)直變化到圓形，形式較爲多樣化；2. P波斜入射角度在30(~60( 時引起的動偏應力幅最大(dà)，最大(dà)可達同等條件下(xià)其它入射角産生(shēng)的動應力幅的2倍以上；3. 斜入射角大(dà)于45(後，斜橢圓路徑形狀幾乎不随入射角改變，在研究範圍内以豎直扁橢圓形爲主；4. 土體(tǐ)飽和度大(dà)于70%時，泊松比的變化對土體(tǐ)斜橢圓路徑形狀影響不大(dà)，但動應力幅随泊松比增大(dà)而顯著降低。

關鍵詞組：近場地震；P波；斜入射；彈性半空間；動應力路徑

Large eddy simulation of unsteady aerodynamic behavior of long-span vaulted roofs

Wei Ding, Yasushi Uematsu

DOI: 10.1631/jzus.A1600691 Downloaded: 2748 Clicked: 5887 Cited: 0 Commented: 0(p.793-806) <Full Text> <PPT> 1873

Chinese summary <25> 基于大(dà)渦模拟方法研究大(dà)跨度曲面屋蓋非定常氣動力的特性

目的：探讨作用于大(dà)跨度曲面屋蓋非定常氣動力的特性，爲考慮非定常氣動力影響的大(dà)跨度曲面屋蓋抗風設計提供理論參考。
創新點：1. 采用強迫振動試驗；2. 采用大(dà)渦模拟（LES）流入脈動風的生(shēng)成方法；3. 研究大(dà)跨度曲面屋蓋非定常氣動力特性。
方法：1. 通過強迫振動風洞試驗方法探讨風速、強迫振動振幅、屋蓋的矢跨比和縮減頻(pín)率對非定常氣動力的影響；2. 采用計算流體(tǐ)力學數值模拟重現風洞試驗，從而在更寬的縮減頻(pín)率範圍内分(fēn)析非定常氣動力的特性，并且通過可視化流場的分(fēn)析探讨風與屋蓋相互作用的機理。
結論：1. 屋蓋的振動對屋蓋表面的風壓分(fēn)布影響較大(dà)。2. 屋蓋的振動可能抑制屋蓋背風面漩渦的脫落。3. 根據風洞試驗和數值模拟的結果分(fēn)析得到的矢跨比、風速和振動振幅對氣動阻尼系數和氣動剛度系數的影響較小(xiǎo)；氣動阻尼系數和氣動剛度系數主要随着縮減頻(pín)率的變化而變化。4. 氣動剛度系數爲正值，使得結構的總剛度減小(xiǎo)，從而減小(xiǎo)結構的固有頻(pín)率；氣動阻尼系數爲負值，使得結構總阻尼增加。5. 風洞試驗和LES模拟結果的一(yī)緻性可以說明，LES是一(yī)個能夠有效研究非定常氣動力特性的數值模拟方法。

關鍵詞組：大(dà)渦模拟；大(dà)跨度曲面屋蓋；非定常氣動力；風洞試驗；強迫振動試驗

Characterization of the mean velocity of a circular jet in a bounded basin

Jun-ning Li, Jian-min Zhang, Yong Peng

DOI: 10.1631/jzus.A1600761 Downloaded: 2124 Clicked: 3506 Cited: 0 Commented: 0(p.807-818) <Full Text> <PPT> 1427

Chinese summary <25> 有限空間内圓形射流時均流速特性研究

目的:圓形射流在實際工(gōng)程中(zhōng)有着重要應用.本文旨在探讨弗勞德數(Fr)、跌坎高度和淹沒度的變化對有界圓形射流時均流速在主流方向、橫向和垂向上的衰減擴散規律的影響,對圓形射流的現有研究成果作進一(yī)步的補充.
創新點:1. 推導出圓形跌坎射流主流方向上流速與射流距離(lí)之間的關系;2. 綜合考慮了不同Fr、跌坎高度和淹沒度對有限空間内的圓形射流流速分(fēn)布的影響.
方法:1. 通過理論推導,驗證流速測量方法的可行性和合理性;2. 通過試驗的方法,分(fēn)析Fr、跌坎高度和淹沒度的變化對圓形射流時均流速衰減和擴散的影響規律.
結論:1. 得出圓形射流主流方向流速衰減的公式;圓形射流的橫向流速分(fēn)布與高斯、柯西-洛倫茲分(fēn)布吻合較好.2. 當 Re>1×10⁴時,Fr變化對流速衰減影響較小(xiǎo).3. 當X/d<10時,橫向和垂向流速擴散與主流方向的距離(lí)呈二次方關系.4. 時均流速最大(dà)值的位置與Fr和S/d無關.

關鍵詞組：圓形射流;流速衰減;Fr;跌坎高度;淹沒度

Integrated direct air capture and CO₂ utilization of gas fertilizer based on moisture swing adsorption

Cheng-long Hou, Yu-song Wu, You-zhou Jiao, Jie Huang, Tao Wang, Meng-xiang Fang, Hui Zhou

DOI: 10.1631/jzus.A1700351 Downloaded: 2008 Clicked: 3442 Cited: 0 Commented: 0(p.819-830) <Full Text> <PPT> 1593

Chinese summary <26> 基于變濕吸附的空氣CO₂捕集與植物(wù)利用的耦合研究

目的：探究季铵型聚合物(wù)CO₂解吸附過程溫度和CO₂濃度等變量對解吸附熱力學和動力學的影響；研究空氣CO₂捕集供給植物(wù)增産的耦合方法，降低空氣CO₂捕集與利用的能耗與成本。
創新點：1. 基于變濕吸附技術，探究了季铵型聚合物(wù)CO₂解吸附過程的熱力學及動力學特性；2. 獲得了CO₂作爲氣肥供給植物(wù)增産的關鍵影響參數； 3. 建立并優化了空氣CO₂捕集與植物(wù)利用的耦合模型。
方法：1. 通過CO₂吸附平衡與動力學實驗，獲得季铵型聚合物(wù)CO₂解吸附的平衡常數和動力學常數的影響參數；2. 通過植物(wù)CO₂吸收實驗，獲得CO₂供給植物(wù)增産過程中(zhōng)CO₂濃度和光照強度對吸收速率的影響；3. 通過理論推導，構建解吸附CO₂濃度與吸附劑質量、溫度以及吹掃氣流量等的關系，獲得空氣CO₂捕集與植物(wù)增産的耦合模型并計算CO₂捕集的能耗與成本。
結論：1. 季铵型聚合物(wù)材料吸附CO₂的平衡常數随溫度的升高而降低；吸附、解吸附動力學常數随溫度的升高而升高。2. CO₂供給植物(wù)增産的最佳濃度和光照強度爲1000 ppm和8000 lux。3. 基于優化的空氣捕集與植物(wù)利用的耦合算法，CO₂的捕集能耗與成本分(fēn)别爲35.67 kJ/mol和34.68 USD/t。

關鍵詞組：直接空氣捕集；解吸附動力學；溫室；CO₂氣肥；成本分(fēn)析

Simulation and experimental evaluation of a combustion-powered actuator for hopping

Yun-guang Luan, Hua-ming Wang, Dong-biao Zhao, Yang Wang, Feng-hong Chen

DOI: 10.1631/jzus.A1600773 Downloaded: 2279 Clicked: 4112 Cited: 0 Commented: 0(p.831-840) <Full Text>

Chinese summary <23> 燃爆彈跳驅動器仿真與試驗研究

目的：研究燃爆彈跳驅動器熱-動力學模型，分(fēn)析驅動器的輸出性能，并通過試驗驗證驅動器熱-動力學模型的正确性。
創新點：1. 建立了燃爆彈跳驅動器熱-動力學模型，得到燃爆彈跳驅動器的相關輸出參數随時間的變化規律；2. 通過理論仿真與試驗測試分(fēn)析了驅動器的輸出性能。
方法：1. 根據對燃爆彈跳機器人工(gōng)作過程分(fēn)析，推導出燃爆彈跳驅動器工(gōng)作過程中(zhōng)的動力學模型，并對鎖緊力與彈簧剛度參數進行測試；2. 根據熱-動力學模型推導出燃燒室内壓力随時間變化的函數；3. 通過試驗測試驅動器驅動彈跳過程中(zhōng)壓力和位移随時間的變化曲線，将測試結果與熱-動力學模型仿真的結果進行比較。
結論：1. 建立了燃爆彈跳驅動器的熱-動力學模型，得到了驅動器的輸出性能參數；2. 試驗測試結果與仿真計算結果吻合，證明了驅動器熱-動力學模型的正确性。