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ISSN 1000-0054
CN 11-2223/N
创刊于 1915 年 (月刊)
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  • 清华大学学报(自然科学版)
      2019年, 第59卷, 第8期 上一期    下一期
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    微生物岩土技术
    MICP拌和固化钙质砂一维固结试验  收藏
    郭红仙, 李东润, 马瑞男, 程晓辉
    清华大学学报(自然科学版). 2019, 59 (8): 593-600.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.21.018
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (4305KB)
    该文通过一维固结压缩试验,研究基于微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)技术拌和固化岛礁钙质砂,并改善其压缩特性。总结了完全不同于石英砂的钙质砂的压缩特性;固化试验研究中考虑了粒径级配、相对密度以及反应液浓度对钙质砂压缩特性的影响。试验结果表明:尽管拌和固化钙质砂所用菌液和反应液的用量很小,但是固化后的钙质砂的压缩特性仍有较大改善,压缩指数平均降低了约0.10;固结压缩曲线e-lgp呈现2或3个明显直线段;固化效果受土体粒径级配和相对密度的影响,高浓度反应液更有利于土体压缩性的降低。
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    低碱胶凝材料负载微生物应用于混凝土的开裂自修复  收藏
    徐晶, 王先志
    清华大学学报(自然科学版). 2019, 59 (8): 601-606.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.22.016
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (1725KB)
    利用微生物诱导成矿实现混凝土的开裂自修复,面临的首要问题是对菌体进行负载保护,而载体材料是关键。该文选取了掺入质量分数20%硅灰的硫铝酸盐水泥作为低碱性胶凝负载材料,通过对胶凝材料的pH值以及凝结时间的优化,并评价负载后细菌芽孢的活性,探索出了一个有效的负载体系。混凝土开裂自修复的测试结果表明:借助该负载体系,28 d可使最大约322 μm宽的混凝土裂缝得以完全修复。修复后,混凝土抗压强度恢复到损伤前的84%,水密闭性恢复至未损伤时的水平。
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    不同矿化微生物对混凝土裂缝自修复效果影响  收藏
    张家广, 许顺顺, 冯涛, 赵林, 李珠
    清华大学学报(自然科学版). 2019, 59 (8): 607-613.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.26.009
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (2820KB)
    微生物矿化沉积能够有效地实现混凝土的裂缝自修复,从而延长混凝土结构的服役时间,然而直接掺入混凝土的微生物成活率会显著降低。该文以高孔隙率的膨胀珍珠岩作为微生物载体,研制了具有裂缝自诊断和自修复能力的混凝土,考察了不同类型矿化微生物对混凝土裂缝自修复效果的影响,并对混凝土裂缝处沉淀物进行了微观结构分析。试验结果表明:科氏芽孢杆菌和筛选的好氧型、兼性厌氧型、厌氧型混菌均具有良好的矿化沉积能力,混凝土经修复养护28 d后裂缝修复率分别达到73.3%、83.3%、63.3%和41.5%。微观结构分析结果表明:利用不同类型矿化微生物研制的裂缝自修复混凝土的裂缝处填充物为不同形态的碳酸钙晶体。研究结果可为基于微生物矿化的混凝土裂缝自修复性能研究提供参考。
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    砂土中混凝土裂缝的微生物封堵试验研究  收藏
    李萌, 由士权, 康绍斌, 程晓辉, 郭红仙
    清华大学学报(自然科学版). 2019, 59 (8): 614-618.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.22.021
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (1587KB)
    微生物封堵技术研究表明可以通过向岩土中微生物提供营养物质从而在较短时间形成封堵。该文对砂土中混凝土裂缝利用微生物封堵法进行试验,设置两个试验组灌入不同的营养物质,分别记录试验过程中的环境温度和湿度,对流出液的pH值、电导率、氧化还原电位、OD600及不同种类微生物数量变化进行了检测。结果表明:在灌入不同营养物质25 d后,试块均发生较明显的封堵现象,单位时间内的流量有了显著降低,其中一个灌注马铃薯提取物的试验模型由平均85 mL/h下降至0.5 mL/h,另一个灌注加铁的马铃薯提取物的试验模型由平均70 mL/h下降至0.3 mL/h。研究结果证实了微生物代谢在砂土中混凝土裂缝封堵过程中发挥了重要作用。
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    水利水电工程
    有限土体土压力和边坡安全系数分析  收藏
    介玉新
    清华大学学报(自然科学版). 2019, 59 (8): 619-627.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.22.018
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (1483KB)
    结合岩土工程近年来的发展,该文针对有限土体土压力、边坡安全系数及临界滑动面的计算方法中存在的问题进行分析探讨,发现现有的计算有限土体土压力的方法存在缺陷,由此计算的土压力会随着土体宽度的减小而趋近于0,违背土力学常识。有限土体土压力应当采用Rankine土压力理论进行计算。采用基于强度储备定义的安全系数,可以无须区分“抗滑力”和“滑动力”。对于给定滑动面,取滑动面上土体的抗剪强度来计算安全系数是由抗剪强度的定义本身所决定的,但土体并不一定能够调整到“最大抗滑能力”。最小安全系数对应的临界滑动面不一定是最先发生滑动的破坏面。该研究对理解相关概念、提高岩土力学的认知水平具有一定意义。
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    基于CNN模型的施工现场典型安全隐患数据学习  收藏
    林鹏, 魏鹏程, 樊启祥, 陈闻起
    清华大学学报(自然科学版). 2019, 59 (8): 628-634.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.26.008
    摘要 ( 1 )   HTML    PDF (1080KB)
    该文旨在通过卷积神经网络(convolutional neural networks,CNN)模型对基础设施建设期典型安全隐患进行数据学习与挖掘,为现场智能安全管控提供方法和依据。依托于Wesafety平台实时统计出的某大型水电站现场安全隐患数据,分析了现场典型安全隐患特征,提出了基于CNN的安全隐患学习与挖掘模型,并定义了模型结构的卷积层、池化层、全连接层以及训练和测试流程,开发了相应的程序。结果表明:该方法提高了基础设施建设现场扁平-闭环安全管理的效率,为智能安全管理提供了崭新的思路,达到了机器自动识别典型隐患的目的,研究结果对建设工程安全隐患自动分类分析具有参考意义。
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    抽水蓄能电站极端甩负荷工况球阀协同调节  收藏
    黄伟, 杨开林, 郭新蕾, 马吉明, 李甲振
    清华大学学报(自然科学版). 2019, 59 (8): 635-644.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.22.013
    摘要 ( 1 )   HTML    PDF (1617KB)
    为解决某些抽水蓄能电站设计方案在极端甩负荷工况下单纯采用优化导叶关闭规律的策略不能将蜗壳和尾水管压力限制在允许范围内的问题,提出了一种进水球阀与导叶协同调节的过渡过程控制策略,并通过一维数值模拟评估了导叶关闭规律、水泵水轮机特性及球阀关闭规律等因素对机组转速、蜗壳及尾水管压力的影响。工程实例表明:进水球阀协同导叶参与调节的控制方式对机组转速、球阀进口压力以及尾水管进口压力的第1波变化影响较小,但可显著降低机组转速和球阀进口压力的第2峰值,提高尾水管进口压力的第2波谷值。该调节方式还可有效避免机组进入小开度下的“S”形不稳定区,达到改善水击压力和减小压力脉动的效果。
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    温-水-土-结构耦合作用下寒区梯形衬砌渠道结构形体优化  收藏
    王羿, 刘瑾程, 刘铨鸿, 王正中
    清华大学学报(自然科学版). 2019, 59 (8): 645-654.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.22.010
    摘要 ( 1 )   HTML    PDF (3446KB)
    为提高寒区大型梯形渠道结构输水及抗冻胀破坏能力,采用分层序列法构建渠道断面水力与抗冻胀双目标优化方法。为准确反映温、水、土等外环境与衬砌结构耦合作用所导致的渠道冻胀变形过程,基于冻土水-热-力耦合冻胀理论建立了衬砌渠道冻胀分析模型。以水力最优为第1层次优化,以所得形体几何参数作为抗冻胀优化的解集空间;在第2层次的抗冻胀优化过程中提出了衬砌结构整体刚度指标,并以整体刚度指标最小作为优化目标,以衬砌允许最大法向位移和拉应力作为约束条件;通过COMSOL软件二次开发对冻胀模型控制方程进行有限元求解。工程算例表明:优化结果体现了对渠道行水和衬砌抗冻胀的改进;与原设计相比,优化后渠道结构整体刚度系数减小30%~48%,提高了对冻胀变形的适应能力。该方法可为类似工程设计提供参考。
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    建设管理
    中国风险投资活动的城市与行业扩散机制  收藏
    段了了, 孙伟增, 郑思齐
    清华大学学报(自然科学版). 2019, 59 (8): 655-662.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.22.017
    摘要 ( 1 )   HTML    PDF (1974KB)
    风险投资是促进高新技术产业发展的重要力量,对于推动产业升级和经济增长具有重要意义。然而,中国风险资本在城市间和行业间的分布不均衡现象突出,不利于落后地区和行业的发展。该文利用中国风险投资事件的微观数据,通过构建投资决策模型,分析风险资本投资初创企业的影响因素。研究结果表明:风险投资者的行业经验与城市经验、初创企业的发展成熟度、联合投资者的行业经验与城市经验都能够显著提高投资概率;同时,风险投资者经验和被投资企业的成熟度有助于推动风险资本进入新城市和新行业,而联合投资者的经验未能发挥预期作用。
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    PPP项目控制权配置影响因素及合理配置原则  收藏
    王守清, 牛耘诗, 伍迪, 褚晓凌
    清华大学学报(自然科学版). 2019, 59 (8): 663-669.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.22.020
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (951KB)
    控制权的合理配置是政企合作(PPP)项目成功的重要前提条件,但在不同项目中配置方案的最优解往往不同,因此控制权配置影响因素和配置原则具有重要的理论与实践价值。该文运用控制权内涵、决策理论和失效模式与影响分析(FMEA)将不同影响因素所体现的项目特征描述为PPP项目中不同决策的3个维度的重要性程度,并采用因子分析方法识别这些影响因素与项目决策之间的关系,提取出PPP项目控制权配置的15个可能影响因素。应用OLS和Logistic两种回归方法探究这些影响因素对PPP项目控制权分配的影响机理。研究结果发现:产品与服务的公共化程度、项目公司的风险管控水平、项目技术的创新化程度等12个影响因素对政企双方的控制权子权利具有不同的影响作用。基于该结论提出了PPP项目控制权合理配置原则的4项针对性建议,即发挥企业专业优势、政府合理放权、保证企业合理收益、实现政企双方的共赢合作。
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    航天航空
    人字形面齿轮几何设计与基本特征分析  收藏
    冯光烁, 顾永鹏, 兰旭东, 周明
    清华大学学报(自然科学版). 2019, 59 (8): 670-682.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.22.015
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (6853KB)
    该文提出了一种新型面齿轮副,即人字形面齿轮副。基于全齿面精确建模的面齿轮副设计方法,建立了人字形面齿轮副的几何设计方法。建立了虚拟产形齿轮的数学模型,推导了人字形面齿轮的数学模型,得到了人字形面齿轮副的精确三维实体模型。基于有限元加载接触分析方法,分析了人字形面齿轮副的基本特征:轮齿接触、圆柱齿轮轴向力、重合度、传动误差、内外侧轮齿齿宽的影响、内外侧轮齿相位的影响。数值研究表明人字形面齿轮副具有如下优点:圆柱齿轮无轴向力,简化了轴承支撑;可以采用大传动比、大螺旋角,承载能力强,振动噪声水平低,适用于高速重载场合;旋转方向敏感度低,适宜用于需要双向转动的场合。该文最后总结了人字形面齿轮副的设计准则。
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    机械工程
    基于零偏置电流的磁悬浮电主轴动不平衡力抑制  收藏
    荣海, 周凯, 毛飞龙
    清华大学学报(自然科学版). 2019, 59 (8): 683-688.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2018.25.059
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (1673KB)
    磁悬浮系统在偏置电流控制策略下会产生高功耗,造成温升、热变形以及传感器的温漂等,影响转子的悬浮精度。此外,由于动不平衡力、传感器测量失真以及电机偏心磁拉力等因素影响,会引起转速的同频和倍频振动。该文在传统的零偏置电流控制基础上,提出了基于多频率陷波器的动不平衡力抑制策略。首先,利用零偏置电流控制策略来降低磁轴承功耗,针对零偏置电流策略带来的系统非线性,将电流到位移的非线性系统转化为电磁力到位移的线性系统,再采用线性控制策略设计位移控制器。其次,在零偏置电流策略的基础上,引入多频率陷波器来抑制转子的同频与倍频振动。通过实验对比了不开启同频陷波器控制、仅开启同频陷波器控制以及开启多频率陷波器控制3种情况,验证了所提出的多频率陷波器策略能够有效抑制转子的同频与倍频振动。该方法不仅有效地抑制了转子的周期性振动,还大大降低了磁轴承功耗。
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