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球黏土对单及多组分重金属离子的吸附效果

农业工程学报 2024年第4期40卷 245-253页

作者：陈榕王彪郝冬雪高晋宁王伟卓高宇聪东北电力大学岩土工程研究所吉林132012 东北电力大学吉林省电力基础设施安全评估与灾害防治重点实验室吉林132012

重金属污染水的防范和治理一直是国际上的难点和热点研究课题。吸附法具有经济可行和环境友好等优点,被认为是去除水中重金属离子的最佳技术。球黏土具有潜在的高吸附性能,为进一步探索利用球黏土治理重金属污染水的可行性,该研究通过... 详细信息

重金属污染水的防范和治理一直是国际上的难点和热点研究课题。吸附法具有经济可行和环境友好等优点,被认为是去除水中重金属离子的最佳技术。球黏土具有潜在的高吸附性能,为进一步探索利用球黏土治理重金属污染水的可行性,该研究通过单组分与多组分重金属离子的批式吸附试验,重点考察球黏土对Pb^(2+)、Cu^(2+)、Zn^(2+)、Cd^(2+)、Cr^(6+)的吸附效果和竞争吸附关系。单组分离子吸附试验表明,球黏土对重金属离子的吸附量遵循先快速增加后缓慢增长,随pH值的增大而增大,随初始浓度增加而增加,直至吸附饱和的规律。最佳吸附平衡时间为90 min;最佳溶液pH值为5。pH值对球黏土吸附5种重金属离子的影响程度由大到小依次为Zn^(2+)、Cd^(2+)、Cr6+、Cu^(2+)、Pb^(2+),当pH值从2增到5时,Zn^(2+)吸附量提高了184%。球黏土对5种离子Pb^(2+)、Cr^(6+)、Zn^(2+)、Cd^(2+)、Cu^(2+)的饱和吸附量分别为311.847、301.437、263.213、195.435和179.635 mg/g。通过动力学模型和等温线模型拟合,吸附数据更加符合准二阶动力学模型和Langmuir等温吸附模型,说明吸附过程为单层吸附,吸附方式为化学吸附,最大吸附量依次为Pb^(2+)(497.593 mg/g)>Cr6+(442.868 mg/g)>Zn^(2+)(339.376 mg/g)>Cd^(2+)(290.039 mg/g)>Cu^(2+)(194.941 mg/g)。多组分离子吸附试验表明,球黏土对4种离子的吸附量同样呈先快速后缓慢增长,直至平稳的趋势。各离子在球黏土的活性位点上表现出的竞争能力由强到弱依次为Cr^(6+)、Zn^(2+)、Cd^(2+)、Cu^(2+)。通过等温线模型拟合,发现多组分重金属离子吸附数据更加符合Langmuir等温吸附模型,吸附方式和吸附过程与单组分一致,各组分的最大吸附量与单组分相比有所下降,但吸附总量却大大增加,说明球黏土对多组分重金属离子具有良好的吸附能力。与其他原生矿物材料相比,球黏土对重金属离子具有更大的吸附量,该研究成果可为球黏土作为吸附剂的利用和推广提供理论依据和数据支持,具有较大的现实意义。

关键词：重金属等温线动力学球黏土单组分吸附多组分吸附

海相软土力学特性及其对城市地下轨道交通工程的影响分析

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水利与建筑工程学报 2024年第2期22卷 122-131页

作者：武科许文彬刘亚军刘大鹏窦中宇刘振华陈榕郝冬雪山东大学土建与水利学院山东济南250061 东北电力大学建筑工程学院吉林吉林132012

中国东部沿海地区广泛分布的海相软土,因其独特的力学特性和地质成因,对城市轨道交通建设产生了重大影响。针对中国五个典型区域的11个城市中的海相软土进行详细分析,旨在深入理解其地质成因、颗粒组成、矿物成分和微观结构特点,并总结... 详细信息

中国东部沿海地区广泛分布的海相软土,因其独特的力学特性和地质成因,对城市轨道交通建设产生了重大影响。针对中国五个典型区域的11个城市中的海相软土进行详细分析,旨在深入理解其地质成因、颗粒组成、矿物成分和微观结构特点,并总结其物理力学性质、蠕变性和触变性等关键工程特性。通过典型工程案例分析,揭示了城市轨道交通建设在海相软土地层中遭遇的工程风险,并基于实例分析,提出一系列海相软土地区轨道交通工程设计和施工的指导建议。特别强调有效控制和管理相关风险的策略,包括土体加固、改良技术和智能化监测手段的应用。该研究为理解海相软土的复杂工程行为提供了新的视角,对推进沿海地区城市轨道交通建设的安全与稳定具有重要意义。

关键词：海相软土力学特性工程风险沿海地区

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废弃混凝土对水中重金属铜和铅的吸附特性

农业工程学报 2022年第24期38卷 188-196页

作者：陈榕魏彤刘畅郝冬雪东北电力大学岩土工程研究所吉林132012 东北电力大学吉林省电力基础设施安全评估与灾害防治重点实验室吉林132012

工业废水的直接或间接排放导致中国自然水体受重金属污染程度较高,对重金属污水处理刻不容缓,但现有重金属去除方法普遍存在工艺过于复杂或投资高等缺点。由于废弃混凝土颗粒含有水泥水化产物和未水化的水泥颗粒,具有一定的活性和较高... 详细信息

工业废水的直接或间接排放导致中国自然水体受重金属污染程度较高,对重金属污水处理刻不容缓,但现有重金属去除方法普遍存在工艺过于复杂或投资高等缺点。由于废弃混凝土颗粒含有水泥水化产物和未水化的水泥颗粒,具有一定的活性和较高的比表面积,因此该研究拟尝试采用废弃混凝土颗粒作为重金属污染水的吸附材料。通过重金属浸出试验发现,重金属浸出量与废弃混凝土粒径相关,粒径越大,重金属析出量越小。基于试验数据以及《国家污水综合排放标准》的排放阈值要求,最终确定了废弃混凝土颗粒材料的最佳选取粒径。随后,通过静态吸附试验,重点考察了吸附时间、吸附剂用量、重金属初始质量浓度对废弃混凝土吸附重金属铜和铅的影响。结果表明:铜和铅在废弃混凝土上的吸附是一个先快速而后缓慢的过程,在100min基本达到吸附平衡,且废弃混凝土对铜和铅的吸附量随铜和铅初始质量浓度的升高而提高,去除率则随着铜和铅初始质量浓度的升高而降低,随着废弃混凝土用量的升高而提高。废弃混凝土对铜和铅的吸附符合Langmiur等温吸附模型,拟合得到的最大吸附量分别为40.75和86.73mg/g;准二阶动力学模型更适合描述废弃混凝土对铜和铅的吸附过程,说明控制吸附速率的主要是化学吸附。与其他常见的天然吸附剂材料相比,废弃混凝土对水中重金属铜和铅具有良好的吸附性能,可以作为吸附材料来处理含铜和铅的污染水。

关键词：重金属废弃混凝土铜铅吸附特性

砂土中水平矩形锚板竖向拉拔承载全域内三维统一力学模型与承载力计算方法研究

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岩土力学 2023年第6期44卷 1811-1825页

作者：胡伟王辉姚琛郝冬雪史旦达湖南科技大学岩土工程稳定控制与健康监测省重点实验室湖南湘潭411201 湖南科技大学土木工程学院湖南湘潭411201 中国中铁大桥勘测设计院集团有限公司重庆分公司重庆400020 东北电力大学建筑工程学院吉林吉林132012 上海海事大学海洋科学与工程学院上海201306

水平矩形锚板竖向拉拔属于典型的三维问题,但极限状态下锚周土体滑动面形态受锚板长宽比、埋深比两个变量共同影响,表征难度大。结合ABAQUS软件三维数值模拟和二维滑动面分析结果,三维滑动面在其埋深范围内任一水平剖面上的几何形态可用... 详细信息

水平矩形锚板竖向拉拔属于典型的三维问题,但极限状态下锚周土体滑动面形态受锚板长宽比、埋深比两个变量共同影响,表征难度大。结合ABAQUS软件三维数值模拟和二维滑动面分析结果,三维滑动面在其埋深范围内任一水平剖面上的几何形态可用4段分别与锚板长边、短边平行且相等的直线段以及4段1/4圆弧线组成的闭合图形描述;直线段与对应锚边的水平距离由长边中心竖向对称面内的滑动面决定,该二维滑动面形态仅取决于埋深比,可使用对数螺旋线形态函数进行表征。构建出了水平矩形锚板竖向拉拔承载三维力学分析模型,分析了该模型存在的4种工况。结合模型的分解与合并开展隔离体的力学极限平衡分析,推导建立了水平矩形锚板竖向拉拔承载力计算方法,该方法可在长宽比和埋深比全域范围内使用。通过与5个试验案例,3种计算方法的对比分析表明,新方法在各种密实状态砂土地基中均表现最好,具有很好的适用性。

关键词：矩形锚板竖向拉拔滑动面力学模型承载力

砂土中浅埋圆或螺旋形锚板上拔承载机理数值分析

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工程科学与技术 2022年第2期54卷 101-112页

作者：郝冬雪袁驰陈榕张新史旦达孔纲强东北电力大学建筑工程学院吉林吉林132012 北京工业大学建筑工程学院北京100124 中国电力工程顾问集团东北电力设计研究院有限公司吉林长春130021 上海海事大学海洋科学与工程学院上海201306 河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室江苏南京210098

针对圆形锚板及螺旋锚基础承载力问题,基于欧拉–拉格朗日单元耦合分析方法,采用可考虑应变软化的改进Mohr–Coulomb弹塑性本构模型,对砂土中圆锚拉拔过程进行数值模拟。在与单盘螺旋锚离心机试验结果对比验证数值模型有效性的基础上,... 详细信息

针对圆形锚板及螺旋锚基础承载力问题,基于欧拉–拉格朗日单元耦合分析方法,采用可考虑应变软化的改进Mohr–Coulomb弹塑性本构模型,对砂土中圆锚拉拔过程进行数值模拟。在与单盘螺旋锚离心机试验结果对比验证数值模型有效性的基础上,探讨不同密实度砂土中锚板的拉拔破坏机理,并分析浅埋圆锚的破坏滑裂面形式,以及滑裂面上土体强度参数及侧压力分布规律等。数值结果表明,滑裂面上土压力系数及内摩擦角非常值,土压力系数从锚盘边缘开始直线上升,至0.2D(盘径)高度时达到峰值,而后呈指数衰减至某一稳定值;对于松及中密砂土,滑裂面上等效内摩擦角可采用Davis折减公式确定,对于密砂,Davis折减公式会高估等效内摩擦角(约3°)。基于分析结果,提出了浅埋圆形及螺旋形锚板的上拔承载力理论计算方法,并建议现有理论计算公式的适用条件,相关成果为工程应用提供一定参考。

关键词：圆或螺旋形锚板上拔承载力应变软化破坏机理

松砂中双叶片螺旋锚上拔承载及土体变形特性试验研究

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岩土力学 2022年第11期43卷 3059-3072,3082页

作者：史旦达俞快毛逸瑶原媛郝冬雪胡伟上海海事大学海洋科学与工程学院上海201306 东北电力大学建筑工程学院吉林吉林132012 湖南科技大学岩土工程稳定控制与健康监测湖南省重点实验室湖南湘潭411201

基于室内1g模型试验,研究了松砂地基中双叶片螺旋锚的上拔承载性能,重点分析了埋深比和叶片间距的影响;在半模试验中融入数字图像相关技术(digital image correlation,简称DIC),分析了锚体上拔时锚周土体的变形和破坏规律;基于半模试验... 详细信息

基于室内1g模型试验,研究了松砂地基中双叶片螺旋锚的上拔承载性能,重点分析了埋深比和叶片间距的影响;在半模试验中融入数字图像相关技术(digital image correlation,简称DIC),分析了锚体上拔时锚周土体的变形和破坏规律;基于半模试验实测结果,提出了可用于松砂中双叶片螺旋锚上拔极限承载力预测的理论公式。研究结果表明,埋深比和叶片间距会影响螺旋锚的上拔极限承载力以及峰值上拔力出现时的位移水平;对于松砂中的双叶片螺旋锚上拔,埋深比H/D=3(H为上锚片的埋置深度,D为叶片直径)可视为浅埋和深埋的界限,当H/D>3后,上锚片上方土体的破坏模式由整体剪切破坏逐步转变为局部剪切破坏;间距比S/D=2.5(S为叶片间距)可视为两叶片之间的土体由圆柱剪切破坏向独立承载破坏转变的界限;经与全模试验及已有文献试验结果对比,上拔极限承载力理论公式的预测误差一般均在25%范围内,验证了理论公式的可靠性。

关键词：松砂双叶片螺旋锚上拔承载力土体变形数字图像相关技术

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单粒组冻结砂土三轴压缩颗粒破碎规律研究

岩土工程学报 2022年第S1期44卷 92-97页

作者：陈榕孙鹤郝冬雪武智勇高宇聪东北电力大学建筑工程学院东北电力大学吉林省电力基础设施安全评估与灾害防治重点实验室贵州电网有限责任公司贵阳供电局

针对三种不同粒径的单粒组冻结砂土开展三轴剪切试验，重点研究剪切过程中冻结砂土颗粒破碎演化规律及粒径对冻土颗粒破碎的影响。结果表明：冻结温度为-1℃和-2℃时，围压σ3≥5 MPa情况下冻结砂土出现明显压融，并且在-1℃时由于局部... 详细信息

针对三种不同粒径的单粒组冻结砂土开展三轴剪切试验，重点研究剪切过程中冻结砂土颗粒破碎演化规律及粒径对冻土颗粒破碎的影响。结果表明：冻结温度为-1℃和-2℃时，围压σ3≥5 MPa情况下冻结砂土出现明显压融，并且在-1℃时由于局部快速压融导致冻结砂土出现抗剪强度低于未冻土现象；冻结砂土在剪切过程中出现颗粒破碎现象，颗粒破碎率随轴向应变增大持续增长，在高围压(σ3≥5MPa)下甚至出现加速增长趋势；冻结砂土颗粒破碎率规律与未冻砂土不同，小粒组冻结砂土颗粒破碎率最大，该现象可能与冻土内部不同部位的冰晶作用有关。

关键词：冻结砂土粒径影响围压颗粒破碎

冻融循环下粉砂中螺旋锚抗拔稳定模型试验研究

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岩土工程学报 2023年第1期45卷 57-65,I0005,I0006页

作者：郝冬雪王磊陈榕莫凯强孔纲强高宇聪东北电力大学建筑工程学院吉林吉林132012 东北电力大学吉林省电力基础设施安全评估与灾害防治重点实验室吉林吉林132012 国家电网平高集团有限公司河南平顶山467001 河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室江苏南京210024

目前螺旋锚基础在寒区电力工程中得到初步应用,然而季冻区螺旋锚的冻拔稳定性研究有限,尤其缺少针对输电线路基础受力工况的冻融循环试验研究。因此,针对粉砂中螺旋锚冻拔性能进行了室内封闭系统单向冻融循环模型试验,探讨锚几何尺寸、... 详细信息

目前螺旋锚基础在寒区电力工程中得到初步应用,然而季冻区螺旋锚的冻拔稳定性研究有限,尤其缺少针对输电线路基础受力工况的冻融循环试验研究。因此,针对粉砂中螺旋锚冻拔性能进行了室内封闭系统单向冻融循环模型试验,探讨锚几何尺寸、锚顶约束条件、冻融循环次数及冻结边界温度对螺旋锚冻拔位移发展规律的影响。结果表明,锚盘埋于冻深线以下时,冻拔位移量与锚的抗拔承载力基本相关,未冻土中锚的上拔承载力越大,其冻拔位移越小;承载力相近时,锚盘间距小对抗冻拔有利。锚顶自由时,升温锚顶位移部分恢复;而锚顶作用上拔荷载时,升温过程中上拔位移仍持续发展。大盘径锚和小间距多盘锚抗冻拔效果好,在第3次冻融循环后位移增量趋于稳定。在封闭系统下,相同的冻结时间,冻结边界温度降低会增大锚杆切向冻拔力,从而加剧冻拔位移的发展。所得结论可为季冻区螺旋锚基础设计提供一定参考。

关键词：多次冻融循环粉砂螺旋锚冻拔位移

高应力下石英砂三轴剪切颗粒破碎演化规律及影响

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岩土工程学报 2023年第8期45卷 1713-1722页

作者：陈榕武智勇郝冬雪高宇聪东北电力大学建筑工程学院吉林吉林132012 东北电力大学岩土工程研究所吉林吉林132012 东北电力大学吉林省电力基础设施安全评估与灾害防治重点实验室吉林吉林132012

高应力条件下砂土的颗粒破碎情况与一般应力条件下的明显不同,现有关于高应力条件下石英砂颗粒破碎演化模型的研究成果相对有限。通过2~8 MPa围压下固结排水(CD)和固结不排水(CU)三轴剪切试验,获取了不同应力水平下石英砂的偏应力-轴向... 详细信息

高应力条件下砂土的颗粒破碎情况与一般应力条件下的明显不同,现有关于高应力条件下石英砂颗粒破碎演化模型的研究成果相对有限。通过2~8 MPa围压下固结排水(CD)和固结不排水(CU)三轴剪切试验,获取了不同应力水平下石英砂的偏应力-轴向应变-体应变或孔隙水压力关系曲线,以及砂土在剪切过程中的相对破碎率;随后分析了颗粒破碎的演化规律,并分别采用Hardin、Lade、Wang颗粒破碎模型描述石英砂破碎规律,探讨了各个模型的适用性;最后基于石英砂相对破碎率与有效破坏内摩擦角间的关系,给出了高压下影响石英砂强度的临界相对破碎率。

关键词：颗粒破碎石英砂强度特性演化三轴剪切试验