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考虑表面形貌特征的岩体结构面蠕变特性

地球科学 2022年第12期47卷 4484-4497页

作者：罗泽军张清照石振明潘青俞松波同济大学地下建筑与工程系上海200092 上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司上海200092

工程岩体开挖会遇到各种复杂应力条件,岩体在荷载作用下随时间会产生流变现象,这种“累进性破坏”导致工程岩体常出现滑坡、塌方、大变形和支护困难等问题.为解释天然岩体结构面的流变现象,以天然红砂岩结构面为研究对象,基于结构面三... 详细信息

工程岩体开挖会遇到各种复杂应力条件,岩体在荷载作用下随时间会产生流变现象,这种“累进性破坏”导致工程岩体常出现滑坡、塌方、大变形和支护困难等问题.为解释天然岩体结构面的流变现象,以天然红砂岩结构面为研究对象,基于结构面三维形貌扫描试验、结构面分级加载剪切蠕变试验,对天然岩体结构面的剪切蠕变特性进行系统研究.研究发现,岩体结构面蠕变变形量与蠕变应力和结构面三维形貌特征指标正相关;岩体结构面蠕变曲线可分为3个阶段,即过渡蠕变、稳态蠕变和加速蠕变阶段,当法向应力一定时,结构面三维形貌特征指标越大,发生的蠕变破坏越剧烈;基于结构面剪切蠕变曲线与剪切蠕变速率曲线特征,建立了参数物理意义明确的岩体结构面剪切蠕变经验模型.

关键词：红砂岩岩体结构面形貌特征蠕变曲线本构模型岩土工程

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乌鲁木齐南部大气及降尘中微塑料的形貌特征

中国环境科学 2022年第12期42卷 5542-5548页

作者：张小慧迪丽努尔·塔力甫买里克扎提·买合木提刘会斌安菊琴蔡静波刘博文赵启隆新疆大学化工学院新疆乌鲁木齐830046

采用体视显微镜、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)和能量色散光谱(EDS)等对乌鲁木齐南部大气总悬浮颗粒物(TSP)及降尘样品中微塑料的颜色、成分及形貌等特征进行分析.结果表明,TSP和降尘中存在纤维、碎片和薄膜等多种形... 详细信息

采用体视显微镜、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)和能量色散光谱(EDS)等对乌鲁木齐南部大气总悬浮颗粒物(TSP)及降尘样品中微塑料的颜色、成分及形貌等特征进行分析.结果表明,TSP和降尘中存在纤维、碎片和薄膜等多种形状的微塑料,且TSP和降尘中的微塑料分别以纤维状(81.8%和86.2%)和碎片状(56.3%~68.4%)为主;通过FTIR鉴定出TSP和降尘中的塑料成分主要是聚乙烯,聚丙烯和聚苯乙烯;SEM发现纤维状微塑料表面较为光滑,有少量的裂痕,上面分布少量碎屑;碎片状微塑料边缘卷曲破碎,形状不规则,破损程度高,表面黏附大量的颗粒物;EDS分析表明微塑料中以C和O元素为主,还包含Si、Na、Zn等元素.结果可为进一步了解乌鲁木齐大气微塑料的污染情况提供基础数据支撑.

关键词：乌鲁木齐大气微塑料颗粒物降尘形貌特征

蚀变型金矿石水力压裂裂缝起裂扩展规律实验研究

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岩石力学与工程学报 2024年第S1期43卷 3321-3332页

作者：于骞刘江伟陈绍杰李亚康山东科技大学能源与矿业工程学院山东青岛266590

蚀变型金矿石水压裂缝起裂扩展规律对水力压裂开采金矿具有重要意义,开展不同注水流量、不同最小水平主应力、不同注水孔与节理面夹角的蚀变型金矿石真三轴水力压裂实验。结果表明:(1)当蚀变型金矿石水平主应力差为1~3 MPa时,起裂应力为... 详细信息

蚀变型金矿石水压裂缝起裂扩展规律对水力压裂开采金矿具有重要意义,开展不同注水流量、不同最小水平主应力、不同注水孔与节理面夹角的蚀变型金矿石真三轴水力压裂实验。结果表明:(1)当蚀变型金矿石水平主应力差为1~3 MPa时,起裂应力为22.2~40.0 MPa;注水流量从5 mL/min增大到15,30 mL/min,起裂应力从16.53 MPa分别增大17.4%,34.3%;最小水平主应力从4 MPa增大到5,6 MPa,起裂应力从22.20 MPa分别增大37.4%,80.2%;注水孔与节理面夹角从0°增大到45°,90°,起裂应力从22.20 MPa分别增大6.3%,24.9%;在相近的地应力条件下,蚀变型金矿石比煤岩、灰岩、砂岩、页岩等沉积岩起裂应力更大;(2)蚀变型金矿石水压裂缝按扩展路径可分为直线扩展和折线扩展2种模式;注水流量从5 mL/min增大到15,30 mL/min,裂缝扩展方向与最小水平主应力方向垂直程度增高,转向次数由2次均减少至0次;最小水平主应力从4 MPa增大到5,6 MPa,裂缝转向次数由0次增加至1和3次,转向角度增大;注水孔与节理面夹角从0°增大到45°,90°,裂缝扩展方向受节理面干扰程度增大并偏向节理面扩展;蚀变型金矿石水压裂缝多为主裂缝,次级裂缝发育少分布简单,沉积岩次级水压裂缝数量多且分布复杂;(3)蚀变型金矿石裂缝面按照形貌特征可分为平滑裂缝面和粗糙裂缝面;注水流量从5 mL/min增大到15,30 mL/min,裂缝面凸起变小,凸起面积占裂缝面面积由63%降低至45%,0;最小水平主应力从4 MPa增大到5,6 MPa,凸起面积占裂缝面面积由0增至40%,45%;注水孔与节理面夹角从0°增大到45°,90°,裂缝面均保留节理面形貌特征且平滑无凸起;蚀变型金矿石裂缝面粗糙,而沉积岩裂缝面较平滑。

关键词：采矿工程蚀变型金矿石水力压裂起裂应力扩展规律形貌特征

锈蚀H型钢梁表面形貌特征及其抗弯剪性能研究

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锈蚀H型钢梁表面形貌特征及其抗弯剪性能研究

作者：曾生辉西南科技大学

学位级别：硕士

长期腐蚀环境作用往往导致钢结构表面产生大量锈蚀损伤,其不仅削弱钢构件截面厚度,还会引起表层应力集中,严重威胁既有钢结构剩余承载能力与服役安全。为研究腐蚀侵害对钢结构剩余承载能力的影响,本文基于广泛采用的H型钢构件作为研究对... 详细信息

长期腐蚀环境作用往往导致钢结构表面产生大量锈蚀损伤,其不仅削弱钢构件截面厚度,还会引起表层应力集中,严重威胁既有钢结构剩余承载能力与服役安全。为研究腐蚀侵害对钢结构剩余承载能力的影响,本文基于广泛采用的H型钢构件作为研究对象,首先,采用中性盐雾环境模拟自然大气环境腐蚀,通过人工加速腐蚀试验获得4组不同腐蚀龄期的H型钢梁试件,并利用形貌测量仪器获得锈蚀试件表面形貌数据,分析了锈蚀表面综合演化特征。然后,通过钢板拉伸试验,研究了锈蚀表面形貌特征对钢材性能影响。最后,采用锈蚀H型钢压弯试验与有限元分析相结合的方式,研究了锈蚀作用对H型钢压弯破坏模式、承载性能以及变形能力等性能的影响。提出锈蚀H型钢梁内力折减系数的计算方法,以期为既有钢结构压弯构件性能评估与加固设计提供理论基础。主要研究内容如下:(1)基于不同锈蚀程度钢材的表面形貌测量结果,分析了锈蚀表面形貌演化特征规律。结果表明:锈蚀钢表面不断重复蚀坑的成核、连接和融合这一演化特征,而后将出现形状更为复杂的台状蚀坑,通过对其形貌进行综合分析,明确了该类蚀坑的形状类型及尺寸区间。蚀坑参数数理统计结果表明,不同锈蚀程度的钢表面蚀坑深度以及蚀坑径深比服从对数正态分布。(2)针对台状蚀坑特点,提出了台状蚀坑简化模型,并根据蚀坑参数统计结果,借助有限元方法,系统地分析了尺寸区间内台状蚀坑体态倾角、台阶宽度比以及台阶宽高比对锈蚀钢板应力集中效应的影响规律,建立了应力集中系数的综合计算模型。(3)根据不同锈蚀程度Q235钢板拉伸试验结果与锈蚀表面测量结果,分析了锈蚀表面形貌特征与钢板断裂行为的关系以及锈蚀作用对钢材力学性能的影响。通过分析钢板局部断裂区域,明确了锈蚀钢板强度与表面危险蚀坑参数的关系,以及钢板伸长率随断裂区域平均厚度的变化规律。(4)基于不同锈蚀程度的H型钢梁压弯试验结果,研究了锈蚀H型钢梁的屈服荷载、屈曲荷载、极限荷载、变形能力以及刚度的退化规律,并通过分析锈蚀H型钢梁的应变变化规律以及压弯承性能指标的退化规律,研究了锈蚀作用对H型钢梁受力变形特征以及破坏模式的影响。(5)基于锈蚀表面蚀坑统计分析结果,结合Python对ABAQUS有限元软件进行二次开发,提出了一种可准确还原锈蚀表面特征并获得高质量单元的随机点蚀损伤有限元建模方法,并基于锈蚀H型钢梁压弯试验数据进行校核,验证了该方法的有效性。此外,基于有限元计算结果,分析了锈蚀H型钢梁应力分布特征以及锈蚀对其抗弯剪性能的影响,提出了锈蚀H型钢梁弯矩、剪力折减系数的计算方法。

关键词：锈蚀钢结构形貌特征台状蚀坑随机有限元承载性能

大豆叶片形貌特征对农药雾滴润湿性能的影响研究

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大豆叶片形貌特征对农药雾滴润湿性能的影响研究

作者：魏雪桐黑龙江八一农垦大学

学位级别：硕士

由于大豆在不同生长时期下,叶面存在多样性的多毛状复合界面,加之不同类型间农药理化性质的差异,导致一定尺寸范围的雾滴在该类特殊复合界面的粘附性能弱、农药吸收率低和药效差等问题。为探究农药雾滴在大豆叶片表面粘附力弱的根本原因... 详细信息

由于大豆在不同生长时期下,叶面存在多样性的多毛状复合界面,加之不同类型间农药理化性质的差异,导致一定尺寸范围的雾滴在该类特殊复合界面的粘附性能弱、农药吸收率低和药效差等问题。为探究农药雾滴在大豆叶片表面粘附力弱的根本原因,本文基于作物叶片粘附与润湿理论分析,开展了雾滴润湿规律与持留量试验研究,明晰群体雾滴在叶片表面特殊形貌、农药理化性质共同作用下持留行为的规律,主要研究内容如下:(1)农药雾滴润湿植物叶片过程理论分析:通过分析植物表面形貌特征及倾角结构、表面润湿理论基础,得出接触角、铺展直径和粘附张力的大小可以作为衡量润湿效果好坏的评价指标。(2)大豆叶片倾角及叶表结构对农药雾滴润湿特性的影响:利用SZ-230型工业相机,测得大豆叶片在V1-V3时期茸毛长度和密度均呈现上升趋势。V1期叶片茸毛最短,密度最小。茸毛长度为120μm左右,密度为4-7根/cm,V3期叶片茸毛最长,密度最大。茸毛长度为1300μm左右,密度为11-15根/cm。不同的茸毛密度下,接触角的变化范围在52.7°-107°之间,通过试验结果对比发现短而密的茸毛结构不利于刺破水膜,使农药雾滴难以在叶表铺展。当接触角大于90°时,其润湿面积小、效果差。将接触角和铺展直径作为润湿性能的评价指标。利用接触角测量仪测得叶片倾角为22°时,雾滴铺展直径最大值为7.5mm,雾滴在大豆叶片表面铺展性能良好。(3)农药理化性质对雾滴润湿特性的影响:影响雾滴沉积状态的农药理化性质主要包括表面张力与粘附张力,在不同表面张力条件下,发现药液表面张力为30m N/m时,其粘附张力最大值达到40m N/m,此时,雾滴的铺展和粘附效果最佳,有利于保证药液雾滴在大豆表面的有效持留。(4)农药雾滴在大豆叶片表面持留特性的影响分析:为了验证上述影响因素在群体雾滴中是否一致,利用可移动式喷雾试验台,以持留量作为群体雾滴润湿性的评价指标。该试验结果表明:在农药雾滴表面张力为30m N/m,茸毛密度5根/cm,叶片倾角为22°的条件下,雾滴在靶标叶片上持留量为6.82μL/cm,持留效果最佳,且在此时雾滴最易铺展并润湿大豆叶片表面。群体雾滴与上述单个雾滴的试验结果一致。

关键词：大豆叶片形貌特征药液性质润湿持留

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一次生物气溶胶形貌特征、组分及吸湿性研究

一次生物气溶胶形貌特征、组分及吸湿性研究

作者：贾嘉华北水利水电大学

学位级别：硕士

一次生物气溶胶颗粒(PBAPs)由于气候效应和人体健康效应引起了人们的广泛关注,花粉气溶胶是一次生物气溶胶的重要组成部分,植物花粉颗粒会释放出亚花粉颗粒有助于气溶胶的形成。目前对中国北方森林大气中一次生物气溶胶的单颗粒研究和... 详细信息

一次生物气溶胶颗粒(PBAPs)由于气候效应和人体健康效应引起了人们的广泛关注,花粉气溶胶是一次生物气溶胶的重要组成部分,植物花粉颗粒会释放出亚花粉颗粒有助于气溶胶的形成。目前对中国北方森林大气中一次生物气溶胶的单颗粒研究和对花粉颗粒吸湿性的影响因素研究较少,因此对于一次生物气溶胶微观形貌、组成及吸湿性的综合性研究,尤其是花粉气溶胶的研究是非常必要的。本研究利用单颗粒采样法在我国小兴安岭针叶林中采集一次生物气溶胶颗粒,通过透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(SEM)对其形貌、组分和混合状态进行了研究,通过气象条件对影响生物气溶胶排放的因素进行探讨,结果表明,棒状一次生物气溶胶含量最丰富,可能代表了细菌和真菌颗粒,磷元素是区分PBAPs和非PBAPs的主要标记物,相对湿度是增加夜间一次生物气溶胶排放的关键因素。借助实验室自主搭建的单颗粒吸湿性系统(IPH)对其进行吸湿性表征,研究发现一次生物气溶胶属于弱吸湿性气溶胶。此外,在杭州市内空气污染较低地区收集了7种花粉颗粒(悬铃木、山茶花、葎草、诸葛菜、锦带花、虞美人以及金鸡菊),使用扫描电子显微镜观察花粉颗粒物的微观形貌,并对花粉颗粒吸湿性进行表征。结果表明,花粉颗粒形状大多数呈长球形或不规则近球形花粉,表面带有不同种表面纹饰,大多数花粉颗粒有3条萌发孔;在花粉颗粒的吸湿性增长过程中,不仅花粉颗粒内部吸水膨胀导致花粉结构形貌改变,而且高湿度下在表面花粉孔处最先观察到水分吸收。不同种类的花粉吸湿增长特征各异,相对湿度为95%时的吸湿增长因子主要集中在1.05～1.14。花粉的形状指数(Shape,SH=P/E,P:极轴长度,E:赤道轴长度)是影响花粉吸湿性的因素之一,形状指数与花粉吸湿性呈负相关,P/E值越接近于1,表明花粉越接近球形,吸湿性越好。本研究还制备了7种花粉水提取液,其总溶解物质的比例在0.26到0.62之间,对花粉水提取液生成的气溶胶的吸湿性进行表征,相对湿度95%时的吸湿增长因子主要集中在1.03～1.49。然后利用离子色谱分析仪和紫外分光光度计等分析手段对花粉水提取液样品进行化学分析,测量水溶性无机离子含量和主要为蛋白质的有机物含量,探究花粉的化学组分对其吸湿性的影响。水溶性无机离子分析结果表明,花粉颗粒水提取液的总离子浓度为35.68～92.44μg/mg,主要含量为K、Ca、Cl和SO,K的相对含量最高,为29%～50%不等,浓度为16.25～41.49μg/mg不等,水溶性无机离子含量较高的花粉吸湿性相对较强,推测水溶性无机离子含量对花粉吸湿性有促进作用。蛋白质浓度含量分析结果表明,花粉水提取液的蛋白质浓度浓度含量在16.49～31.67μg/mg之间不等,蛋白质含量较高的花粉吸湿性较弱,推测蛋白质含量对花粉吸湿性有抑制作用。本研究为生物气溶胶进一步深入探究,尤其是花粉吸湿性能和影响因素的研究提供参考,对于理解生物气溶胶对环境和人体健康效应有着重要的科学意义。

关键词：生物气溶胶花粉气溶胶形貌特征单颗粒分析吸湿性

济南市城市扬尘的微观形貌和化学组分特征分析

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生态环境学报 2023年第3期32卷 545-555页

作者：张怀成韩红王在峰韩立钊刘克张桂芹范晶魏小锋山东省济南生态环境监测中心山东济南250100 山东建筑大学市政与环境工程学院山东济南250101 济南市生态环境局槐荫分局山东济南250117 山东碧轩环境检测有限公司山东济南250013

城市扬尘作为大气颗粒物的主要来源之一,对环境空气质量的影响较大。为探究济南市不同区域城市扬尘物理特性、微观形貌和化学组分的季节变化特征,采集了济南市有代表性的四个区域(钢铁集聚区、城郊结合部、市区和县区)2021年不同季节的... 详细信息

城市扬尘作为大气颗粒物的主要来源之一,对环境空气质量的影响较大。为探究济南市不同区域城市扬尘物理特性、微观形貌和化学组分的季节变化特征,采集了济南市有代表性的四个区域(钢铁集聚区、城郊结合部、市区和县区)2021年不同季节的扬尘样品,分析了扬尘的比表面积、微观形貌、化学组分的变化特征。结果表明,春季扬尘颗粒粒径较小,比表面积较大;钢铁集聚区PM_(2.5)占比最高,为5.26%,比表面积为351.3 m^(2)·kg^(-1);其次为市区PM_(2.5)占比较高,为3.49%,比表面积为247.5 m^(2)·kg^(-1)。扫描电镜结果显示钢铁集聚区和市区扬尘颗粒主要有规则的“块状”“簇状”“片状”的矿物颗粒、不规则的“链状”和“蓬松状”的烟尘集合体以及“球状”燃煤飞灰颗粒,钢铁集聚区链状密集的烟尘集合体主要来源于机动车尾气和燃煤,市区聚合蓬松状烟尘集合体主要来源于机动车尾气;春季矿物颗粒比例较大,冬季密集链状烟尘集合体和燃煤飞灰较多,主要来源于机动车尾气和燃煤,其他季节聚合蓬松状烟尘集合体较多,主要来源于机动车尾气。各区域扬尘PM_(2.5)中水溶性离子Ca^(2+)、SO_(4)^(2-)和Na^(+)含量较高。4个区域中各季节AE/CE值均小于1,说明济南市扬尘PM_(2.5)呈碱性,市区冬季的AE/CE最高为0.36。扬尘PM_(2.5)中碳组分均以O_(C)为主,济南市各区域扬尘中O_(C)/E_(C)比值在5.4-17.5之间,均存在明显的二次有机碳的生成,且碳组分主要来自于燃煤和生物质燃烧排放。扬尘PM_(2.5)中金属元素Si、Al和Fe含量较高,主要受土壤风沙、燃煤和钢铁冶炼影响。

关键词：城市扬尘季节变化比表面积形貌特征碳组分金属元素

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高镍/碳硅三元锂离子电池循环老化机理研究

储能科学与技术 2024年

作者：胡文豪赵晨曦孙卓尔张沛王学辉汪箭航空工业第一飞机设计研究院机电系统研究所杭州市消防救援支队中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室

高镍锂离子电池具有能量密度高、功率密度大高等特征，目前得到了广泛使用，但是老化造成的电池容量损失一直是制约高镍锂离子电池高效利用的问题。本文对高镍/碳硅锂离子电池的老化机理进行了研究，开展了高镍/碳硅型锂离子电池循环老... 详细信息

高镍锂离子电池具有能量密度高、功率密度大高等特征，目前得到了广泛使用，但是老化造成的电池容量损失一直是制约高镍锂离子电池高效利用的问题。本文对高镍/碳硅锂离子电池的老化机理进行了研究，开展了高镍/碳硅型锂离子电池循环老化实验，利用无损和有损测试全面分析了不同寿命阶段的高镍/碳硅三元锂离子电池老化模式并进行验证。分析结果表明，锂离子电池容量衰减呈现两个阶段；第一阶段电池容量呈线性损失，容量损失主要由锂离子的损失导致，老化主要机理是SEI膜的生长和负极材料的损失；第二阶段电池容量骤降，容量损失主要由锂离子损失和电导率损失共同导致，老化主要机理是正极材料的溶解与正极晶体的不可逆性改变和电池隔膜的堵塞；通过计算机断层扫描分析不同寿命阶段锂离子电池整体形貌表明电池生产过程中的初始影响对电池老化部位影响明显，XPS测试结果表明正负极表面钝化层在整个锂离子电池循环实验中不断增厚，且负极材料表面存在过渡金属Ni的沉积，极大的影响了电池的储能能力。本文揭示了高镍/碳硅锂离子电池老化特性和机理，对高镍/碳硅锂离子电池的梯级利用具有重要理论指导意义。

关键词：高镍/碳硅三元锂电池电池容量损失电化学特性形貌特征老化机理

滨海咸水储层微纳米颗粒形貌特征对其运移行为的影响

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岩土力学 2017年第8期38卷 2270-2278页

作者：马玖辰王昌凤朱龙虎刘雪玲天津城建大学能源与安全工程学院天津300384 天津大学中低温热能高效利用教育部重点实验室天津300072

通过一维水平砂柱试验,结合多孔介质传质理论,从孔隙尺度探索含水层中微纳米颗粒形貌特征与其释放、运移、沉积过程的内在关联,揭示颗粒重组的力学诱导机制。研究结果表明,在渗流溶液水动力作用与物化性质相同,并且含水介质机械组成相... 详细信息

通过一维水平砂柱试验,结合多孔介质传质理论,从孔隙尺度探索含水层中微纳米颗粒形貌特征与其释放、运移、沉积过程的内在关联,揭示颗粒重组的力学诱导机制。研究结果表明,在渗流溶液水动力作用与物化性质相同,并且含水介质机械组成相近的条件下,球形硅微粉释放率最高,试验过程中累计释放颗粒质量达93.74 mg;咸水层原砂释放率最低,仅为0.62%。依据试验结果,利用双沉积位动力学模型进行反演,计算得到咸水层原砂在受运移距离控制点位沉积系数最大,高于人工制备砂样2个量级。结合电镜扫描与颗粒表面ζ电位测试结果,基于颗粒受力平衡分析,渗流剪切应力与颗粒法向截面面积成正比;同时伴随微纳米颗粒形貌、构成的变化,扩散双电层排斥力存在显著差异。因此,球状硅微粉颗粒通常以单体形式脱离多孔介质表面;片状次生黏土矿物颗粒多以大体积粒团形式释放,出现再次沉积或被孔喉捕获的机率提高。

关键词：咸水层微纳米颗粒形貌特征运移砂柱试验