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太湖底泥—水界面总溶解态磷的Fick扩散释放通量研究

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湖泊科学 2024年第6期36卷 1732-1742页

作者：刘环朱伟侯豪谈正伟季浪河海大学土木与交通学院南京210098 河海大学环境学院南京210098

太湖蓝藻暴发与水体中总溶解态磷(TDP)密切相关,而底泥是否向水中释放TDP是一个重要的科学问题。由于太湖底泥间隙水与上覆水的TDP之间存在3~5倍的浓度差,因此会存在TDP的Fick扩散过程。针对Fick扩散计算仍然未能精确地考虑含有机磷时... 详细信息

太湖蓝藻暴发与水体中总溶解态磷(TDP)密切相关,而底泥是否向水中释放TDP是一个重要的科学问题。由于太湖底泥间隙水与上覆水的TDP之间存在3~5倍的浓度差,因此会存在TDP的Fick扩散过程。针对Fick扩散计算仍然未能精确地考虑含有机磷时的扩散系数等问题,本文在考虑有机磷的影响、孔隙率、温度等变化的条件下进行了监测和计算。基于全湖30个采样点的现场调查数据,使用只有无机磷扩散系数20%左右的扩散系数计算太湖TDP年Fick扩散量约为127.8 t;磷的Fick扩散量与上覆水磷浓度相同,具有西北高、东南低的特点。敏感性分析表明:相对于温度变化,有机磷的占比和孔隙率的取值对于Fick扩散量的计算值有更大的影响。

关键词：磷平衡底泥释放 Fick扩散有机磷扩散系数底泥孔隙率温度影响太湖

基于子模型法的地震作用下混凝土重力坝宏细观损伤破坏研究

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工程力学 2024年第S1期41卷 15-22,82页

作者：殷亚娟任青文河海大学土木与交通学院江苏南京210098 河海大学力学与材料学院江苏南京210098

大型水工混凝土结构易在结构突变部位出现应力集中现象,工程结构的整体失效破坏起源于局部区域的损伤积累和裂缝失稳扩展。为明确混凝土重力坝在地震荷载作用下的力学特性,采用子模型法构建了基于实际工程的重力坝坝踵高应力区的精细化... 详细信息

大型水工混凝土结构易在结构突变部位出现应力集中现象,工程结构的整体失效破坏起源于局部区域的损伤积累和裂缝失稳扩展。为明确混凝土重力坝在地震荷载作用下的力学特性,采用子模型法构建了基于实际工程的重力坝坝踵高应力区的精细化模型。基于坝踵代表体的细观结构模型,研究了地震作用下重力坝局部受力变形特征以及损伤演变过程。研究结果表明:与宏观模型计算结果相比,细观子模型计算结果能够更真实地反映应力场,位移场,裂纹分布以及损伤演变过程。此外,研究发现细观结构内部的损伤发生时间早于宏观结构,表明宏观裂缝源于内部,混凝土结构破坏并非瞬间完成,而是由于其内部微细裂纹的演化形成更大的宏观裂缝导致。研究结果为重力坝宏观和细观尺度的损伤分布形式提供参考和借鉴。

关键词：混凝土重力坝地震荷载力学特性子模型损伤演变

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紫外光活化亚硫酸盐降解水中卡马西平

环境科学 2024年第3期45卷 1553-1560页

作者：林涛苑宇杰河海大学环境学院南京210098

研究了紫外光活化亚硫酸盐高级氧化工艺降解水中典型新污染物——卡马西平(CBZ)的效能和降解机制.探究了不同溶解氧浓度[ρ(DO)]对紫外光活化亚硫酸盐降解CBZ的影响,并在模拟自然水体环境控制初始ρ(DO)为(8.0±0.2) mg·L^(-1)条件下,... 详细信息

研究了紫外光活化亚硫酸盐高级氧化工艺降解水中典型新污染物——卡马西平(CBZ)的效能和降解机制.探究了不同溶解氧浓度[ρ(DO)]对紫外光活化亚硫酸盐降解CBZ的影响,并在模拟自然水体环境控制初始ρ(DO)为(8.0±0.2) mg·L^(-1)条件下,考察了不同工艺参数(亚硫酸盐投加量、反应pH)与水环境要素(碳酸氢根离子、氯离子、腐殖酸)对CBZ降解效能的影响.结果表明,紫外光活化亚硫酸盐工艺可在30 min内降解85.3%的CBZ,降解过程遵循拟一级动力学,动力学常数为0.055 7 min^(-1).并采用电子顺磁共振波谱技术、活性物质淬灭实验和竞争反应动力学实验发现,CBZ的降解主要来自紫外光活化亚硫酸盐工艺中硫酸根自由基(SO_(4)^(-)·)与羟基自由基(·OH)等活性物质,且降解贡献率分别为43.9%和56.1%.而且CBZ降解率随HCO_(3)^(-)浓度升高而降低,但Cl-浓度变化对CBZ降解率影响不大,水中存在的腐殖酸可显著抑制CBZ的降解.反应过程中硫酸盐的积累量显著低于《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2022)限值,且亚硫酸盐消耗速率(0.004 4 min^(-1))显著低于CBZ的降解速率,说明亚硫酸盐可被紫外光高效活化用于降解水中存在的CBZ.

关键词：紫外光亚硫酸盐卡马西平活性物质降解

太湖微囊藻漂移—聚集规律——基于风与光共同作用的模拟

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湖泊科学 2024年第6期36卷 1660-1671页

作者：薛宗璞朱伟柏松陈明陈鑫琪刘军吕艺江苏省南京环境监测中心南京210098 河海大学水科学研究院南京210098 河海大学环境学院南京210098

针对影响微囊藻在太湖中水平迁移聚集形成水华规律的介观机理尚未揭示的问题,在实测水动力、微囊藻生物量的基础上,建立了考虑风与光共同作用的微囊藻迁移IBM模型。在通过实测数据率定后,对2017年多次发生的水华面积扩大过程进行了模拟... 详细信息

针对影响微囊藻在太湖中水平迁移聚集形成水华规律的介观机理尚未揭示的问题,在实测水动力、微囊藻生物量的基础上,建立了考虑风与光共同作用的微囊藻迁移IBM模型。在通过实测数据率定后,对2017年多次发生的水华面积扩大过程进行了模拟。结果表明:风扰动下的微囊藻垂向分布决定了其水平迁移速度,越接近水面,微囊藻的水平迁移速度越快。太湖受到风生流的主导,微囊藻存在“低风下表层慢速迁移、适宜风下表层快速迁移、中下层始终慢速迁移”的3种水平迁移模式。在这3种水平迁移模式下产生了一种长期的“水平迁移累积”,也就是微囊藻向下风向湖湾漂移得快,从湖湾向外迁移得慢,其差值产生了微囊藻在下风向湖湾部聚集的效应。

关键词：太湖蓝藻水华微囊藻水平迁移风生流数值模拟

清淤泥浆脱水-固化一体化工艺效果和机制研究

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岩土力学 2024年第2期45卷 443-453页

作者：林小蔚侯豪刘环季浪谈正伟朱伟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 河海大学土木与交通学院江苏南京210098 河海大学环境学院江苏南京210098

疏浚工程中清淤泥浆的含水率通常非常高,常采用先脱水为泥饼再进行固化的方法,处理效率相对较低。为此选择普通硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥作为固化材料,结合絮凝材料和板框压滤技术,对太湖清淤泥浆进行脱水-固化一体化工艺研究。通过比... 详细信息

疏浚工程中清淤泥浆的含水率通常非常高,常采用先脱水为泥饼再进行固化的方法,处理效率相对较低。为此选择普通硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥作为固化材料,结合絮凝材料和板框压滤技术,对太湖清淤泥浆进行脱水-固化一体化工艺研究。通过比阻试验和固化试验等手段,分析了该工艺中泥浆的脱水性能、固化效果的变化规律以及固化材料的损失情况。此外,还基于一体化工艺试验中泥浆的基本性质变化,讨论了固化材料流失的途径以及对泥浆脱水性能的影响机制。研究结果表明,采用脱水-固化一体化工艺能够改善清淤泥浆的粒径、压缩性,从而提高脱水特性,并且在工艺过程中固化材料的流失在9%以内,由于脱水泥饼性质更好,后续同样能够实现良好的固化效果。实际工程应用中,采用脱水固化一体化工艺可以提升泥浆处理的效率。

关键词：清淤泥浆脱水固化泥处理泥利用

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疲劳裂纹气动冲击的维修机理及效果

西南交通大学学报 2024年第2期59卷 307-314页

作者：袁周致远吉伯海傅慧孟城河海大学土木与交通学院江苏南京210098

为探明气动冲击技术对钢桥面板疲劳裂纹的维修机理及修复效果,首先基于动力学理论,研究气动冲击过程中靶材的塑性变形规律,分析在塑性变形作用下的裂纹表面闭合过程;随后,采用数值模拟,探讨裂纹表面闭合部位的局部应力场及其在受载作用... 详细信息

为探明气动冲击技术对钢桥面板疲劳裂纹的维修机理及修复效果,首先基于动力学理论,研究气动冲击过程中靶材的塑性变形规律,分析在塑性变形作用下的裂纹表面闭合过程;随后,采用数值模拟,探讨裂纹表面闭合部位的局部应力场及其在受载作用下的应力响应和变形规律;最后,通过疲劳试验对气动冲击的维修效果进行对比验证.结果表明:所提出的数学模型可对冲击深度进行预测,气动冲击过程中材料表面将产生显著的塑性变形,其冲击深度与横向变形近似相等;当裂纹断面横向相对变形量大于裂纹宽度时,会产生接触闭合及相互挤压行为,从而在接触闭合部位形成局部压应力区;该压应力能够一定程度上抵抗外荷载对裂纹表面的张拉作用,降低裂纹尖端应力强度因子,从而延缓或阻碍疲劳裂纹扩展.

关键词：桥梁工程气动冲击数值模拟裂纹闭合应力强度因子

高温作用后新型高强QN1803不锈钢轴压构件局部稳定性能研究

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湖南大学学报（自然科学版） 2024年第7期51卷 192-205页

作者：伞冰冰雷婧邢哲河海大学土木与交通学院江苏南京210098

通过建立新型高强度QN1803不锈钢工字形和方矩形截面短柱的有限元模型对其高温作用后的局部稳定性能进行了数值模拟分析.通过参数分析探究了残余应力、局部初始几何缺陷及温度工况对构件局部稳定性能及极限承载力的影响.研究结果表明:... 详细信息

通过建立新型高强度QN1803不锈钢工字形和方矩形截面短柱的有限元模型对其高温作用后的局部稳定性能进行了数值模拟分析.通过参数分析探究了残余应力、局部初始几何缺陷及温度工况对构件局部稳定性能及极限承载力的影响.研究结果表明:对于方矩形构件及截面正则化长细比小于1.0的厚实工字形构件,残余应力对承载力的影响较小;对于薄柔工字形构件,残余应力会降低其截面承载力,且降低幅度随着温度的升高而下降.此外,随着温度升高,初始几何缺陷对不锈钢工字形构件承载力产生显著影响且正则化宽厚比的影响限值变大,对不锈钢方矩形构件承载力的影响则相反.最后,本文基于参数分析结果,评估了现行欧洲规范EN 1993-1-4、美国规范ASCE/SEI-8-02以及中国《不锈钢结构技术规程》(CECS 410:2015)中不锈钢构件局部稳定性能常温设计方法的适用性,发现了现有设计方法中对高强不锈钢轴心受压构件的高温作用后设计指导尚存在不合理之处并提出了优化建议.

关键词：不锈钢稳定高温受压构件有限元模拟设计方法

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基于特征气象因素和深度学习组合模型的干散货港口PM_(10)浓度预测

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环境科学 2024年第9期45卷 5179-5187页

作者：沈金星刘沁鑫封学军河海大学土木与交通学院南京210098 河海大学港口海岸与近海工程学院南京210098

准确预测PM_(10)浓度是控制干散货港口人群PM_(10)暴露水平,降低健康和经济风险的关键.然而,港口气象环境因素的特殊性,为准确预测PM_(10)浓度的时序非线性变化特征带来了挑战.为此,构建了一个级联卷积神经网络(CNN)、长短期记忆(LSTM)... 详细信息

准确预测PM_(10)浓度是控制干散货港口人群PM_(10)暴露水平,降低健康和经济风险的关键.然而,港口气象环境因素的特殊性,为准确预测PM_(10)浓度的时序非线性变化特征带来了挑战.为此,构建了一个级联卷积神经网络(CNN)、长短期记忆(LSTM)和注意力机制(AM)的深度学习组合模型(CLAF),预测干散货港口PM_(10)的小时浓度.首先,基于随机森林特征重要性算法,从5个气象因素中筛选出重要特征气象因素,与PM_(10)浓度一起构建预测模型的输入变量.其次,利用CNN层提取输入变量中高维时变特征,通过LSTM层捕捉顺序特征以及长期依赖性,并在AM层为LSTM层的输出特征分配不同的权重,强化重要信息的影响.最后,应用3个评价指标将CLAF模型分别与3个基本模型和3个常用预测模型的性能进行对比分析.基于实例数据的分析结果表明,考虑特征气象因素可以提高港口PM_(10)浓度的预测精度和拟合性能,CLAF模型可以将平均绝对误差降低13.92%~56.9%,将均方误差降低45.99%~81.02%,将拟合优度提高3.2%~15.5%.将特征气象因素作为输入变量,可以提高模型的预测性能.

关键词： PM_(10) 干散货港口浓度预测气象因素深度学习组合模型

随机地震作用下含减震层隧道结构动力响应研究

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东南大学学报（自然科学版） 2024年第5期54卷 1122-1132页

作者：吴勇信刘骅靓汪俊诚河海大学土木与交通学院南京210098

采用改进的谱表示法生成随机地震动,建立设置不同减震层的隧道模型进行动力响应分析,比较典型地震动与随机地震动下隧道倾斜角与直径变形率2个变形指标的变化情况.然后建立变形指标的概率密度演化模型,比较不同工况下减震层对隧道倾斜... 详细信息

采用改进的谱表示法生成随机地震动,建立设置不同减震层的隧道模型进行动力响应分析,比较典型地震动与随机地震动下隧道倾斜角与直径变形率2个变形指标的变化情况.然后建立变形指标的概率密度演化模型,比较不同工况下减震层对隧道倾斜角概率密度演化过程的影响;选取结构倾斜角限值作为评价标准,并结合累积分布函数曲线分析减震层对隧道抗震可靠性的影响.结果表明:减震层不会改变随机地震动下隧道变形指标的变化趋势,但会降低整体的均值,减震层厚度不变时,弹性模量越大隧道倾斜角降低越多,最多降低7.393%;减震层可以使隧道在随机地震下的变形响应更稳定集中,且厚度不变时,弹性模量越大效果越明显;减震层可以提高隧道在随机地震下的结构可靠度,减震层厚度不变时,弹性模量越大可靠度提升越多,最多提升6.236%.

关键词：随机地震动减震层概率密度演化变形指标抗震可靠度