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自然暴露与盐雾加速环境下钢筋混凝土劣化规律及等效关系

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吉林大学学报（工学版） 2024年第2期54卷 494-505页

作者：冯琼田浩正乔宏霞念腾飞韩文文兰州理工大学土木工程学院兰州730050 兰州理工大学西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心兰州730050

针对西部盐渍土地区病害严重的问题,选取西部盐渍土地区典型环境开展钢筋混凝土自然暴露试验,同时模拟当地腐蚀环境设计室内盐雾干湿循环加速试验;采用钢筋腐蚀电流和混凝土损伤度表征钢筋混凝土内部钢筋及保护层的劣化规律;基于Weibul... 详细信息

针对西部盐渍土地区病害严重的问题,选取西部盐渍土地区典型环境开展钢筋混凝土自然暴露试验,同时模拟当地腐蚀环境设计室内盐雾干湿循环加速试验;采用钢筋腐蚀电流和混凝土损伤度表征钢筋混凝土内部钢筋及保护层的劣化规律;基于Weibull分布函数建立两种环境下钢筋混凝土的劣化模型,并进行竞争失效分析;利用可靠度等价条件,结合当量概念,建立两种环境下的等效关系。结果表明:钢筋混凝土在室内加速与自然暴露环境下的劣化规律相似,其规律均是强化效应和劣化效应相互作用的结果;Weibull分布函数可以有效地描述钢筋混凝土在室内加速与自然暴露环境下的性能劣化过程;内部钢筋劣化至中位寿命的时间略早于混凝土保护层;室内盐雾干湿循环加速劣化钢筋混凝土1 d可模拟盐渍土地区自然暴露劣化12.7 d。

关键词：土木工程材料钢筋混凝土西部盐渍土地区腐蚀劣化 Weibull分布函数等效关系

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基于InfoWorks ICM模型的白龙江流域甘肃段水质模拟及分析

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环境工程学报 2024年第3期18卷 653-662页

作者：王亚军李森李肇隆兰州理工大学土木工程学院兰州730050 兰州理工大学西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心兰州730050

针对白龙江沿岸农业种植、畜禽养殖等产业发展影响河流水质的问题,以甘肃省南部白龙江流域为研究对象,采用改进输出系数模型计算丰、平、枯水年等典型水文情景下流域内工业、农村生活垃圾、农村生活污水、畜禽养殖、城镇生活污水、城镇... 详细信息

针对白龙江沿岸农业种植、畜禽养殖等产业发展影响河流水质的问题,以甘肃省南部白龙江流域为研究对象,采用改进输出系数模型计算丰、平、枯水年等典型水文情景下流域内工业、农村生活垃圾、农村生活污水、畜禽养殖、城镇生活污水、城镇径流和农田径流等污染源污染负荷,基于InfoWorks ICM构建了白龙江水动力水质模型,模拟分析COD、TN、NH_(4)^(+)-N和TP等污染负荷分布特征,评估了最不利水文条件下白龙江水质污染风险,验证了该模型在流域水质污染模拟评估的适用性。研究结果表明,不同水文情景下污染物入河负荷主要来源存在显著差异,如丰水年和平水年农田径流是COD污染的主要来源,污染负荷分别达到1382.56、1058.98 t,而枯水年污染源主要是城镇径流。污染物负荷存在明显空间差异,研究区内子流域污染负荷空间分布不均匀,高污染负荷主要出现在中下游子流域。白龙江水质在汛期和非汛期差异较大,非汛期水质更差。通过模拟最不利水文情景(枯水年非汛期)发现,研究区内白龙江NH_(4)^(+)-N浓度最大位置出现在中下游,最高可达1.43 mg·L^(-1),且中下游TP浓度较高,最高值为0.35 mg·L^(-1),难以满足Ⅲ类水体水质要求,存在水污染风险。利用改进输出系数模型评估污染物负荷具有较好的可靠性,基于InfoWorks ICM构建的河流水动力水质模型在污染物时空分布评估适用性较强,为我国河流水质模拟和流域水环境治理提供示范参考和决策依据。

关键词：水质模拟耦合模型污染负荷时空特征水环境治理

高地应力软岩隧道分级让压支护结构的力学特性分析

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中国公路学报 2024年第3期37卷 342-355页

作者：董建华徐斌吴晓磊兰州理工大学甘肃省土木工程防灾减灾重点实验室甘肃兰州730050 兰州理工大学西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心甘肃兰州730050

针对高地应力软岩隧道中让压支护结构让压量小、协同性差等不足,基于合理释放围岩应力及协同变形机理,提出了具备两阶段让压功能的隧道分级让压支护结构。根据两阶段变形特点,基于荷载结构法,建立了分阶段力学简化计算模型,揭示了让压... 详细信息

针对高地应力软岩隧道中让压支护结构让压量小、协同性差等不足,基于合理释放围岩应力及协同变形机理,提出了具备两阶段让压功能的隧道分级让压支护结构。根据两阶段变形特点,基于荷载结构法,建立了分阶段力学简化计算模型,揭示了让压结构变形与围岩压力间的相互关系。此外,通过收敛约束法建立数值分析模型,对比强支护和让压支护时的围岩变形特点,揭示了让压支护结构应力分布规律。结果表明:让压点决定了结构进入让压阶段的时机,让压点过小将导致结构急速失稳,不满足围岩的早期变形控制要求,让压点过高则不利于结构让压变形的完全释放,延缓结构稳定时间,影响围岩稳定;增大让压量可显著释放围岩应力,降低结构受力,保障支护结构的稳定性。合理调控两阶段的让压量分担,可提高内拱架的稳定性,减小内拱架的应力集中,提高结构承载能力。所提出的分级让压支护结构通过两阶段让压达到提高让压量、释放围岩应力、减小结构受力的目的,保障了隧道围岩稳定,可为高地应力软岩环境下的支护措施提供借鉴。

关键词：隧道工程高地应力软岩让压支护力学分析应力释放

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降雨对多年冻土区公路路基内部水热影响试验

长安大学学报(自然科学版) 2024年第4期 38-47页

作者：张明礼周志雄周凤玺雷兵兵马安静兰州理工大学土木工程学院兰州理工大学西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心

为了明确降雨对多年冻土区公路路基内部水热状态的影响，以青藏高原北麓河地区的环境特点和多年冻土路基结构为背景，在室内底板-大气双控温模型箱内制作冻土路基的几何相似比(1∶6)模型。首先通过无降雨和有降雨工况对比试验明确2种工... 详细信息

为了明确降雨对多年冻土区公路路基内部水热状态的影响，以青藏高原北麓河地区的环境特点和多年冻土路基结构为背景，在室内底板-大气双控温模型箱内制作冻土路基的几何相似比(1∶6)模型。首先通过无降雨和有降雨工况对比试验明确2种工况下多年冻土区路面温度及热通量的变化特征，然后进一步探究2种工况下路基内部水分场及其温度场的变化特征，进而明确多年冻土区公路路基内部水热状态对降雨作用的响应情况。研究结果表明：降雨作用下路面温度普遍低于无降雨时的路面温度，且路面及路肩下部5 cm处热通量呈减小趋势，路面下部热通量减小相对更加明显，约为路肩下部热通量减小量的3倍，表明降雨作用缓解路基内部热量吸收；降雨会显著增加路基不同部位的浅层含水量，降低路基浅层温度，且夏季较多降雨量导致冻土路基释放出更多的热量，路基温度降低明显；降雨作用对路基不同部位下部含水量和温度的影响随着深度增加逐渐减弱，对路基下部50 cm及以下位置的含水量和温度基本没影响；相比路基其他部位，降雨作用导致天然场地含水量增加明显，而路面下部含水量增加较小；虽然路面下部含水量增加较小，但沥青路面吸收的热量较多导致自身温度较高，因此降雨作为能量冷脉冲作用在路面时会导致路面下部温度相比路基其他部位降低更加显著，并且7月路面下部5 cm处温度降低最为明显，最大降温达2.4℃。

关键词：道路工程多年冻土区室内试验水热变化降雨路基温度

稻草纤维增强泡沫混凝土物理力学性能试验研究

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土木与环境工程学报（中英文） 2024年第3期46卷 189-197页

作者：王秀丽潘旭宾吴征兰州理工大学土木工程学院、西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心兰州730050

为了研究稻草纤维增强泡沫混凝土的性能,以普通硅酸盐水泥为主要胶凝材料,硅灰、偏高岭土和粉煤灰为辅助胶凝材料,稻草纤维为增强材料,采用物理发泡法制备纤维增强泡沫混凝土;通过全因子试验,研究在不同水胶比和发泡剂掺量下,稻草纤维... 详细信息

为了研究稻草纤维增强泡沫混凝土的性能,以普通硅酸盐水泥为主要胶凝材料,硅灰、偏高岭土和粉煤灰为辅助胶凝材料,稻草纤维为增强材料,采用物理发泡法制备纤维增强泡沫混凝土;通过全因子试验,研究在不同水胶比和发泡剂掺量下,稻草纤维掺量对泡沫混凝土的密度、吸水率、抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度和抗冻性能的影响。结果表明:对于不同水胶比和发泡剂掺量,泡沫混凝土的密度、抗压强度和劈裂抗拉强度均随纤维掺量的增加呈现出先增加后降低的变化规律;抗压强度随密度增加呈幂函数增加关系;劈裂抗拉强度随抗压强度的增加呈指数函数增加关系;当水胶比为0.45时,抗折强度随纤维掺量的增加先增加后降低,当水胶比为0.50时,抗折强度随纤维掺量的增加而增加;纤维的掺入增大了泡沫混凝土的泡孔尺寸和吸水率,降低了其抗冻性能。

关键词：稻草纤维泡沫混凝土泡孔尺寸力学性能抗冻性能

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考虑特殊环境的大跨度钢屋盖温度效应研究

空间结构 2024年第2期30卷 53-60页

作者：王秀丽罗晓舟苟宝龙兰州理工大学土木工程学院甘肃兰州730050 兰州理工大学西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心甘肃兰州730050

大跨度空间结构温度效应明显,对于地处干旱、大温差、太阳辐射强等西北特殊环境下的受力性能分析,需根据结构所处实际环境来确定温度作用的取值.以民勤文化体育中心为研究对象,首先确定结构的温度作用取值,其次采用MIDAS/Gen有限元软件... 详细信息

大跨度空间结构温度效应明显,对于地处干旱、大温差、太阳辐射强等西北特殊环境下的受力性能分析,需根据结构所处实际环境来确定温度作用的取值.以民勤文化体育中心为研究对象,首先确定结构的温度作用取值,其次采用MIDAS/Gen有限元软件对其钢结构屋盖进行温度作用分析,并将均匀温度作用与非均匀温度作用对结构的影响进行对比.结果表明:该地区修正后的基本最高温度为41℃,基本最低温度为-30℃;相较于升温作用,负温差对于空间结构的挠度控制产生不利影响;非均匀温度作用最大应力和变形超过了均匀温度作用,在结构设计及施工中,应予以考虑.本研究可为大跨度钢屋盖在特殊环境下的温度效应分析提供参考.

关键词：大跨度钢屋盖温度效应非均匀温度作用结构响应

多次加压条件下L-Met和MWCNT促进剂对CO水合物生成的影响

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化工进展 2024年

作者：王英梅滕亚栋王立瑾刘杰张鹏兰州理工大学西部能源与环境研究中心中国科学院西北生态环境资源研究院冻土工程国家重点实验室甘肃省生物质能与太阳能互补供能系统重点实验室兰州理工大学能源与动力工程学院

自工业革命以来，随着化石燃料被广泛的应用，温室气体的排放不断增加，导致气候变化引发国内外广泛的关注。由于温室气体主要为CO2，因此近年新出现的废气中CO2捕获、分离技术被广泛研究。其中，水合物法是一种新兴技术，其在应用中的... 详细信息

自工业革命以来，随着化石燃料被广泛的应用，温室气体的排放不断增加，导致气候变化引发国内外广泛的关注。由于温室气体主要为CO2，因此近年新出现的废气中CO2捕获、分离技术被广泛研究。其中，水合物法是一种新兴技术，其在应用中的突出问题是如何获得较快水合物生成速率与较高生成量。CO2水合物快速生成需要高压气体条件，伴随水合物不断生成，系统内气体压力会持续下降，因此多次对反应加压使其恢复至初始压力是生成反应中常用方法。本研究中，我们选取L-蛋氨酸(L-Met)和多壁碳纳米管(MWCNT)两种典型动力学促进剂，采用多次加压至反应体系初始压力的方法，比较了此反应条件下不同促进剂对CO2水合物生成反应动力学促进效果。实验结果表明：当反应体系初始压力反复恢复时，MWCNT和L-Met体系均能够显著减少水合物的诱导成核时间，而1.1g/LL-Met能够显著促进二氧化碳水合物的生成，水合物生成量是纯水体系的5倍；L-Met体系水合物生成速率优于MWCNT体系，1.1g/LL-Met气体转化率最高，转化率为70.3%，是纯水体系的6倍。最终实验结果表明，L-Met作为CO2水合物动力学促进剂优于MWCNT，在水合物法捕集、分离烟道废气CO2技术的规模化应用中，可用作一种高效、可靠、环保的动力学促进剂。

关键词：二氧化碳水合物多次加压 L-蛋氨酸多壁碳纳米管生成反应特征

不同分解压力下L-Met浓度对CO水合物稳定性影响研究

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地学前缘 2024年

作者：王英梅王立瑾滕亚栋姜雪晨张鹏中国科学院西北生态环境资源研究院冻土工程国家重点实验室兰州理工大学能源与动力工程学院兰州理工大学西部能源与环境研究中心甘肃省生物质能与太阳能互补供能系统重点实验室

在当前能源需求和“双碳”的大背景下，利用添加促进剂的水合物法储存CO2，受到广泛关注，而促进剂的使用对CO2水合物的各项性能影响不同。因此本文以硅胶为多孔介质，以3.0 MPa、274.15 K为初始生成条件，对比分析了分解温度为275.15 ... 详细信息

在当前能源需求和“双碳”的大背景下，利用添加促进剂的水合物法储存CO2，受到广泛关注，而促进剂的使用对CO2水合物的各项性能影响不同。因此本文以硅胶为多孔介质，以3.0 MPa、274.15 K为初始生成条件，对比分析了分解温度为275.15 K条件下，分解压力分别为0 MPa、0.5 MPa、1 MPa时纯水体系和不同浓度(0.8 g/L、0.9 g/L、1.0 g/L、1.1 g/L、1.2 g/L)的L-蛋氨酸(L-Met)体系对CO2水合物稳定性影响。结果表明：在0 MPa分解压力下1.1 g/L L-Met体系中的CO2水合物稳定性最好，分解压力为0.5 MPa、1 MPa时0.9 g/L L-Met体系中水合物均表现出最好的稳定性，有利于水合物的稳定储存。除了研究L-Met浓度对稳定性的影响外，还分析了分解压力对水合物分解的影响，研究发现在纯水体系中，分解压力为0 MPa时水合物分解速率表现为先增大后减小，而其余分解压力条件下均在初始时刻具有最大分解速率，呈现单调递减趋势；同时发现除0.8 g/L L-Met体系外，其他体系在常压下分解初期时水合物分解速率均是先增大后减小，具有水合物的“自保护”效应，而在0.5 MPa和1 MPa压力下，只在初始时刻具有最大的分解速率，呈现单调减小的趋势，对上述效应具有破坏作用。通过上述研究，为CO2水合物的长距离运输和长时间储存提供数据及理论支撑。

关键词： CO 水合物硅胶 L-Met 分解压力稳定性

前缘圆柱对风力机翼型气动性能及冲蚀磨损影响研究

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太阳能学报 2024年第4期45卷 166-173页

作者：李德顺胡智豪赵慧廷吴朝贵范强强兰州理工大学能源与动力工程学院兰州730050 甘肃省风力机工程技术研究中心兰州730050 甘肃省流体机械及系统重点实验室兰州730050

为研究风沙环境下流动控制方式对于NACA 0012翼型气动性能和冲蚀磨损的影响,通过在风力机翼型前缘布置微小圆柱来控制气流流动,采用离散项模型和SST k-ω湍流模型对控制翼型进行数值计算。结果表明:攻角较小时,微小圆柱处于X=0.04、Y=-0... 详细信息

为研究风沙环境下流动控制方式对于NACA 0012翼型气动性能和冲蚀磨损的影响,通过在风力机翼型前缘布置微小圆柱来控制气流流动,采用离散项模型和SST k-ω湍流模型对控制翼型进行数值计算。结果表明:攻角较小时,微小圆柱处于X=0.04、Y=-0.03位置时控制效果最佳,可抑制流动分离,相比原翼型升阻比提高149.72%;微小圆柱处于X=0.02、Y=-0.02位置时翼型冲蚀磨损的减小量最大,相比原翼型减小97.66%;微小圆柱处于最优区域时翼型升阻比提高的同时冲蚀磨损量也会减小。

关键词：风力机风沙环境翼型流动控制磨损气动性能数值模拟

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