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具有梯度静应力的红砂岩应力波衰减特性试验研究

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中南大学学报（自然科学版） 2023年第6期54卷 2482-2495页

作者：金解放刘康张雅晨王熙博张睿石子勃徐虹江西理工大学土木与测绘工程学院江西赣州341000 江西理工大学资源与环境工程学院江西赣州341000

地下工程围岩体承受梯度应力,导致围岩体在梯度空间上的孔隙度不同,影响应力波在其传播的衰减特性。为研究梯度应力对岩石应力波传播衰减特性的影响,利用改进的SHPB试验装置,对红砂岩试件进行不同静应力梯度工况下的应力波传播试验。将... 详细信息

地下工程围岩体承受梯度应力,导致围岩体在梯度空间上的孔隙度不同,影响应力波在其传播的衰减特性。为研究梯度应力对岩石应力波传播衰减特性的影响,利用改进的SHPB试验装置,对红砂岩试件进行不同静应力梯度工况下的应力波传播试验。将采集得到的波形时域数据分别进行傅里叶变换和小波包分解重构。分析应力波质心频率和频带能量分布与静应力梯度的关系,构建频域特征参数的演化经验模型,表征梯度静应力下岩石中应力波的衰减与频散特性。研究结果表明:应力波频谱幅值和应力波信号能量都主要集中于低频带,其中,频带0~7.81 kHz的能量占总能量的80%左右。梯度静应力作用时,岩石中的应力波质心频率随传播距离增加呈线性增加,在同一测点处,应力波质心频率随应力梯度的增加呈“先增加后减小”的变化趋势;在梯度静应力作用下,岩石应力波的频谱峰值衰减呈先快速下降再平稳发展的趋势;岩石应力波总能量与传播距离的幂函数呈线性变化;在梯度静应力作用下,应力波的频带能量和质心频率随传播距离的增加由低频带向较高频带偏移。研究结果阐释了梯度应力的围岩体中应力波的传播衰减规律,从频域的角度指出了应力波在具有梯度应力环境下的传播衰减特性。

关键词：应力波传播梯度应力衰减与频散频谱分析频带能量分布

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高水压高应力岩石声波时域传播特性试验研究

煤炭学报 2024年

作者：金解放赵康艳黄方博王宇方立兴江西理工大学土木与测绘工程学院江西理工大学资源与环境工程学院

地下工程岩体普遍处于水压力和地应力环境中，水压力和地应力共同控制着岩石的物理力学特性；研究高水压和高应力对岩石声波传播的影响特性，有利于揭示深部岩体工程开挖时围岩损伤演化、动态力学响应以及水压力和地应力的反演。基于自... 详细信息

地下工程岩体普遍处于水压力和地应力环境中，水压力和地应力共同控制着岩石的物理力学特性；研究高水压和高应力对岩石声波传播的影响特性，有利于揭示深部岩体工程开挖时围岩损伤演化、动态力学响应以及水压力和地应力的反演。基于自主研发的高水压高应力岩石声波测试系统，设置多组水压力和轴向静应力等级用于模拟地下水压力和地应力环境，对红砂岩和石灰岩进行声波传播试验。选取岩石声波首波波形，研究岩石声波波速、首波幅值和能量随水压力和轴向静应力的变化关系，构建岩石声学参数的演化经验模型。研究结果表明，当承受的轴向静应力确定时，红砂岩声波波速随水压力的增大呈先上升后下降的变化趋势，二者呈良好高斯函数关系，石灰岩声波波速随水压力的增加先快速升高后缓慢降低。当承受的水压力确定时，2种岩石声波波速随轴向静应力的增大均呈现先增加后减小的变化趋势，红砂岩声波波速与轴向静应力呈高斯函数关系，且红砂岩声波波速变化显著，石灰岩变化较小。确定轴向静应力工况下，红砂岩首波幅值和能量随水压力的增加先平缓发展后快速降低，首波幅值与水压力呈指数函数的变化关系；石灰岩首波幅值和能量随水压力的增加先快速增加后平稳发展或略有降低。确定水压力工况下，红砂岩首波幅值和能量随轴向静应力的增加先升高后下降；石灰岩首波幅值和能量随轴向静应力的增大先快速上升后急剧减小。研究成果对深部高水压环境下岩体工程开挖围岩赋存状态表征、应力波传播以及邻近结构的稳定性分析提供理论基础。

关键词：深部高水压岩石声波传播声波波速首波幅值首波能量

沉渣溶液淋洗离子型稀土尾矿残留浸矿剂的研究

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稀土 2023年

作者：卢加程龙平王观石罗嗣海江西理工大学土木与测绘工程学院江西理工大学资源与环境工程学院

以硫酸铵为浸矿剂的离子型稀土尾矿残留大量水溶态和可交换态的铵离子,严重威胁周边流域的水资源安全。本文以稀土开采产生的沉渣作为淋洗剂淋洗尾矿,建立了沉渣阳离子解吸铵离子的数学模型,探讨了淋洗效率随沉渣溶液用量的变化关系,分... 详细信息

以硫酸铵为浸矿剂的离子型稀土尾矿残留大量水溶态和可交换态的铵离子,严重威胁周边流域的水资源安全。本文以稀土开采产生的沉渣作为淋洗剂淋洗尾矿,建立了沉渣阳离子解吸铵离子的数学模型,探讨了淋洗效率随沉渣溶液用量的变化关系,分析了石灰水的护尾效果。结果表明,可以采用Langmuir方程量化沉渣阳离子解吸铵离子的过程,在此基础上,确定PN和XW尾矿的合理淋洗剂浓度分别为8.27 mmol/L和12.64 mmol/L;淋洗效率随着沉渣溶液用量的增加而增加,当沉渣溶液用量大于2.5倍孔隙体积时,水溶态和可交换态铵离子的总淋洗效率大于95.0%;淋洗结束后,采用石灰水护尾,PN和XW尾矿柱内吸附态无机羟基铝分别占80.6%和85.1%,绝大部分铝离子被石灰水固定。由此可见,沉渣溶液能高效去除离子型稀土矿残留的浸矿剂,且避免产生二次污染,该方案也能用于硫酸镁等其他残留浸矿剂的淋洗,为离子型稀土绿色矿山的建设提供技术支持。

关键词：离子型稀土矿尾矿淋洗沉渣浸矿剂残留

不同温度路径与干湿状态下粉砂质泥岩冻融特征及劣化机制

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铁道科学与工程学报 2023年第6期 2331-2341页

作者：曾铃刘赛于晓伟刘杰长沙理工大学水利与环境工程学院长沙理工大学土木工程学院

为探究冻融条件下粉砂质泥岩冻胀力演化规律与变形特征，针对干燥及饱和状态粉砂质泥岩，开展冻结温度分别为-5℃、-10℃、-20℃，融化温度为30℃岩体室内冻融循环试验，结合扫描电镜揭示其冻融特征及劣化机制。结果表明：饱和岩石冻胀... 详细信息

为探究冻融条件下粉砂质泥岩冻胀力演化规律与变形特征，针对干燥及饱和状态粉砂质泥岩，开展冻结温度分别为-5℃、-10℃、-20℃，融化温度为30℃岩体室内冻融循环试验，结合扫描电镜揭示其冻融特征及劣化机制。结果表明：饱和岩石冻胀力演化可分为孕育、陡增、平衡、融化波动及消散5个阶段，随温度降低冻胀力峰值增长、冻胀力孕育时间减少呈二项式关系；干湿状态对粉砂质泥岩冻融变形过程影响显著，饱和岩石冻融变形可分为降温冻缩、降温冻胀、低温冻缩、冻缩平台、升温融胀、升温融缩及融化平台7个阶段，而干燥岩石仅存在降温冻缩、冻缩平台、升温融胀及融化平台4个阶段；饱和岩样冻融应变特征值远大于干燥岩样，且均随冻融周期增大，其残余应变、最大应变在不同温度路径下呈指数函数关系增长，-5℃、-10℃、-20℃冻结温度下饱和岩样残余应变增长幅值分别为341.05με、377.27με、545.53με，最大应变增长幅值为355.85με、476.64με、536.36με；冻融变形与冻胀力存在一定对应关系，冻胀力萌生时，冻胀变形达到峰值，融化时冻胀力的二次峰值对应融缩变形峰值；冻融劣化包含温度损伤、溶蚀损伤与冻胀损伤，三者反复循环作用，使粉砂质泥岩产生显著冻融劣化。研究结果可为优化寒区工程安全建设及营运提供参考。

关键词：岩石力学冻融循环冻胀力冻融变形劣化机制

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蠕变黏性土固结沉降计算的新简化方法及验证

岩土工程学报 2019年第A02期41卷 5-8页

作者：殷建华冯伟强香港理工大学土木与环境工程学院

针对黏性土的固结与蠕变之间的关系,目前存在两个观点:假设A认为固结期间黏性土不会发生蠕变变形,蠕变变形发生在固结变形之后;假设B则认为黏性土的蠕变是土骨架的固有属性之一,它与固结变形同时发生。室内单元体试验结果和现场监测数... 详细信息

针对黏性土的固结与蠕变之间的关系,目前存在两个观点:假设A认为固结期间黏性土不会发生蠕变变形,蠕变变形发生在固结变形之后;假设B则认为黏性土的蠕变是土骨架的固有属性之一,它与固结变形同时发生。室内单元体试验结果和现场监测数据表明假设A常常低估了黏性土的总变形。然而,基于假设B的精确解常需要将土体弹黏塑性本构模型导入有限元软件才能进行固结沉降的分析,因而限制了该观点的应用。提出了一个考虑多级变荷载作用下蠕变与固结近似耦合分析的新简化方法。该简化方法具有形式简洁,参数明确的优点,可适用于黏性土的各种应力–应变状态和加载—卸载—再加载的复杂受力情况。选取瑞典的典型填筑工程,将新简化方法计算的沉降变形与有限元模拟结果、46 a的现场监测数据进行了对比分析,验证了新简化方法的正确性、精确性和广泛的应用范围。

关键词：新简化方法沉降有限元法黏性土黏弹塑性

PDA夹层调控的荷正电纳滤膜的制备及在水处理中的应用

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材料导报 2023年第6期37卷 202-209页

作者：包亚晴黄李金鸿李新冬黄彪林黄万抚江西理工大学土木与测绘工程学院江西赣州341000 江西理工大学建筑与设计工程学院江西赣州341000 江西理工大学资源与环境工程学院江西赣州341000

当前商用纳滤膜在溶液中多显示荷负电,而根据道南效应,荷正电纳滤膜在分离废水中的荷正电物质时更具优势。本工作在掺杂金属有机骨架(MOF)的混合基质基膜上构建聚多巴胺(PDA)中间层,再通过聚乙烯亚胺(PEI)和均苯三甲酰氯(TMC)的交联反... 详细信息

当前商用纳滤膜在溶液中多显示荷负电,而根据道南效应,荷正电纳滤膜在分离废水中的荷正电物质时更具优势。本工作在掺杂金属有机骨架(MOF)的混合基质基膜上构建聚多巴胺(PDA)中间层,再通过聚乙烯亚胺(PEI)和均苯三甲酰氯(TMC)的交联反应制备了荷正电聚酰胺复合纳滤膜。对多巴胺(DA)沉积浓度和时间及TMC有机相的添加条件进行优化;对比了PDA中间层添加前后两种复合纳滤膜对1 g/L的MgCl2、NaCl、MgSO4、Na2SO4溶液的渗透截留情况;重点考察了改性膜对含Cu2+、Ni2+和Pb2+的重金属溶液及五种阴阳离子染料的处理情况,最后评估了膜的耐污染性能。结果表明,将2 g/L的DA在超滤支撑层上沉积90 min,PEI水相浓度为1.2%、浸没时间为7 min、TMC有机相浓度为0.5%、交联时间为120 s时,所制备的改性膜的综合性能最佳,膜的接触角为51.5°,表面粗糙度下降,等电点在pH为9左右,在溶液中显示荷正电。改性膜对MgCl2的截留率上升到94.26%,在0.8 MPa下,其对Cu2+、Ni2+、Pb2+溶液的水通量均在40 L/(m2·h)以上,且离子截留率分别为96.57%、95.23%、94.73%;同时,其对几种染料的截留率均能达到90%以上。因此,PDA中间层改性的荷正电纳滤膜在废水处理中具有良好的应用前景。

关键词：聚多巴胺(PDA) 聚乙烯亚胺(PEI) 荷正电纳滤膜重金属染料

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微生物加固研究可视化试验系统的开发与应用

土木与环境工程学报(中英文) 2023年

作者：李俊何想张瑾璇赵常肖杨刘汉龙重庆大学土木工程学院南洋理工大学土木与环境学院

微生物加固是近十几年来兴起的绿色低碳建筑技术，在地基处理、边坡治理、混凝土裂缝修复等方面具有较好的应用前景。微生物加固涉及复杂的生物-物理-化学动态过程，需要开发实时可视化系统对其反应机理和加固机制进行研究。分析微生物... 详细信息

微生物加固是近十几年来兴起的绿色低碳建筑技术，在地基处理、边坡治理、混凝土裂缝修复等方面具有较好的应用前景。微生物加固涉及复杂的生物-物理-化学动态过程，需要开发实时可视化系统对其反应机理和加固机制进行研究。分析微生物加固可视化系统研发的必要性，提出微生物加固可视化试验系统由溶液输送系统、微反应器、观测系统、环境控制及监测系统组成的主要构造思路，其中溶液输送系统用于进样和控制流场边界条件，微反应器作为反应模具，观测系统用于反应过程的实时观测，环境控制及监测系统用于控制温度、光照等外部环境条件并获取流体压力等反馈数据。研究以图像处理为主，辅以环境监测的试验数据获取方法，提出相应的试验结果分析方法。结果表明：微生物加固可视化系统既能直接获取加固过程图像和渗透压力变化数据，亦能与扫描电镜等微观试验手段相结合进行材料表征和微观力学特性分析；开发的试验系统能用于微生物加固的微观实时研究，为微生物加固微观机制研究提供了新的手段，有利于揭示微生物加固机理。

关键词：微生物加固试验系统生物矿化微生物诱导碳酸钙沉淀微流控

基于传热传质理论的路面除冰盐融冰过程及影响因素分析

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铁道科学与工程学报 2024年

作者：李继有但汉成谭嘉伟山宏宇贵州铜玉铁路有限责任公司土木与环境工程学院新加坡南洋理工大学中南大学土木工程学院

为了解决不同环境下路面除冰盐的科学有效使用问题，降低由于除冰盐的滥用导致路面病害与环境污染。从路面除冰盐融冰传热传质机理出发，建立道路除冰盐融冰过程中的物质平衡方程与热通量平衡方程。采用COMSOL有限元软件建立了路面除冰... 详细信息

为了解决不同环境下路面除冰盐的科学有效使用问题，降低由于除冰盐的滥用导致路面病害与环境污染。从路面除冰盐融冰传热传质机理出发，建立道路除冰盐融冰过程中的物质平衡方程与热通量平衡方程。采用COMSOL有限元软件建立了路面除冰盐融冰温度场模型，考虑多种因素如相变过程、风速、初始温度和太阳辐射的影响，分析融冰过程中温度场的变化规律。研究结果表明：在融冰过程中，盐溶液温度呈现先快速下降后缓慢回升的规律，在固态除冰盐完全溶解的时间段内（I阶段），盐溶液温度迅速下降；除冰盐完全溶解后（II阶段），盐溶液温度缓慢回升。外界环境温度的上升使得单位质量除冰盐的融冰体积增加，且外界环境温度相比风速和除冰盐用量对盐溶液最终温度的影响更大。风速越高，固体盐溶解溶解所需时间越短，I阶段结束后盐溶液体系的温度也更低，盐溶液温度随之下降得更快。由于风速增大将加快盐溶液层与外部环境的换热，除冰盐融冰II阶段升温明显，溶解后盐溶液的平均温度更高。另外，较高的除冰盐初始温度可以促进固态盐的溶解，且温度越高，这种促进作用更加明显。同时，随着反应初始温度的增加，融冰反应的终止温度也随之升高。除此之外，研究发现，太阳辐射对于除冰盐融冰过程的影响在I阶段不显著，在II阶段具有显著影响。研究结论可为道路冬季路面除冰盐的科学有效使用提供技术支撑与理论参考。

关键词：除冰盐传热传质路面除冰热通量 COMSOL

自愈合行为对水泥基复合材料力学性能恢复的影响

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东南大学学报(自然科学版) 2017年第4期47卷 785-792页

作者：邓涵文钱吮智东南大学交通学院南洋理工大学土木与环境工程学院

为了研究自愈合行为对高掺量粉煤灰工程水泥基复合材料(ECC)力学性能恢复的影响,提出了一种利用共振频率表征混凝土材料内部健康/损坏状况的测量方法.通过共振频率测试、单轴拉伸实验和光学显微镜获取了ECC的共振频率、刚度、初始开裂... 详细信息

为了研究自愈合行为对高掺量粉煤灰工程水泥基复合材料(ECC)力学性能恢复的影响,提出了一种利用共振频率表征混凝土材料内部健康/损坏状况的测量方法.通过共振频率测试、单轴拉伸实验和光学显微镜获取了ECC的共振频率、刚度、初始开裂强度、最大拉伸应变和裂缝形态.实验结果表明:经过15个干湿循环养护后,共振频率可恢复程度都可达到82%以上;预裂ECC的二次拉伸性能有着明显的恢复,重新出现了初始开裂阶段;刚度的恢复程度可达到58%以上,最大拉伸应变恢复程度在90%以上;自愈合作用可以使得一部分自愈合裂缝的开裂强度大于基质开裂强度.研究表明,利用高掺量粉煤灰材料制备高延性、高自愈合的ECC是可行的.

关键词：工程水泥基复合材料力学性能自愈合共振频率