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转炉烟尘催化医疗废物低温热解脱氯提质实验研究

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工程热物理学报 2024年第3期45卷 895-900页

作者：秦林波朱实权徐喆张强赵波陈旺生韩军武汉科技大学资源与环境工程学院武汉430081 冶金矿产资源高效利用与造块湖北省重点实验室武汉430081

为了解决医疗废物热转化过程中氯导致设备腐蚀及二噁英生成等潜在危险,选取高氯成分聚氯乙烯(PVC)典型组分作为医疗废物的模型化合物,开展了转炉烟尘催化医疗废物低温热解脱氯提质实验研究,考察了热解温度、催化剂种类及添加量等对医疗... 详细信息

为了解决医疗废物热转化过程中氯导致设备腐蚀及二噁英生成等潜在危险,选取高氯成分聚氯乙烯(PVC)典型组分作为医疗废物的模型化合物,开展了转炉烟尘催化医疗废物低温热解脱氯提质实验研究,考察了热解温度、催化剂种类及添加量等对医疗废物低温热解脱氯的影响。结果显示,270℃时PVC热解脱氯率由无转炉粉尘添加时的57.94%提升到转炉粉尘添加量为0.2 g·g^(-1)PVC时的72.57%,表明转炉粉尘对PVC热解脱氯过程具有显著的促进作用。PVC热解脱氯最佳工况为:热解温度270℃、转炉粉尘添加量0.2 g·g^(-1)PVC、热解时间30 min,此时医疗废物最佳脱氯率为72.57%和半焦热值高达42.47 MJ·kg^(-1)。

关键词：医疗废物低温热解脱氯提质转炉烟尘催化

基于Meta分析的矿区周边土壤重金属污染特征及风险评价

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地学前缘 2024年第2期31卷 93-102页

作者：董鑫胡浩然张晓晴任大军张淑琴武汉科技大学资源与环境工程学院湖北武汉430081 冶金矿产资源高效利用与造块湖北省重点实验室湖北武汉430081

本文基于2002—2022年期间,知网、万方、Web of Science数据库收录的矿区周边土壤重金属文献数据,采用Meta分析方法,探讨我国不同地区和矿种类别的矿山开采对土壤重金属分布特征的影响。同时,结合地累积指数法和潜在生态风险指数法评估... 详细信息

本文基于2002—2022年期间,知网、万方、Web of Science数据库收录的矿区周边土壤重金属文献数据,采用Meta分析方法,探讨我国不同地区和矿种类别的矿山开采对土壤重金属分布特征的影响。同时,结合地累积指数法和潜在生态风险指数法评估矿区周边土壤重金属生态风险。Meta分析结果显示,我国矿区周边土壤中镉(Cd)、汞(Hg)、铜(Cu)、铅(Pd)、锌(Zn)、砷(As)、镍(Ni)和铬(Cr)的浓度相较于土壤背景值,分别增加了820.7%、309.6%、158.6%、158.6%、146.0%、103.4%、24.6%和15%,其中,Cd和Hg增加量较多。从地区来看,中南和西南地区的矿区周边土壤重金属的效应值较大,其重金属浓度增加量分别为285.7%和180.1%,其中西南、中南和华东地区矿山周边土壤中Cd、Hg、Zn、Pb和Cu的含量增加较为显著,华北和东北地区的Cd和As、西北地区的Cd和Hg增加较为显著。从矿种类型看,铅锌矿、多金属矿、铜矿、金矿、汞矿、钼矿、锰矿、锡矿和包含石墨矿等其他矿种的周边土壤重金属浓度增加量为166.4%~617.1%,其中铅锌矿开采会使得Cd、Hg、Pb和Zn显著累积,金矿开采对As、Hg和Pb累积显著,铜矿、石墨、硫铁矿等其他矿种对Cd和Cu的含量累积显著,各类型矿对Ni和Cr的累积影响都很小。地累积指数法和潜在生态风险指数法评价结果显示,我国矿区周边土壤Cd和Hg地累积污染指数分别达到中等和轻微污染等级,且大部分土壤位点二者都具有高等级的潜在生态风险,因此,需加强矿区周边重点重金属Cd和Hg的污染防治。

关键词：矿区土壤重金属 Meta分析土壤污染风险评价

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有自由面的裂隙网络稳定渗流试验与数值分析

岩土力学 2024年第3期45卷 878-884页

作者：张旭盛建龙叶祖洋周新武汉科技大学资源与环境工程学院湖北武汉430081 冶金矿产资源高效利用与造块湖北省重点实验室湖北武汉430081

为探究裂隙网络含自由面的稳定渗流特性,设计可视化的二维裂隙网络渗流试验装置,通过调节裂隙网络模型的上、下游水头开展一系列裂隙网络渗流试验,依次记录自由面水头高度和渗流流量大小;同时基于有限元软件COMSOL Multiphysics中的Darc... 详细信息

为探究裂隙网络含自由面的稳定渗流特性,设计可视化的二维裂隙网络渗流试验装置,通过调节裂隙网络模型的上、下游水头开展一系列裂隙网络渗流试验,依次记录自由面水头高度和渗流流量大小;同时基于有限元软件COMSOL Multiphysics中的Darcy接口,建立等比例二维裂隙网络数值模型,复现试验工况并与试验结果对比分析。对比发现试验结果与模拟结果基本吻合,这验证了试验结果的有效性以及数值模拟的准确性。研究结果表明:影响自由面变化的主要因素为上、下游水头高度及二者高度差:渗流水力梯度越大,自由面位置的下降越快;渗流水力梯度相同的水力条件,上、下游水头越高,形成的自由面水头越高,自由面降落曲线也越陡。其中,若上、下游水头高度不处于近似的水平,二者对于自由面位置的影响存在较大差异。自由面变化的基本规律符合Dupuit公式的表述。稳定渗流的水力梯度与平均流量仅在流量较小时符合线性相关,随着水力梯度的增加,二者关系呈现明显的非线性。

关键词：稳定渗流裂隙网络自由面透水层渗流水力梯度水头

基于改进PSO-RBF神经网络的三维边坡可靠度分析

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地球科学 2024年第5期49卷 1706-1721页

作者：彭宗桓盛建龙叶祖洋袁乾峰武汉科技大学资源与环境工程学院湖北武汉430081 冶金矿产资源高效利用与造块湖北省重点实验室湖北武汉430081

三维边坡模型能真实反映边坡空间效应,提升边坡可靠度计算精度,然而由于三维边坡模型计算量庞大且安全系数缺少显示表达,边坡可靠度分析主要以二维简化模型为主,针对三维边坡可靠度分析的研究仍存在不足.提出一种基于Spencer方法、自适... 详细信息

三维边坡模型能真实反映边坡空间效应,提升边坡可靠度计算精度,然而由于三维边坡模型计算量庞大且安全系数缺少显示表达,边坡可靠度分析主要以二维简化模型为主,针对三维边坡可靠度分析的研究仍存在不足.提出一种基于Spencer方法、自适应变异粒子群优化算法(PSO)和径向基函数神经网络(RBF)的三维边坡可靠度分析方法.通过对传统PSO算法引入变异算子,改善了其搜索精度较低、后期迭代效率不高等缺点.以三维Spencer方法为基础,结合改进PSO算法与RBF神经网络构建三维边坡安全系数的计算模型进行可靠度分析,实现三维边坡功能函数的显示化,通过标椎椭球滑体可靠度分析,验证了该方法相较于传统方法计算精度和效率的提升;进一步研究了卡基娃左岸边坡减载开挖过程稳定性及可靠度的变化规律,结果表明:削坡减载作用后有效提升了边坡的稳定性,边坡失效概率减小了近2个数量级.

关键词：三维边坡稳定可靠度粒子群优化算法神经网络岩土工程工程地质

基于Meta分析的2000—2022年中国茶园土壤重金属污染风险评价与来源分析

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茶叶科学 2024年第1期44卷 37-52页

作者：杨琰琥陈潇涵张晓晴任大军张淑琴陈旺生武汉科技大学湖北武汉430081 冶金矿产资源高效利用与造块湖北省重点实验室湖北武汉430081

重金属污染是影响茶园生态环境和茶叶产品安全的重要因素之一。针对我国主要茶产区(湖北、湖南、福建、云南、贵州、四川等省份),搜集调查茶园土壤重金属Cu、Pb、As、Hg、Cd、Cr、Zn、Ni污染的相关文献,使用Meta分析方法计算单个研究的... 详细信息

重金属污染是影响茶园生态环境和茶叶产品安全的重要因素之一。针对我国主要茶产区(湖北、湖南、福建、云南、贵州、四川等省份),搜集调查茶园土壤重金属Cu、Pb、As、Hg、Cd、Cr、Zn、Ni污染的相关文献,使用Meta分析方法计算单个研究的权重,从而获得各省份及全国茶园土壤重金属浓度的加权平均值,采用潜在生态风险指数法和地质积累指数法进行生态风险评估,并通过APCS-MLR模型进行来源分析。结果表明,与背景值相比,8种重金属均有一定程度的富集,其中Hg、Cd污染较为严重,Hg中度及以上风险主要分布在贵州、陕西、四川和安徽等内陆省份,Cd中度及以上风险主要分布于广东、福建、浙江、江苏、山东、海南等沿海省份,两种重金属主要表现为轻微至中度风险。与世界其他国家相比,发展中国家的茶园或农业用地重金属含量普遍较高,Cd、Hg是污染程度较为严重的元素。来源分析结果表明,第一、第二、第三、第四主成分分别为自然源、工业活动污染源、交通废气污染源、农业活动污染源,工农业活动是主要污染因素,Hg主要来自工业活动,Cd主要来自农业活动。

关键词：茶园土壤重金属污染 Meta分析风险评价

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基于分数阶积分的软弱夹层蠕变损伤模型研究

岩土力学 2024年第2期45卷 454-464,476页

作者：曹建军胡斌王泽祺李京武汉科技大学资源与环境工程学院湖北武汉430081 武汉科技大学冶金矿产资源高效利用与造块湖北省重点试验室湖北武汉430081

软弱夹层作为边坡的“薄弱环节”,时刻威胁着边坡的稳定性。以我国西南地区广泛存在的二叠系炭质泥页岩软弱夹层为研究对象,开展了软弱夹层蠕变特性的研究,在常规剪切试验的基础上进行分级剪切蠕变试验,系统分析了软弱夹层的剪切变形规... 详细信息

软弱夹层作为边坡的“薄弱环节”,时刻威胁着边坡的稳定性。以我国西南地区广泛存在的二叠系炭质泥页岩软弱夹层为研究对象,开展了软弱夹层蠕变特性的研究,在常规剪切试验的基础上进行分级剪切蠕变试验,系统分析了软弱夹层的剪切变形规律,并采用稳态蠕变速率法确定了软弱夹层的长期强度。基于Riemann-Liouville分数阶积分理论及统计损伤理论对传统西原模型进行了改进,利用自适应差分进化算法结合软弱夹层剪切蠕变试验曲线验证了模型的准确性,并进行了参数敏感性分析。研究表明,改进后的模型可以完整地描述软弱夹层蠕变的3个阶段;蠕变曲线的变化由微分阶次γ、形状参数m及比例参数F0共同控制;m反映软弱夹层的脆性特征,F0则表征软弱夹层的物理力学强度。该研究结果可为含软弱夹层边坡的防灾监控与稳定性分析提供理论依据。

关键词：软弱夹层分数阶积分蠕变模型参数辨识敏感性分析

羟基磷灰石修饰碳纳米电极制备及其对抗坏血酸的测定

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分析试验室 2024年第5期43卷 654-659页

作者：丰明佳钱功明熊苓雅韩荻武汉科技大学资源与环境工程学院武汉430081 冶金矿产资源高效利用与造块湖北省重点实验室武汉430081

通过恒电位沉积法,将纳米羟基磷灰石(HAP)成功修饰到碳纳米电极(CNE)上,制备出一种能快速检测抗坏血酸(AA)的修饰电极(HAP-CNE)。采用循环伏安法(CV)和计时安培法(CA)研究了HAP-CNE电极对AA的检测,考察了多巴胺(DA)和模拟体液pH对电极检... 详细信息

通过恒电位沉积法,将纳米羟基磷灰石(HAP)成功修饰到碳纳米电极(CNE)上,制备出一种能快速检测抗坏血酸(AA)的修饰电极(HAP-CNE)。采用循环伏安法(CV)和计时安培法(CA)研究了HAP-CNE电极对AA的检测,考察了多巴胺(DA)和模拟体液pH对电极检测AA的影响。扫描电镜(SEM)结果表明,HAP已经成功修饰于CNE尖端与外壁上。电化学实验表明,与CNE相比,HAP-CNE电极信噪比显著提高,同时AA在HAP-CNE上能发生氧化还原反应,电荷转移速率提高。AA浓度在1×10^(-5)~2×10^(-3)mol/L范围内与响应电流呈近似线性关系,检出限为1.3×10^(-7)mol/L。利用HAP-CNE检测AA具有广泛的pH适应性且对DA的抗干扰能力强。该电极是一种潜在原位探针,有望为生物医学研究提供新的检测方法,并成为一种能应用于活体实时检测生物小分子代谢过程的新型传感器。

关键词：碳纳米电极羟基磷灰石电化学检测抗坏血酸

基于t-SNE-AMARS-MPM的空间变异性边坡可靠度分析及大变形破坏模式研究

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力学学报 2024年

作者：彭宗桓盛建龙叶祖洋李硕武汉科技大学资源与环境工程学院武汉科技大学冶金矿产资源高效利用与造块湖北省重点实验室

在考虑参数空间变异性对大变形边坡可靠度评估的影响,特别是在小失效概率的情况下,传统分析方法常因耗时冗长或难以评估大变形失稳破坏而受限。针对这一问题,本文提出一种结合t分布-随机邻近嵌入、主动学习多元自适应回归样条法和物质... 详细信息

在考虑参数空间变异性对大变形边坡可靠度评估的影响,特别是在小失效概率的情况下,传统分析方法常因耗时冗长或难以评估大变形失稳破坏而受限。针对这一问题,本文提出一种结合t分布-随机邻近嵌入、主动学习多元自适应回归样条法和物质点法的新方法,并深入探讨了t分布-随机邻近嵌入对代理模型的优化作用。首先,利用Cholesky分解法离散边坡参数随机场,并通过确定性分析获取训练样本。随后,采用主动学习函数优化代理模型,高效求解边坡安全系数并按升序排列。最后,使用物质点法依次模拟并获取失效样本。以一个两层不排水土坡为例,验证了该方法的有效性。结果表明,所提方法相较于传统随机物质点法,计算量仅为其1.64%,显著提高了计算效率。同时,通过对失效样本的深入剖析,识别出边坡失稳具有四种不同的破坏模式,这些破坏模式的演化过程与土体参数的空间分布紧密相关。尤为值得注意的是,多层渐进破坏模式作为其中破坏过程最为复杂的类型,其对周边环境的威胁尤为显著,需要重点防范。这为边坡工程的风险评估和加固提供了重要依据。

关键词：边坡大变形空间变异性代理模型物质点法可靠度分析

冲击扰动下泥页岩剪切蠕变试验及蠕变损伤模型研究

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煤炭学报 2024年

作者：胡斌曹建军王泽祺李京张峻珲徐心语武汉科技大学冶金矿产资源高效利用与造块湖北省重点试验室武汉科技大学资源与环境工程学院

岩石在应力作用下长期处于蠕变状态，矿山爆破开采过程中产生的冲击扰动效应会加速岩石的损伤积累，严重威胁着矿山边坡的稳定性。以黄山石灰石矿山边坡软弱夹层中的泥页岩为研究对象，通过开展不同冲击能量及不同冲击次数下的剪切蠕变... 详细信息

岩石在应力作用下长期处于蠕变状态，矿山爆破开采过程中产生的冲击扰动效应会加速岩石的损伤积累，严重威胁着矿山边坡的稳定性。以黄山石灰石矿山边坡软弱夹层中的泥页岩为研究对象，通过开展不同冲击能量及不同冲击次数下的剪切蠕变试验，分析冲击扰动影响下泥页岩的蠕变力学特性，并引入割线模量法量化冲击损伤，分析了冲击损伤的演化规律。通过引入Weibull分布函数表征应力损伤因子，并由广义损伤理论推导出应力-冲击耦合损伤因子，然后根据对黏度系数的变化分析引入冲击损伤度及修正系数改进黏性元件，最后将耦合损伤因子与冲击损伤改进元件代入西原模型中，建立了一种新的蠕变损伤模型。根据试验结果，采用差分进化算法并依托1stopt全局优化软件对模型进行参数辨识。基于上述研究，得到如下结果：随着冲击能量及冲击次数的增加，泥页岩的长期强度及总蠕变时间逐渐减小，冲击损伤度也随之提高，其破坏特征由脆性破坏逐渐变为典型的塑性破坏；低剪应力水平下，泥页岩对冲击扰动敏感度较低，但随着剪应力水平的提高，泥页岩对冲击扰动敏感度也随之提高，冲击损伤度提升愈快；模型拟合数据与试验数据匹配度较高，蠕变损伤模型能够较好地描述冲击扰动下泥页岩的蠕变特征。研究结果可为矿山边坡的防灾监控与稳定性分析提供理论依据。

关键词：泥页岩冲击扰动耦合损伤蠕变模型参数辨识