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考虑局部损伤区变化的能量平衡尺寸效应模型

力学学报 2024年第1期56卷 157-172页

作者：刘小宇张慧梅杨政西安科技大学理学院西安710600 西安交通大学人居环境与建筑工程学院西安710049

尽管研究者已经提出各种各样的尺寸效应模型,但是建立能描述不同类型尺寸效应规律的模型依旧是力学和材料学中最具挑战性的问题之一.首先通过系统深入分析局部损伤区(localized damage zone,LDZ)随试件尺寸的变化规律,提出能够准确地描... 详细信息

尽管研究者已经提出各种各样的尺寸效应模型,但是建立能描述不同类型尺寸效应规律的模型依旧是力学和材料学中最具挑战性的问题之一.首先通过系统深入分析局部损伤区(localized damage zone,LDZ)随试件尺寸的变化规律,提出能够准确地描述LDZ非线性尺寸效应的理论模型并验证.在此基础上,建立考虑LDZ随尺寸变化的能量平衡尺寸效应模型.考虑LDZ变化的能量平衡尺寸效应模型能体现5种不同类型的尺寸效应规律.随着尺寸增大,类型1:名义抗压强度逐渐减小,最终趋于单轴压缩弹性极限;类型2:名义抗压强度先在一定尺寸范围内为真实抗压强度,然后逐渐减小,最终趋于单轴压缩弹性极限;类型3:名义抗压强度先增加,然后逐渐减小,最终趋于单轴压缩弹性极限;类型4:名义抗压强度先逐渐增加到真实抗压强度,然后在一定尺寸范围恒为真实抗压强度,再逐渐减小,最终趋于单轴压缩弹性极限;类型5:名义抗压强度不随尺寸变化.文章模型首次理论预测类型4尺寸效应存在,并证实微纳尺度钛合金尺寸效应试验中存在这一规律.对考虑LDZ变化的能量平衡尺寸效应模型分析表明:LDZ尺寸与试件尺寸相对变化率之间的竞争是本文尺寸效应模型能体现5种类型的尺寸效应的原因.由于笔者先前已经证明能量平衡尺寸效应模型能很好预测类型1,2和5尺寸效应,但其不能体现类型3和4尺寸效应.因此,文章应用考虑LDZ变化的能量平衡尺寸效应模型和IUSEL(improved unified size-effect law)预测类型3和4尺寸效应试验数据,结果表明:考虑LDZ变化的能量平衡尺寸效应模型能很好预测各种材料类型3和4尺寸效应试验数据变化规律,而IUSEL不能描述类型4尺寸效应数据变化规律.考虑LDZ变化的能量平衡尺寸效应模型和IUSEL预测所有尺寸效应数据的总平均确定系数接近.

关键词：局部损伤区抗压强度能量平衡不同类型尺寸效应

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微生物自修复混凝土载体材料研究进展

材料导报 2024年第13期38卷 80-94页

作者：侯福星白一鸣沈頔王剑云西安交通大学人居环境与建筑工程学院西安710049

裂缝的存在会使混凝土性能逐渐退化,因此进行裂缝修复具有重要意义。基于微生物诱导碳酸盐沉淀(MICP)的自修复技术作为一种环境友好、长期可行的修复方法而备受关注。在自修复体系中,微生物矿化沉积能力直接决定自修复的效果,而载体则... 详细信息

裂缝的存在会使混凝土性能逐渐退化,因此进行裂缝修复具有重要意义。基于微生物诱导碳酸盐沉淀(MICP)的自修复技术作为一种环境友好、长期可行的修复方法而备受关注。在自修复体系中,微生物矿化沉积能力直接决定自修复的效果,而载体则充当微生物“保护壳”的作用,为其新陈代谢提供足够的空间,载体材料的使用显著提高了微生物抵抗恶劣环境的能力,确保自修复效果的实现。本文评述了目前国内外应用于微生物自修复混凝土体系中载体材料的研究成果。对微生物自修复混凝土的工作机理进行阐述与总结,对多孔类载体、闭合类载体、纳米材料载体以及菌群自身充当载体等不同载体材料的研究进展进行了讨论与对比,分析了载体材料的专利转化以及工程应用,并指出当前存在的问题。最后,展望了载体材料在微生物自修复混凝土领域的应用前景,旨在为该技术的应用提供一定的指导和建议。

关键词：自修复机理裂缝微生物载体多孔类载体水凝胶

陕北地区中深层同轴地埋管取热性能影响因素分析及优化

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煤田地质与勘探 2024年第1期52卷 152-158页

作者：邹海江李永鹏张林惠鹏刘厚宁申芳王沣浩陕西韩城天久注浆勘探有限责任公司陕西渭南715499 西安交通大学人居环境与建筑工程学院陕西西安710049

中深层同轴地埋管地热供热技术在我国北方城镇供热领域兴起并广泛应用。陕北地区地热资源丰富,但地温梯度略低且岩土热物性参数特性不同,地质参数影响中深层同轴地埋管的取热性能。采用OpenGeoSys开源数值模拟平台建立三维中深层同轴地... 详细信息

中深层同轴地埋管地热供热技术在我国北方城镇供热领域兴起并广泛应用。陕北地区地热资源丰富,但地温梯度略低且岩土热物性参数特性不同,地质参数影响中深层同轴地埋管的取热性能。采用OpenGeoSys开源数值模拟平台建立三维中深层同轴地埋管耦合地层传热计算模型,并基于陕北地区典型地质参数,研究不同设计参数对中深层同轴地埋管取热性能的影响及全生命周期技术经济性,优选出地热工程最佳工艺参数。结果表明,中深层同轴地埋管的外管径与埋深增大均能提升取热能力。相较于外管径,埋深对取热能力的提升效果更为显著,埋深从2 500 m增加到3 500 m,取热量增加了77.3%。依据工程实践,当外管外径×厚度大于177.80 mm×9.19 mm时所对应的平均能源成本因其钻井成本陡增而增大。在给定工况参数下,推荐中深层同轴地埋管的最佳外管外径×厚度为177.80 mm×9.19 mm,埋深为3 200 m,此时平均能源成本为0.524元/(kW·h),经济效益最优。

关键词：中深层同轴地埋管取热性能数值模拟经济性埋深管径 OpenGeoSys

圆锥形中空夹层钢管混凝土构件压弯扭承载力计算理论研究

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工程力学 2024年

作者：刘向宏宋崟瑄王亚晨孙清王建涛西安交通大学人居环境与建筑工程学院西安建筑科技大学土木工程学院

面向复杂受力下大功率海上风电新型支撑结构承载力计算需求，基于统一强度理论的厚壁圆筒弹塑性解推导了适用于圆锥形中空夹层钢管混凝土（TCFDST）构件的轴压承载力计算公式，揭示了中间主应力系数取值对关键参数（筒身锥度、空心率、... 详细信息

面向复杂受力下大功率海上风电新型支撑结构承载力计算需求，基于统一强度理论的厚壁圆筒弹塑性解推导了适用于圆锥形中空夹层钢管混凝土（TCFDST）构件的轴压承载力计算公式，揭示了中间主应力系数取值对关键参数（筒身锥度、空心率、径厚比、材料强度等）影响下承载力的变化规律，并给出其建议取值。以截面内力平衡方程为基础，提出了适用于计算TCFDST构件抗弯承载力的极限状态法，分析了极限状态法与基于规范(T/CCES 7-2020)修正的压弯承载力公式计算N-M相关性曲线的适用性。基于统一强度理论推导了适用于TCFDST构件抗扭承载力的分层积分法，分析了不同中间主应力系数取值与采用Von Mises屈服准则和规范(T/CCES 7-2020)所得N-T曲线的对应关系。结合TCFDST构件在不同轴压比、弯扭比下的压弯扭数值模拟结果构建了压弯扭承载力三维曲面方程，给出了方程系数随空心率、筒身锥度及长细比的函数关系，对比分析了现有文献方法的计算精度。本文研究结果可对TCFDST构件在风电工程的工程应用提供有益参考依据。

关键词：圆锥形中空夹层钢管混凝土构件压弯扭承载力统一强度理论极限状态法分层积分法三维曲面方程法

粉煤灰基充填膏体制备过程中氨气释放的超声强化特性

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煤炭学报 2024年第7期49卷 3063-3073页

作者：李亚娇罗阳王铁鞠恺金鹏康唐仁龙赵兵朝任武昂西安科技大学建筑与土木工程学院陕西西安710054 陕西彬长矿业集团有限公司陕西咸阳712000 西安交通大学人居环境与建筑工程学院陕西西安710049 西安科技大学能源学院陕西西安710054

将粉煤灰作为主要胶凝材料的膏体充填开采不仅能有效控制地面沉降、解决“三下”压煤问题、提高煤炭采出率,还可解决燃煤电厂粉煤灰堆积难题。而粉煤灰基充填膏体的氨气释放会对充填作业面的气体环境造成污染,亟需治理。提出一种利用超... 详细信息

将粉煤灰作为主要胶凝材料的膏体充填开采不仅能有效控制地面沉降、解决“三下”压煤问题、提高煤炭采出率,还可解决燃煤电厂粉煤灰堆积难题。而粉煤灰基充填膏体的氨气释放会对充填作业面的气体环境造成污染,亟需治理。提出一种利用超声波促进膏体氨气释放的新思路。通过对粉煤灰浆液进行超声处理,采用以超声时长(A)、超声功率(B)、固液比(C)作为考察因素,进行单因素实验,结果表明:随着超声时长、超声功率以及固液比的的增加氨气释放速率呈现出先增大后减小的趋势,并在超声时长、超声功率以及固液比分别为30 min、80 W和1∶10时达到最大值。在单因素实验结果的基础上进行响应面实验建立回归模型。通过响应面优化确定最佳实验参数。结果表明:影响因素主次顺序为:A>B>C,AB>AC>BC;去除氨气最佳实验参数为:超声时长为32 min,超声功率为80 W,固液比为1∶7.7。验证结果表明:实测值与预测值仅存在-1.6%的相对误差。利用优化后的实验参数处理粉煤灰,并制备成充填膏体测定氨气释放量,发现膏体氨气释放量平均减少了95.94%,氨气释放速率提高84.02%,膏体3 d和28 d的单轴抗压强度分别提高185.00%和86.50%,坍塌度、泌水率和凝结时间均降低,同时减少了膏体内部多害孔数量,使孔隙率由33.58%降低到28.13%,为粉煤灰基充填膏体的氨气释放治理提供新的方法与思路。

关键词：氨气释放超声波充填膏体粉煤灰响应面法

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油田废水的混凝处理技术研究进展

工业水处理 2024年第3期44卷 1-9页

作者：金鑫史彩通许兰洲岳雯商亚博黄俊玮许路石烜白雪宋吉娜金鹏康西安交通大学人居环境与建筑工程学院陕西西安710049 河北工程大学能源与环境工程学院河北邯郸056038

国内油田的开发关乎国家能源安全,油田开发与生产过程会产生大量废水,油田废水的高效处理与资源化利用是我国石油工业绿色低碳发展的关键。目前,混凝工艺因其成熟、经济、实用等特点成为油田废水处理中不可缺少的一项技术。综述了混凝... 详细信息

国内油田的开发关乎国家能源安全,油田开发与生产过程会产生大量废水,油田废水的高效处理与资源化利用是我国石油工业绿色低碳发展的关键。目前,混凝工艺因其成熟、经济、实用等特点成为油田废水处理中不可缺少的一项技术。综述了混凝工艺处理油田废水的研究现状与进展,重点介绍了油田废水处理中常用的混凝工艺,阐述了典型混凝剂在油田废水中的应用,并列举了新型复合混凝剂的处理效果与特点,在此基础上梳理了用于提升混凝效果的工艺技术。此外,结合实际工程应用,着重分析了混凝工艺处理油田废水存在的问题以及未来发展方向,以期为油田废水混凝处理技术的研究、开发与应用提供参考。

关键词：油田废水混凝工艺混凝剂

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顺丁烯二酸活化过硫酸盐降解染料有机物研究

工业水处理 2024年第6期44卷 151-157页

作者：柴瑾白雪张祉瑶胡敏石娟金鹏康西安建筑科技大学环境与市政工程学院陕西西安710055 西安交通大学人居环境与建筑工程学院陕西西安710049

近年来,基于硫酸根自由基(SO4^(·-))的高级氧化技术因其高效稳定的优势在水处理领域引发关注,但常见的过硫酸盐活化方式着眼于能量输入和催化剂引入,存在应用成本高、催化剂难回收等问题,制约了该技术的实际应用。研究表明,以简单有机... 详细信息

近年来,基于硫酸根自由基(SO4^(·-))的高级氧化技术因其高效稳定的优势在水处理领域引发关注,但常见的过硫酸盐活化方式着眼于能量输入和催化剂引入,存在应用成本高、催化剂难回收等问题,制约了该技术的实际应用。研究表明,以简单有机物做活化剂丰富了过硫酸盐的活化途径。为进一步扩展相关研究思路,构建了顺丁烯二酸活化过硫酸盐体系,探究了该体系在降解染料污染物方面的应用潜能。结果表明,污染物的降解性能与顺丁烯二酸初始浓度、过硫酸盐投加量以及溶液初始pH有关。氧化体系产生了以·OH、^(1)O_(2)和O_(2)^(·-)为主,少量SO4^(·-)为辅的系列活性氧化物种,使得污染物在自由基与非自由基的共同作用下被有效降解。同时,在应用过程中该体系对实际环境因子展现了良好的抗干扰能力。

关键词：顺丁烯二酸过硫酸盐染料自由基反应非自由基反应

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新型汞离子吸附材料研究进展

化工进展 2024年

作者：张爱京王桢钰肖宁宁宋艳娜李军冯江涛延卫西安交通大学人居环境与建筑工程学院渭南市环境科学研究中心西安交通大学能源与动力工程学院西安市固体废物资源化利用重点实验室

汞污染来源广泛、排放量大，已成为世界最严重的十大污染源之一。在众多汞离子去除技术中，吸附法由于高效且经济的特点，成为较为成熟且应用广泛的处理技术。性能优异的吸附剂是吸附法的关键，而传统的吸附材料吸附性能有限。基于此，... 详细信息

汞污染来源广泛、排放量大，已成为世界最严重的十大污染源之一。在众多汞离子去除技术中，吸附法由于高效且经济的特点，成为较为成熟且应用广泛的处理技术。性能优异的吸附剂是吸附法的关键，而传统的吸附材料吸附性能有限。基于此，本文介绍了近年来报道的金属有机骨架材料（MOFs）、共价有机框架材料（COFs）、共轭微孔聚合物（CMPs）、导电聚合物、二维过渡金属碳（氮）化物（MXenes）和复合材料等新型汞离子吸附材料，详细论述了这些吸附材料的结构特征及其与汞离子的吸附特性之间的关系。总结了水中汞离子吸附材料的发展前景，指出调节材料结构以及添加特定官能团是进一步研发新材料的努力方向，希望对新型汞离子吸附材料的设计和开发提供一定参考和启发。

关键词：汞离子吸附金属有机骨架(MOFs) 共价有机框架(COFs) 共轭微孔聚合物(CMPs) 二维过渡金属碳(氮)化物(MXenes)

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人工冷粘结轻骨料高强混凝土制备及性能

复合材料学报 2024年

作者：商效瑀黄文逸方泽宇陈钰琦张斌东北电力大学建筑工程学院西安交通大学人居环境与建筑工程学院中国能源建设集团山西省电力勘测设计院有限公司

以搅拌站混凝土废浆(Concrete slurry waste， CSW)为原料，利用冷粘结造粒技术结合碳化增强工艺，制备了一种性能优异的人工骨料(Artificial aggregate， AA)，并发展了轻骨料高强混凝土(Lightweight aggregate high-strength concrete... 详细信息

以搅拌站混凝土废浆(Concrete slurry waste， CSW)为原料，利用冷粘结造粒技术结合碳化增强工艺，制备了一种性能优异的人工骨料(Artificial aggregate， AA)，并发展了轻骨料高强混凝土(Lightweight aggregate high-strength concrete， LAHC)，重点研究了AA的物理性能、力学性能和微观结构，以及LAHC的工作性能、力学性能和收缩性能。研究结果表明，以CSW为原料，利用冷粘结技术结合碳化增强工艺生产的AA，具备可行性；球形AA粒度分布主要在4.75～14 mm之间，松散堆积密度介于950～1100 kg/m3之间，1 h吸水率为9.96%～12.89%。单颗颗粒强度变化范围为13.68～15.64 MPa，筒压强度介于8.18～9.17 MPa；加压碳化3 d对于AA单颗颗粒强度和筒压强度提高约14%和12%，湿法碳化10 min提高约9%和8%，吸水率分别下降约23%和14%，湿法碳化表现出更高的效率优势；制备的人工LAHC 28 d抗压强度可达45.2 MPa，抗折强度4.7 MPa，密度1807.6 kg/m3，满足LAHC的要求；球形AA借助滚珠效应自身具备一定减水功能，预湿处理有助于缓解轻骨料混凝土收缩问题，对AA进行24 h的预湿处理，可以将其90 d的收缩率减少10.0%。研究成果为新一代的混凝土材料低碳化、可持续化提供参考。

关键词：轻骨料高强混凝土人工骨料冷粘结碳化混凝土废浆