原始土层影响下成层介质污染物一维扩散模型

为了准确定义成层衬里系统底端边界条件，提出了考虑原始土层影响的成层介质污染物一维扩散模型.采用两层介质之间污染物质量浓度连续和通量连续条件，处理衬里系统底端边界条件.基于顶部边界污染物浓度恒定及平衡线性吸附假设，建立了该模型.并采用与成层地基固结类似的分离变量解法得到了解析解.结果表明，该模型得到的结果和半解析法吻合得较好.随着原始土层厚度的增大，衬里底端质量浓度呈明显减少趋势；当原始土层厚度达到10 m以后，质量浓度变化不大.单一的土工聚合黏土衬里(GCL)不足以有效防止填埋场渗滤液的扩散.基于该模型计算得到的结果较Foose基于半无限边界法得到结果更偏于安全.     

半扩散边界下污染土中污染物一维扩散解析解

针对以往大多关于污染物扩散研究假设的理想边界,在单层污染土层介质中考虑了更贴近实际情况的半扩散边界,并建立了该边界条件下污染物向周围土层扩散的模型。基于分离变量法得到了污染土中浓度随深度及时间变化的解析解。利用Matlab编制了相应计算程序并与COMSOL TDS模块数值仿真和已有解析解的结果进行对比,验证了解析解的可靠性。分析了复杂边界条件对污染物扩散及污染物通量的影响及其敏感性。结果表明:浓度随S di值增大而减小;S di值相差越大对土层内上下浓度分布影响越大;通量随S di值增大而增大,但增速降低。     

填埋场成层衬垫污染物运移参数等效模型

为了高效评价填埋场成层衬垫的防污性能，提出基于时间矩卷积的污染物运移参数等效分析模型. 给出多层衬垫等效渗流速度和扩散系数表达式；采用土柱实验数据验证模型的合理性和可靠性；基于衬垫系统底部相对浓度、瞬时通量及累计通量等对填埋场土工膜（GM）+压实黏土衬垫（CCL）+天然衰减层（AL）及GM+钠基膨润土防水毯（GCL）+AL不同复合衬垫进行等效计算. 结果表明，衬垫底部相对浓度更适合等效计算. 随设计水头与AL厚度增加，GCL复合衬垫的防污性能较好. 基于Cl^?击穿时间100 a标准，当水头为15 m时，与采用CCL相比，采用GCL复合衬垫可以使总厚度减少0.45 m. 土工膜防污能力随水头增加而增强，土工膜等效的CCL厚度随服役年限呈对数线性增大.     

常吸力下非饱和土柱孔扩张弹塑性解及饱和度响应

为研究非饱和土中常吸力条件下圆孔扩张的应力-应变特性及饱和度响应,基于非饱和土临界状态模型(UCSM)和考虑水力滞回的土水特征曲线(SWCC),引入常吸力下饱和度随孔隙比非线性变化模型,推导非饱和土中柱孔扩张问题的排水半解析解。根据柱孔周围土单元平衡微分方程,考虑边界条件,引入辅助坐标将问题转化为以3个主应力分量、孔隙比和饱和度为基本未知量的一阶微分方程组进行求解。本解答充分考虑基质吸力和超固结比对柱孔扩张响应的影响,探究扩张过程中柱孔周围土体的应力分布和体积变化,以及扩张过程中饱和度的演化规律。结果表明：非饱和土常吸力柱孔扩张过程中,呈现吸力硬化特性,且吸力硬化特性随着吸力增大而趋于稳定;孔壁及周围土体饱和度在扩张过程中变化显著,且受吸力大小的影响较大;当吸力较低时,饱和度主要受含水量变化的影响;当吸力较高时,饱和度主要受孔隙比变化的影响。本文的解答可以很好地捕捉非饱和土体不同应力历史和水力状态下的饱和度响应,可为非饱和土中静力触探试验等原位试验的解释提供指导。     

土体冻结过程水分迁移模型的建立与反演

目的为了量化的研究土中水分在冻结过程中的迁移,提出融化过程中水分迁移模型．方法假定非饱和土中水分在冻结过程中主要以水汽扩散的形式发生迁移,在此过程中液态水通过转化为水汽参加迁移．结合室内试验数据,设定冻结锋面以下土层中水汽浓度方程,建立浓度-深度随冻结锋面发展的移动坐标系．为考虑温度梯度的影响,在Fick定律公式的右边乘上温度梯度,得到了修正的非饱和土Fick定律,据此建立了冻结过程的水分迁移模型,编写了计算程序．结果以试验获得的含水量沿深度方向的分布曲线为目标,利用遗传算法反演了模型中的未知参数．把冻结模型的参数代入假设方程中,得到了冻结锋面下部土层中水汽浓度的方程．结论将反演得到的参数带到迁移模型里,计算得到的含水量沿深度方向的分布曲线和试验得到的曲线吻合得较好,说明模型是实际可用的．     

关于非饱和膨胀土水体积变化系数计算的思考

非饱和膨胀土地基水分运动及其病害非常常见,水体积变化系数是计算非饱和土体水分迁移的重要参数,含水量和干密度是影响水体积变化系数的重要因素。在以往的研究中,对非饱和膨胀土的讨论非常少见。本文对水体积变化系数的计算过程和结果进行分析,得到了土体水体积变化系数随含水量、基质吸力和干密度变化的规律,并从微观结构变化的角度加以探讨,深入了对非饱和膨胀土的工程性质的认识。     

含水量变化时非饱和土的变形研究

在非饱和状态下土中含水量的增加一方面将引起容重增大，从而引起压缩变形；另一方面将引起基质吸力的下降，从而引起土变形的回弹。非饱和土的最终变形表现为膨胀还是沉降取决于上述2种变形的综合效应。根据广义Hook定律，Fredlund的双应力状态变量，以及基质吸力与饱和度的关系理论，利用增量原理建立了K0状态下非饱和土的变形关系表达式，利用这一模型可以计算非饱和土含水量变化时的变形问题。研究表明：非饱和土的变形特性取决于土的性质，土中吸力变化前后的分布，所考虑土层的厚度以及应力状态等。     

日本卫生填埋场中膨-砂复合土渗透特性研究

卫生填埋场底部需设置低渗透率的粘土层,日本粘土资源匮乏.本研究利用膨润土作为卫生填埋场本地砂土的添加剂,提高和改善防渗能力.卫生填埋场本地压实砂土的渗透率为4.65×10^-5cm/s,膨润土作为添加剂与本地砂土混合成复合土,当添加率为10%时,渗透系数提高到3.72×10^-8cm/s,满足日本卫生填埋场建设标准.     

固化污泥对渗滤液中氟阻滞作用的数值分析

固化污泥是一种新型填埋场底部防渗阻滞材料，为论证其防渗阻滞作用的有效性，需进行典型污染物的穿透试验，但由于固化污泥渗透性很低，采用常规土柱试验很难得到污染物透过其迁移时的相关参数。为解决该问题，用柔性壁渗透试验代替传统土柱试验。渗滤液中污染成分较多，取含量较高且较易穿透的污染物即氟离子作为典型污染物，首先进行穿透试验获得迁移参数，然后结合二维有限元法研究分析其在防渗阻滞层及周边岩土环境中60 a内的运动迁移范围、浓度分布情况，并对比分析未设防渗阻滞层的情况。研究表明，在填埋场底部设置固化污泥防渗层对于以氟为代表的阴性污染物有较好的延迟阻滞作用。由于阳性污染物的穿透能力较阴性污染物弱，因而固化污泥防渗层对重金属等阳性污染物也应具有较强的阻滞作用，从而能进一步延迟填埋场渗滤液对周边环境的污染。     

河北省非饱和土含水量与抗剪强度参数关系的试验研究

以河北省非饱和原状土和重塑土为对象,采用常规三轴不固结不排水试验,对不同含水量土样的抗剪强度参数进行了测定,探究土样含水量与抗剪强度参数的关系.证明了含水量对非饱和土的粘聚力有较大的影响,而与内摩擦角的关系不明显,并且内摩擦角有随含水量增加而减小的趋势.这一研究成果加深了工程师对非饱和土的认识,方便了非饱和土研究在工程中的应用.     

大跨度铁路钢桁斜拉桥传感器优化布置

为了解决大跨度铁路桥梁健康监测中的传感器优化布置问题,建立了基于改进自适应遗传算法的传感器优化布置方法。引入二重结构编码方法改进了遗传算法的个体编码方法。在最优保存策略中,采用自适应的部分匹配交叉和逆位变异方法,随适应度值的大小自动改变交叉概率和变异概率,确保布置结果收敛于全局最优解,克服了其他遗传算法应用于大型桥梁结构时收敛速度慢且易陷入局部最优的缺陷,加快了收敛速度。最后以某铁路钢桁梁斜拉桥健康监测系统的传感器优化布置为例,验证了该算法较基本遗传算法和广义遗传算法具有较好的全局寻优能力、计算效率和可靠性,所提方法可应用于实际铁路斜拉桥健康监测系统的传感器优化布置。     

填土含水率对挡土墙土压力影响的实验分析

填土的含水率对土体抗剪强度指标有重要影响,进而影响到土压力的计算,从而影响到挡土墙的稳定性能。本文在前人研究含水率对非饱和性填土抗剪强度参数影响的研究基础上,利用ZJ型直剪仪对土样进行剪切试验,结合强度理论相关知识得出了抗剪强度参数C和φ,继而对实验结果进行数值模拟确定了含水率影响C和φ的影响系数,得出拟合优度良好的含水率粘聚力、含水率内摩擦角的关系式。在对土样利用万能试验机进行加压试验时,保持土样颗粒级配及填土的密实度基本一致,仅改变填土的含水率,研究了不同含水率的填土对挡土墙性能的影响。实验中发现,随着实验加压力的增大,填土的可压缩性与填土含水率呈现非线性关系。可压缩性首先随着含水率增大而增大,当含水率达到某一值可压缩性又有所下降。实验最后根据朗肯理论计算填土各种含水率状态下挡土墙所受到的土压力,对结果进行数值模拟得出含水率主动土压力、含水率被动土压力之间的关系式。     

不同配筋率钢筋混凝土柱应变率效应

混凝土是一种率敏感性材料,正确把握应变率效应对钢筋混凝土构件在强震等动力荷载下力学性能的影响,对结构抗震和抗风设计至关重要。采用CEB规范建议的考虑混凝土应变率效应的动力本构关系,运用纤维模型对钢筋混凝土柱在不同加载速率下的动力性能进行了数值模拟。对4个钢筋混凝土柱构件的快速加载试验的试验结果与模拟结果进行比较,结果表明所建立的纤维单元模型能够较好预测混凝土柱恢复力特性,验证了基于动力本构的纤维单元模型的有效性。基于此模型,研究了不同纵向配筋率和体积配箍率对钢筋混凝土柱动力性能的影响,结果表明纵向配筋率和体积配箍率对动力性能的影响呈现出不同的特征。     

仓储式橡胶沥青零剪切粘度的确定

首先,运用低频率震荡测试法对基质沥青、仓储式橡胶沥青及其RTFOT短期老化产物进行了测试;其次,运用图形外延法、Cross模型拟合法及Carreau模型拟合法对各材料的零剪切粘度进行了测定;最后,对基质沥青进行了蠕变恢复试验,通过蠕变阶段和恢复阶段沥青的应变响应的计算,得出了静态施载作用下基质沥青的零剪切粘度。研究表明:基质沥青在低频震荡测试中,随着频率的降低会进入粘度稳定阶段,可以用图形外延法得到零剪切粘度;然而对于RTFOT老化后的橡胶沥青,在测试条件下未进入粘度稳定阶段,无法通过图形外延法测算零剪切粘度;由Cross模型拟合的结果都大于同样材料Carreau模型拟合结果。     

工业厂房自然通风热环境的数值研究

运用CFD技术对某典型工业厂房的自然通风进行了数值模拟。研究了热源、污染源参数一定时,不同进风口离地高度对厂房工作区热环境及污染物浓度分布的影响。分析了带热源工业厂房热环境的主要特点,认为评价这种高温环境时,应同时考虑工作区风速及建筑内壁面辐射的影响。为此,采用热应力指数HIS作为这类热环境的评价指标。结果可以看出,对于热源具有一定的高度的工业厂房,适当提高进风口位置,不仅可以增加自然通风量,提高工作区空气流速,改善工作区热环境,而且有助于降低厂房平均污染物浓度。随着H的增加,通风量和工作区风速增大,热应力指数和污染物浓度减小。当H增加到1.2m后,通风量和工作区风速基本不再变化。     

渠道衬砌混凝土介电特征研究及工程应用

为构建南水北调东线调水渠道衬砌混凝土介电常数模型,实现基于探地雷达(GPR)技术的混凝土厚度、含水量和强度量化检测,参考两种普遍采用的渠道衬砌混凝土配比制作不同尺寸和组分试块,利用GPR反射波测量试块介电常数,研究介电常数随龄期变化特征。研究结果表明渠道衬砌混凝土相对介电常数在短龄期内符合线性模型,完全失水凝固后符合CRIM模型;混凝土电磁波速整体随含水量增大呈指数降低,但在浇筑后的6~14 d,对应混凝土实际体积含水量7%~12%阶段,含水量变化不会引起电磁波速明显变化,这一过程和水分丧失形式相关;虽然混凝土电磁波速和超声波速非唯一对应,但仍可评价混凝土层平均抗压强度。这些新认识在穿小清河混凝土输水箱涵浇筑质量GPR检测解译解释中得到应用,表现出良好的适用性。     

城市绿地对雨水径流污染物的削减作用

为探究城市绿地调控城市降雨地表径流污染的有效性和可行性,采用室内土柱模拟试验,研究植被覆盖、径流污染物浓度、土壤层深度、地下水、水力负荷与停留时间对城市绿地削减污染物的影响。结果表明,在低、中和高3种雨水径流污染物浓度水平(CODCR为68、137、550 mg/L;TN是3.01、7.51、30.06 mg/L;TP为0.29、0.69、2.73mg/L;NH4+是0.44、1.61、2.19mg/L),水力负荷为3.5、3.0、2.5cm/h,持续进水1h条件下,城市绿地具有良好且稳定的污染削减能力,对CODCR、TN、TP、NH4+的平均削减率分别达到41.52%、78.96%、84.68%,50.21%、70.23%、60.91%,73.18%、95.88%、94.99%,62.72%、55.16%、69.98%。受土壤复氧能力和水力停留时间的限制,绿地覆盖对污染物CODCR与TN削减率的影响不明显。城市绿地污染削减率随着降雨地表径流污染物浓度的升高而呈现逐渐增加的趋势。城市绿地对雨水地表径流污染削减作用主要发生在深度35～65cm土层内。城市绿地对低、中和高污染浓度水平各污染物削减率随着水力负荷的增加而降低。     

环向预应力FRP约束混凝土圆柱应力应变关系

环向预应力FRP能够对核心混凝土提供主动约束,避免FRP的应力滞后问题,增强约束效果。在设计时若采用非预应力FRP约束混凝土的计算模型和应力应变关系模型,将会造成很大的误差。引入与环向预应力大小有关的初始约束应力和有效约束应力,并依据已有的试验数据和有限元模拟,提出了环向预应力FRP约束混凝土圆柱的峰值应力和峰值应变、极限应力和极限应变的计算模型;分析了环向预应力FRP约束混凝土圆柱的初始弹模,借鉴已有的FRP约束混凝土的应力-应变关系模型,提出了环向预应力FRP约束混凝土圆柱的三线性应力-应变关系模型,计算结果与试验结果吻合良好。     

高铁酸钾的制备及其去除微污染水中常规污染物能力初探

该文探讨了次氯酸盐氧化法制备的高纯度的高铁酸钾对校园内的地表水中污染物的处理效果及其影响因素。研究表明,采用次氯酸盐氧化法自制的高铁酸钾的纯度可以稳定在90%以上。在pH值分别为9和为11时,氨氮的去除率可分别达到17%和22%,高铁酸钾的投加量达到20 mg/L及以上时,氨氮的去除率趋于稳定;在酸性或中性条件下,高铁酸钾对氨氮的去除没有效果。pH值为5时,高锰酸盐指数(CODMn)和浊度的去除率最高,分别可达到43.94%和60.79%。CODMn和浊度的去除率与高铁酸钾投加量之间的关系符合Slogistic模型,高铁酸钾的投加量越大,去除率越高,但在投加量达到50 mg/L及以上时,去除率增长缓慢。高铁酸钾去除微污染水中有机污染物和浊度的最适pH为5~6,高铁酸钾的最佳投加量为40~50 mg/L。     

公路建设的节能减排效果评估软件设计与实现

废旧料用于公路建设时所对应的节能、减排效果的准确、快速评估对于该类技术的发展和政策引导具有重要意义,此外公路建设的材料也在不断发展,对应的能耗和排放也会变化。本文设计了一套软件用于公路建设中使用废旧料以后以及材料改性后所产生的综合能耗、资源消耗、污染物排放和环境综合影响四个方面的变化的快速、定量分析,并命名为"绿色道路建设综合能耗和环境影响评估"(Systematical energy and environmental assessment tool for Green road construction,简称SEE-at-GRC)。通过三个实际工程案例展示了此软件工具在废旧料作为建材再生应用于路基甚至路面建设时对所发生的能源消耗、资源消耗、废物排放及环境影响4个方面变化的快速量化功能。计算结果表明,废旧料用于公路建设时具有良好的节能减排效果;路面、路基材料在改性、改型后使用也具有更好的。SEE-at-GRC能有效指导废旧料在公路建设中的再生应用工艺发展方向;同时还能有效对比公路建设领域的节能减排工艺方案、定量核算工艺优化后的节能减排效果。