2021年第43卷第4期文章目次
2021, 43(4):1-11.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.017
摘要:
随着城市建设的发展，矩形隧道的应用越来越多，但针对矩形隧道的理论研究却鲜有见闻。针对矩形隧道，建立了半无限空间矩形隧道的弹性理论计算模型，采用最小二乘迭代方法确定共形映射函数的各项系数，并将计算区域映射为复平面上的一个同心圆环；运用Muskhelishvili复变函数方法，将计算区域内的应力函数展开成为Laurant级数的形式，给定了地表零应力边界和矩形孔口径向位移边界，求得了半无限空间矩形隧道在给定位移条件下的应力场和位移场。分析了不同高宽比、不同泊松比、不同埋深对位移场和应力场的影响，总结了矩形隧道位移场和应力场的一般规律。结果表明：高宽比偏小、泊松比偏大、埋深偏小都会使得沉降槽不再是类高斯曲线的形状，这些参数的变化也会在不同程度上影响应力场和位移场的大小和分布。
随着城市建设的发展，矩形隧道的应用越来越多，但针对矩形隧道的理论研究却鲜有见闻。针对矩形隧道，建立了半无限空间矩形隧道的弹性理论计算模型，采用最小二乘迭代方法确定共形映射函数的各项系数，并将计算区域映射为复平面上的一个同心圆环；运用Muskhelishvili复变函数方法，将计算区域内的应力函数展开成为Laurant级数的形式，给定了地表零应力边界和矩形孔口径向位移边界，求得了半无限空间矩形隧道在给定位移条件下的应力场和位移场。分析了不同高宽比、不同泊松比、不同埋深对位移场和应力场的影响，总结了矩形隧道位移场和应力场的一般规律。结果表明：高宽比偏小、泊松比偏大、埋深偏小都会使得沉降槽不再是类高斯曲线的形状，这些参数的变化也会在不同程度上影响应力场和位移场的大小和分布。
2021, 43(4):12-23.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.150
摘要:
为进一步揭示降雨循环条件下基岩型台阶状高切坡的降雨入渗及稳定性演化过程，以乐西高速马边至昭觉段某粉质黏土覆盖层基岩型台阶状高切坡为研究对象，通过室内干湿循环试验建立土体抗剪强度参数劣化数学模型；利用Geo-studio数值模拟软件研究多工况降雨循环下高切坡降雨入渗过程，揭示不同降雨循环工况下及雨后高切坡内部渗流场及稳定性变化规律，建立降雨型高切坡稳定系数逐年劣化方程；结合室内试验及数值模拟结果，建立该类高切坡稳定系数预测方法。研究结果表明：降雨入渗过程中高切坡潜在滑移面形状及位置并不发生明显变化，且表现为高切坡深处圆弧面及基岩积水面的组合型滑面；相同降雨时间内，高切坡降雨入渗深度及稳定性劣化幅度与降雨强度成正相关；单次降雨循环周期内，高切坡稳定性劣化幅度与降雨循环次数成负相关；高切坡降雨入渗深度或入渗总量越大，雨后高切坡稳定系数回升越小；高切坡稳定系数劣化系数采用土体抗剪强度参数劣化系数平均值较为安全合理，所建降雨型高切坡稳定系数预测方法具有较高的精度。
为进一步揭示降雨循环条件下基岩型台阶状高切坡的降雨入渗及稳定性演化过程，以乐西高速马边至昭觉段某粉质黏土覆盖层基岩型台阶状高切坡为研究对象，通过室内干湿循环试验建立土体抗剪强度参数劣化数学模型；利用Geo-studio数值模拟软件研究多工况降雨循环下高切坡降雨入渗过程，揭示不同降雨循环工况下及雨后高切坡内部渗流场及稳定性变化规律，建立降雨型高切坡稳定系数逐年劣化方程；结合室内试验及数值模拟结果，建立该类高切坡稳定系数预测方法。研究结果表明：降雨入渗过程中高切坡潜在滑移面形状及位置并不发生明显变化，且表现为高切坡深处圆弧面及基岩积水面的组合型滑面；相同降雨时间内，高切坡降雨入渗深度及稳定性劣化幅度与降雨强度成正相关；单次降雨循环周期内，高切坡稳定性劣化幅度与降雨循环次数成负相关；高切坡降雨入渗深度或入渗总量越大，雨后高切坡稳定系数回升越小；高切坡稳定系数劣化系数采用土体抗剪强度参数劣化系数平均值较为安全合理，所建降雨型高切坡稳定系数预测方法具有较高的精度。
2021, 43(4):24-32.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.130
摘要:
依托杭州沿江大道地下综合管廊深基坑工程，土体采用HSS模型进行有限元数值模拟，分析基坑降水开挖下基坑及邻近管线的变形，模拟结果与监测结果吻合较好，验证了有限元计算模型和参数选取的合理性。基于模拟提出隔断式基坑降水优化方案，并研究稳态渗流下隔水帷幕插入深度不同时基坑及邻近管线的变形响应。结果表明：随着悬挂式隔水帷幕深度加深，坑内外水头差线性增大，围护结构侧移峰值线性增大，管线竖向位移、坑外地表沉降线性减小；相较于悬挂式隔水帷幕，隔断式隔水帷幕对控制基坑降水引起的坑外地表沉降及邻近管线变形均有着显著优势，但对于围护结构变形控制则不利。
依托杭州沿江大道地下综合管廊深基坑工程，土体采用HSS模型进行有限元数值模拟，分析基坑降水开挖下基坑及邻近管线的变形，模拟结果与监测结果吻合较好，验证了有限元计算模型和参数选取的合理性。基于模拟提出隔断式基坑降水优化方案，并研究稳态渗流下隔水帷幕插入深度不同时基坑及邻近管线的变形响应。结果表明：随着悬挂式隔水帷幕深度加深，坑内外水头差线性增大，围护结构侧移峰值线性增大，管线竖向位移、坑外地表沉降线性减小；相较于悬挂式隔水帷幕，隔断式隔水帷幕对控制基坑降水引起的坑外地表沉降及邻近管线变形均有着显著优势，但对于围护结构变形控制则不利。
2021, 43(4):33-41.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.156
摘要:
以国道丹阿公路省界（珲春）至东宁段改扩建工程为依托，选取具有代表性的土石混填路堤施工路段，研究得到不同松铺厚度、不同碾压遍数下土石路堤变形与压实特性，采用沉降差控制指标确定以强、中风化凝灰岩为主要填料的土石路堤压实现场施工工艺；同时采用便携式落锤弯沉仪（PFWD）对土石路堤动回弹模量Evd进行检测，将每遍碾压后土石路堤的Evd值与沉降差做线性拟合，拟合后的相关系数都在0.86以上，说明Evd值与沉降差有良好的线性相关性；并运用有限元理论建立土石路堤三维数值模型，进行振动荷载作用下路堤动力响应分析，分析了振动压路机对路基的压实效果及影响深度，发现竖向动应力沿深度方向衰减速度有先快后慢的趋势，32 t压路机振动压实过程可对下压实填层有反复补强压实作用，通过方差分析得到压路机振动频率因素对土石混填路堤振动压实影响的显著程度大于振幅激振力因素。
以国道丹阿公路省界（珲春）至东宁段改扩建工程为依托，选取具有代表性的土石混填路堤施工路段，研究得到不同松铺厚度、不同碾压遍数下土石路堤变形与压实特性，采用沉降差控制指标确定以强、中风化凝灰岩为主要填料的土石路堤压实现场施工工艺；同时采用便携式落锤弯沉仪（PFWD）对土石路堤动回弹模量Evd进行检测，将每遍碾压后土石路堤的Evd值与沉降差做线性拟合，拟合后的相关系数都在0.86以上，说明Evd值与沉降差有良好的线性相关性；并运用有限元理论建立土石路堤三维数值模型，进行振动荷载作用下路堤动力响应分析，分析了振动压路机对路基的压实效果及影响深度，发现竖向动应力沿深度方向衰减速度有先快后慢的趋势，32 t压路机振动压实过程可对下压实填层有反复补强压实作用，通过方差分析得到压路机振动频率因素对土石混填路堤振动压实影响的显著程度大于振幅激振力因素。
2021, 43(4):42-51.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.002
摘要:
相较于传统的列车轨道路基整体耦合三维有限元模型，提出一种优化处理列车荷载的方法，基于多体系统动力学理论建立列车轨道垂向耦合模型，并通过数值计算得到考虑了轨道随机不平顺条件下的轮轨激振载荷，随后利用二次开发子程序将轮轨载荷导入无砟轨道路基天然地基土非线性数值分析三维有限元模型，在此基础上研究分析高速移动荷载作用下路基的动应力分布规律。研究结果表明：采用的车辆荷载处理方法在保证计算精度的前提下代替车辆不平顺轨道路基地基整体耦合振动模型，降低了建模及计算时间成本；竖向动应力沿横向分布规律，在轨道结构中数值较大，路基基床内远小于轨道结构中的数值，基床表层及基床底层底面出现"马鞍形"分布；沿竖向分布，随着深度的增加，竖向动应力逐渐减小，在基床表层内的衰减率较大，甚至超过50%；沿纵向分布，在各结构层内产生了与转向架数目相等的应力峰值数目，列车运行过程中轨道及路基动应力的变化可以看作是反复的加、卸载过程；列车移动速度对路基动力响应影响作用明显，时速由200 km/h增长到350 km/h时，各结构层动应力幅值增长均超过30%。
相较于传统的列车轨道路基整体耦合三维有限元模型，提出一种优化处理列车荷载的方法，基于多体系统动力学理论建立列车轨道垂向耦合模型，并通过数值计算得到考虑了轨道随机不平顺条件下的轮轨激振载荷，随后利用二次开发子程序将轮轨载荷导入无砟轨道路基天然地基土非线性数值分析三维有限元模型，在此基础上研究分析高速移动荷载作用下路基的动应力分布规律。研究结果表明：采用的车辆荷载处理方法在保证计算精度的前提下代替车辆不平顺轨道路基地基整体耦合振动模型，降低了建模及计算时间成本；竖向动应力沿横向分布规律，在轨道结构中数值较大，路基基床内远小于轨道结构中的数值，基床表层及基床底层底面出现"马鞍形"分布；沿竖向分布，随着深度的增加，竖向动应力逐渐减小，在基床表层内的衰减率较大，甚至超过50%；沿纵向分布，在各结构层内产生了与转向架数目相等的应力峰值数目，列车运行过程中轨道及路基动应力的变化可以看作是反复的加、卸载过程；列车移动速度对路基动力响应影响作用明显，时速由200 km/h增长到350 km/h时，各结构层动应力幅值增长均超过30%。
2021, 43(4):52-57.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.015
摘要:
当桶基发生平动或转动，其侧壁可能与土体发生脱离，形成空隙，土体破坏模式由"双侧式"变为"单侧式"，承载力降低。建立桶基与黏性土相互作用的三维有限元模型，设置允许脱离和不允许脱离两种接触类型，改变土体强度和桶基长径比，确定桶基与土体发生脱离的条件，探讨脱离对桶基承载力的影响，总结单向与复合加载的承载力公式。结果表明：当允许桶基与土脱离时，土体强度越高，单向与复合承载力降低越严重，但长径比对承载力降低程度影响不大。对于单向承载力，建议通过折减系数量化脱离的影响；对于复合加载，提出了同时适用于允许和不允许脱离的归一化包络面表达式。
当桶基发生平动或转动，其侧壁可能与土体发生脱离，形成空隙，土体破坏模式由"双侧式"变为"单侧式"，承载力降低。建立桶基与黏性土相互作用的三维有限元模型，设置允许脱离和不允许脱离两种接触类型，改变土体强度和桶基长径比，确定桶基与土体发生脱离的条件，探讨脱离对桶基承载力的影响，总结单向与复合加载的承载力公式。结果表明：当允许桶基与土脱离时，土体强度越高，单向与复合承载力降低越严重，但长径比对承载力降低程度影响不大。对于单向承载力，建议通过折减系数量化脱离的影响；对于复合加载，提出了同时适用于允许和不允许脱离的归一化包络面表达式。
2021, 43(4):58-66.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.196
摘要:
钙质软泥作为吹填珊瑚地基土的一部分，其渗透特性对于岛礁工程的建设具有重要意义。基于GDSPERM全自动环境岩土渗透试验系统对南海某岛礁钙质软泥进行系列固结渗透联合试验，探究孔隙比、固结历史、固结压力、水力梯度和孔隙液离子浓度对钙质软泥渗透特性的影响，并对钙质软泥孔隙比与渗透系数之间的非线性关系进行拟合分析，得出钙质软泥的系列渗透规律。结果表明：钙质软泥的渗透系数约为10-6 cm/s，且不随水力梯度的变化而变化，存在初始水力梯度；固结历史对钙质软泥渗透性有较大影响，在孔隙比相同的条件下，未经固结的土样呈现出更低的渗透性能；钙质软泥的渗透系数随固结压力的增大而减小，减小幅度不超过一个数量级；随着孔隙比的增大，钙质软泥的渗透系数也相应增大，两者呈非线性关系，"lg[kv（1+e）]-lg e"模型拟合效果较好，为适用于钙质软泥的最优非线性渗透模型；钙质软泥的渗透系数随孔隙液NaCl浓度的增大而减小。
钙质软泥作为吹填珊瑚地基土的一部分，其渗透特性对于岛礁工程的建设具有重要意义。基于GDSPERM全自动环境岩土渗透试验系统对南海某岛礁钙质软泥进行系列固结渗透联合试验，探究孔隙比、固结历史、固结压力、水力梯度和孔隙液离子浓度对钙质软泥渗透特性的影响，并对钙质软泥孔隙比与渗透系数之间的非线性关系进行拟合分析，得出钙质软泥的系列渗透规律。结果表明：钙质软泥的渗透系数约为10-6 cm/s，且不随水力梯度的变化而变化，存在初始水力梯度；固结历史对钙质软泥渗透性有较大影响，在孔隙比相同的条件下，未经固结的土样呈现出更低的渗透性能；钙质软泥的渗透系数随固结压力的增大而减小，减小幅度不超过一个数量级；随着孔隙比的增大，钙质软泥的渗透系数也相应增大，两者呈非线性关系，"lg[kv（1+e）]-lg e"模型拟合效果较好，为适用于钙质软泥的最优非线性渗透模型；钙质软泥的渗透系数随孔隙液NaCl浓度的增大而减小。
2021, 43(4):67-76.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.045
摘要:
基于地区的温度实测数据，采用4种常用的概率分布模型对桥址区不同季节日温度极值分布进行拟合，通过5项拟合指标评价各概率分布模型的拟合优劣，并选取最优概率分布模型。基于最优概率分布模型，进一步推算出桥址区重现期分别为20、50、100 a的温度极大值和极小值。采用ANSYS有限元软件建立某大跨度钢箱梁悬索桥有限元模型，并研究考虑极端温度下不同构件升降温对桥梁自振频率和位移的影响。进一步研究中央扣、竖向支座和伸缩缝等约束体系对桥梁温致效应的影响。结果表明：全桥自振频率除加劲梁一阶对称横弯频率外，其余的频率与全桥的温度呈负相关；悬索桥的桥塔和加劲梁分别升、降温25℃时，桥梁各阶自振频率变化量都在5%以内；悬索桥主缆降温12℃时，导致加劲梁反对称竖向振动频率的显著增加，约为12%。此外，加劲梁纵向竖向位移响应及桥塔竖向和纵桥向位移响应与桥梁温度变化的呈线性相关性，且加劲梁的纵向位移受加劲梁的温度变化影响最大，建水测和元阳侧纵向位移变化率分别为4.7、3.3 mm/℃。加劲梁梁端竖向位移和转角主要受到主缆温度变化的影响。竖向支座和伸缩缝纵向限位装置对桥梁的温致位移响应影响可忽略不计，但中央扣会使桥梁跨中处短吊杆的内力发生突变。
基于地区的温度实测数据，采用4种常用的概率分布模型对桥址区不同季节日温度极值分布进行拟合，通过5项拟合指标评价各概率分布模型的拟合优劣，并选取最优概率分布模型。基于最优概率分布模型，进一步推算出桥址区重现期分别为20、50、100 a的温度极大值和极小值。采用ANSYS有限元软件建立某大跨度钢箱梁悬索桥有限元模型，并研究考虑极端温度下不同构件升降温对桥梁自振频率和位移的影响。进一步研究中央扣、竖向支座和伸缩缝等约束体系对桥梁温致效应的影响。结果表明：全桥自振频率除加劲梁一阶对称横弯频率外，其余的频率与全桥的温度呈负相关；悬索桥的桥塔和加劲梁分别升、降温25℃时，桥梁各阶自振频率变化量都在5%以内；悬索桥主缆降温12℃时，导致加劲梁反对称竖向振动频率的显著增加，约为12%。此外，加劲梁纵向竖向位移响应及桥塔竖向和纵桥向位移响应与桥梁温度变化的呈线性相关性，且加劲梁的纵向位移受加劲梁的温度变化影响最大，建水测和元阳侧纵向位移变化率分别为4.7、3.3 mm/℃。加劲梁梁端竖向位移和转角主要受到主缆温度变化的影响。竖向支座和伸缩缝纵向限位装置对桥梁的温致位移响应影响可忽略不计，但中央扣会使桥梁跨中处短吊杆的内力发生突变。
2021, 43(4):77-83.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.051
摘要:
为研究抗剪钢筋的屈服强度fy和混凝土保护层厚度h对混凝土整浇界面直剪性能的影响，开展了12个Z形试件推出式试验。基于试验现象和界面实测的荷载滑移曲线，提出界面剪力传递机理。根据试件的承载力测试值，对规范ACI、PCI以及AASHTO的界面直剪承载力计算公式进行评估分析。结果表明：当fy由400 MPa提高至600 MPa或h由20 mm增加至40 mm时，界面的直剪强度和刚度均无显著变化，但h的变化会引起界面破坏模式的改变；混凝土的粘结力和内聚力对界面直剪承载力的贡献较大；3个规范的计算公式都能较好地应用于工程设计，但ACI和PCI计算公式过于保守，AASHTO计算公式的计算精度较高。
为研究抗剪钢筋的屈服强度fy和混凝土保护层厚度h对混凝土整浇界面直剪性能的影响，开展了12个Z形试件推出式试验。基于试验现象和界面实测的荷载滑移曲线，提出界面剪力传递机理。根据试件的承载力测试值，对规范ACI、PCI以及AASHTO的界面直剪承载力计算公式进行评估分析。结果表明：当fy由400 MPa提高至600 MPa或h由20 mm增加至40 mm时，界面的直剪强度和刚度均无显著变化，但h的变化会引起界面破坏模式的改变；混凝土的粘结力和内聚力对界面直剪承载力的贡献较大；3个规范的计算公式都能较好地应用于工程设计，但ACI和PCI计算公式过于保守，AASHTO计算公式的计算精度较高。
2021, 43(4):84-90.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.018
摘要:
装配式建筑中，钢筋桁架叠合板作为主要受力构件应用广泛，然而，其底板在工地安装前经常出现开裂现象，导致叠合板无法使用。提出一种新型双向钢筋桁架叠合板，即在传统钢筋桁架叠合板上安装横向附加钢筋支架，从而提高叠合板的抗弯承载力。为了考察安装的横向钢筋支架对叠合板底板开裂状态和受力特性发挥的作用，分别对双向钢筋桁架叠合板底板和普通单向钢筋桁架叠合板底板进行静力加载试验，得到底板的开裂弯矩、裂缝分布及跨中挠度、应变等随荷载的变化规律。研究结果表明：在相同荷载作用下，相比于传统的单向钢筋桁架叠合板，双向钢筋桁架叠合板底板的开裂弯矩更大，裂缝发展更缓慢，跨中挠度、应变均较小，双向钢筋桁架能显著提高叠合板底板的抗裂性能，有效控制裂缝的开展。
装配式建筑中，钢筋桁架叠合板作为主要受力构件应用广泛，然而，其底板在工地安装前经常出现开裂现象，导致叠合板无法使用。提出一种新型双向钢筋桁架叠合板，即在传统钢筋桁架叠合板上安装横向附加钢筋支架，从而提高叠合板的抗弯承载力。为了考察安装的横向钢筋支架对叠合板底板开裂状态和受力特性发挥的作用，分别对双向钢筋桁架叠合板底板和普通单向钢筋桁架叠合板底板进行静力加载试验，得到底板的开裂弯矩、裂缝分布及跨中挠度、应变等随荷载的变化规律。研究结果表明：在相同荷载作用下，相比于传统的单向钢筋桁架叠合板，双向钢筋桁架叠合板底板的开裂弯矩更大，裂缝发展更缓慢，跨中挠度、应变均较小，双向钢筋桁架能显著提高叠合板底板的抗裂性能，有效控制裂缝的开展。
2021, 43(4):91-98.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.068
摘要:
运用拓扑优化辅助完成工程设计是近年的一种新方法。利用钢筋分离模型GBESO获取基于应力均匀化分布的最优钢筋拓扑，为解决钢筋混凝土深梁等二维构件的工程配筋设计难题提供新思路。分别参照该优化算法的解和按中国规范推荐的深受弯构件经验设计方法完成了一组钢筋混凝土简支深梁配筋设计，并进行静力对比试验。结果表明：钢筋分离模型GBESO设计的构件钢筋消耗量较低，极限承载能力较高，裂缝开展能力较强，且在破坏过程中表现出更佳的耗能能力，由此证明以斜钢筋补强斜截面的配筋设计方式更符合构件的受力机理和特性。钢筋分离模型GBESO在深梁配筋设计方面的能力得到一定的验证。
运用拓扑优化辅助完成工程设计是近年的一种新方法。利用钢筋分离模型GBESO获取基于应力均匀化分布的最优钢筋拓扑，为解决钢筋混凝土深梁等二维构件的工程配筋设计难题提供新思路。分别参照该优化算法的解和按中国规范推荐的深受弯构件经验设计方法完成了一组钢筋混凝土简支深梁配筋设计，并进行静力对比试验。结果表明：钢筋分离模型GBESO设计的构件钢筋消耗量较低，极限承载能力较高，裂缝开展能力较强，且在破坏过程中表现出更佳的耗能能力，由此证明以斜钢筋补强斜截面的配筋设计方式更符合构件的受力机理和特性。钢筋分离模型GBESO在深梁配筋设计方面的能力得到一定的验证。
2021, 43(4):99-107.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.202
摘要:
建筑立面信息是指建筑物与外部空间接触面的空间分布及属性信息，如何从点云数据中提取建筑立面信息是点云数据处理中的热点和难点。为解决传统格网密度算法在建筑立面点云提取时评价标准单一、适应性不强的问题，综合分析建筑区各类典型地物点云的高程分布、投影密度、法向量分布等局部及整体空间特征，构建由点云单点语义、格网语义及区域语义组成的多层次语义特征描述子，在此基础上提出一种建筑立面点云提取方法，针对建筑立面点云在不同层次语义上的特点设置合理阈值，通过逐层筛选实现建筑立面点云的精确提取。试验结果表明：该算法能在低层、高层以及超高层建筑区等不同场景海量点云中快速准确地实现建筑立面点云提取，算法精度、效率、适应性良好。
建筑立面信息是指建筑物与外部空间接触面的空间分布及属性信息，如何从点云数据中提取建筑立面信息是点云数据处理中的热点和难点。为解决传统格网密度算法在建筑立面点云提取时评价标准单一、适应性不强的问题，综合分析建筑区各类典型地物点云的高程分布、投影密度、法向量分布等局部及整体空间特征，构建由点云单点语义、格网语义及区域语义组成的多层次语义特征描述子，在此基础上提出一种建筑立面点云提取方法，针对建筑立面点云在不同层次语义上的特点设置合理阈值，通过逐层筛选实现建筑立面点云的精确提取。试验结果表明：该算法能在低层、高层以及超高层建筑区等不同场景海量点云中快速准确地实现建筑立面点云提取，算法精度、效率、适应性良好。
2021, 43(4):108-117.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.022
摘要:
工业革命以来，废水中持久性有机物因其复杂性、稳定性、高毒性成为水污染控制的核心对象。尽管水处理方法日新月异，但尚没有一种方法能艳压群芳：高级氧化技术在处理持久性污染物方面具有显著优势，但具有成本高、非选择性攻击、活性物种易淬灭失活的局限性；生物处理普适性强、抗冲击能力好，但对难降解污染物处理具有局限性。高级氧化生物降解近场耦合技术（ICAB）有机结合了高级氧化与生物降解的优势，解决了二者单独作用的局限问题，已证明能有效降解与矿化氯酚、抗生素、染料、硝基苯、多环芳烃等多种有机物。综述了高级氧化生物降解近场耦合技术的概念与特征、核心组成、优势与应用现状，及其在载体材料、活性物种淬灭和高传质反应器设计方面的瓶颈问题，并对其运用于实际水处理的未来发展进行了展望。论文旨在推广ICAB新技术在难降解有机废水处理领域的应用与发展。
工业革命以来，废水中持久性有机物因其复杂性、稳定性、高毒性成为水污染控制的核心对象。尽管水处理方法日新月异，但尚没有一种方法能艳压群芳：高级氧化技术在处理持久性污染物方面具有显著优势，但具有成本高、非选择性攻击、活性物种易淬灭失活的局限性；生物处理普适性强、抗冲击能力好，但对难降解污染物处理具有局限性。高级氧化生物降解近场耦合技术（ICAB）有机结合了高级氧化与生物降解的优势，解决了二者单独作用的局限问题，已证明能有效降解与矿化氯酚、抗生素、染料、硝基苯、多环芳烃等多种有机物。综述了高级氧化生物降解近场耦合技术的概念与特征、核心组成、优势与应用现状，及其在载体材料、活性物种淬灭和高传质反应器设计方面的瓶颈问题，并对其运用于实际水处理的未来发展进行了展望。论文旨在推广ICAB新技术在难降解有机废水处理领域的应用与发展。
2021, 43(4):118-131.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.023
摘要:
造纸污泥处理难度大、处置费用高，造纸污泥的处理处置是影响造纸行业可持续发展的一大难题。造纸污泥传统的处理处置方法主要是填埋法和焚烧法，但这两种方式都存在对环境造成二次污染的隐患，开发高效环保的污泥处置方式成为亟待解决的环境问题。众多学者致力于造纸污泥的资源化综合利用研究，以造纸污泥为原材料进行厌氧发酵、好氧堆肥及生产建筑材料等。鉴于造纸污泥中生物质含量丰富，利用造纸污泥中的生物质为原材料，通过一定的改性方法制备出不同的水处理功能材料，实现"以废治废"的目标，不仅符合可持续发展的环保理念，还能为造纸污泥的资源化综合利用提供一种新的思路。综述了造纸污泥的来源、特点、处理处置方式、资源化综合利用的研究现状、造纸污泥中纤维素类物质资源化的研究现状与展望，以期为造纸行业的良性发展提供一定的理论支撑。
造纸污泥处理难度大、处置费用高，造纸污泥的处理处置是影响造纸行业可持续发展的一大难题。造纸污泥传统的处理处置方法主要是填埋法和焚烧法，但这两种方式都存在对环境造成二次污染的隐患，开发高效环保的污泥处置方式成为亟待解决的环境问题。众多学者致力于造纸污泥的资源化综合利用研究，以造纸污泥为原材料进行厌氧发酵、好氧堆肥及生产建筑材料等。鉴于造纸污泥中生物质含量丰富，利用造纸污泥中的生物质为原材料，通过一定的改性方法制备出不同的水处理功能材料，实现"以废治废"的目标，不仅符合可持续发展的环保理念，还能为造纸污泥的资源化综合利用提供一种新的思路。综述了造纸污泥的来源、特点、处理处置方式、资源化综合利用的研究现状、造纸污泥中纤维素类物质资源化的研究现状与展望，以期为造纸行业的良性发展提供一定的理论支撑。
2021, 43(4):132-140.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.207
摘要:
剩余污泥中蛋白质的资源化利用是目前研究的热点，污泥预处理则是实现污泥中蛋白质释放的重要途径。为了进一步提高剩余污泥中蛋白质的溶出效果，选取热碱预处理、超声碱联合预处理、溶菌酶预处理对污泥进行溶胞，以蛋白质提取浓度为主要指标进行参数优化，并利用等电点法对粗提取蛋白进行纯化回收。结果表明：溶胞效果热碱预处理（pH值13、温度140℃、时间1.5 h，2 062.98 mg/L）>超声碱联合预处理（497.76 mg/L）>溶菌酶预处理（269.95 mg/L），且在pH值为3时热碱预处理蛋白质纯化回收率可达62.42%。试验结果表明：热碱预处理在提取效果方面较另外两种方法优势明显，具有良好的利用前景。
剩余污泥中蛋白质的资源化利用是目前研究的热点，污泥预处理则是实现污泥中蛋白质释放的重要途径。为了进一步提高剩余污泥中蛋白质的溶出效果，选取热碱预处理、超声碱联合预处理、溶菌酶预处理对污泥进行溶胞，以蛋白质提取浓度为主要指标进行参数优化，并利用等电点法对粗提取蛋白进行纯化回收。结果表明：溶胞效果热碱预处理（pH值13、温度140℃、时间1.5 h，2 062.98 mg/L）>超声碱联合预处理（497.76 mg/L）>溶菌酶预处理（269.95 mg/L），且在pH值为3时热碱预处理蛋白质纯化回收率可达62.42%。试验结果表明：热碱预处理在提取效果方面较另外两种方法优势明显，具有良好的利用前景。
2021, 43(4):141-153.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.025
摘要:
传统生物污水处理技术以活性污泥法及其衍生工艺为主，虽工艺成熟、操作简单，但仍存在运行能耗高、微生物对有毒物质耐受性差等缺陷。菌藻共生生物膜污水处理技术具有低耗高效、抗冲击负荷及环境毒性耐受能力强等优势，日益受到广泛关注。从菌藻共生生物膜形成过程及净水机理出发，介绍菌藻生物膜形成的影响因素以及净水优势，综述菌藻生物膜体系在污水处理中的推广应用，并针对现有研究的不足，对未来菌藻共生生物膜的研究趋势进行展望，以期为菌藻共生生物膜污水处理技术的进一步工程实践提供理论依据。
传统生物污水处理技术以活性污泥法及其衍生工艺为主，虽工艺成熟、操作简单，但仍存在运行能耗高、微生物对有毒物质耐受性差等缺陷。菌藻共生生物膜污水处理技术具有低耗高效、抗冲击负荷及环境毒性耐受能力强等优势，日益受到广泛关注。从菌藻共生生物膜形成过程及净水机理出发，介绍菌藻生物膜形成的影响因素以及净水优势，综述菌藻生物膜体系在污水处理中的推广应用，并针对现有研究的不足，对未来菌藻共生生物膜的研究趋势进行展望，以期为菌藻共生生物膜污水处理技术的进一步工程实践提供理论依据。
2021, 43(4):154-161.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.171
摘要:
利用污水厂好氧污泥进行锰氧化细菌的激活试验，探究pH值以及初始Mn2+浓度对激活效果的影响，采用高通量测序技术分析激活前后微生物群落变化，利用X射线衍射（X-ray diffraction，XRD）技术对产生的生物氧化锰进行表征，研究pH值和投加量对生物氧化锰去除乙炔基雌二醇（17α-ethinylestradiol，EE2）的影响。结果表明：pH值为7、初始Mn2+浓度为1 mmol/L时，Mn2+氧化率7 d内能达到83.3%，锰氧化菌激活效果最好。XRD结果表明：生物氧化锰主要含有MnO2、Mn3O4、Na3Mn（PO3）CO3等3种成分。高通量测序结果表明：经过激活后，芽孢杆菌属（0.75%）、不动杆菌属（1.26%）、假单胞菌属（1.36%）、鞘氨醇杆菌属（1.81%）、黄杆菌属（2.39%）、微杆菌属（2.97%）、气单胞菌属（7.35%）的丰度显著增加，典型的锰氧化细菌菌属总丰度达到17.89%。EE2在反应pH值为4.0、生物氧化锰投加量为20 mg/L的条件下去除效果最好，48 h后EE2的去除率可达97.7%，其中，生物氧化锰对EE2的去除率可达76.9%。
利用污水厂好氧污泥进行锰氧化细菌的激活试验，探究pH值以及初始Mn2+浓度对激活效果的影响，采用高通量测序技术分析激活前后微生物群落变化，利用X射线衍射（X-ray diffraction，XRD）技术对产生的生物氧化锰进行表征，研究pH值和投加量对生物氧化锰去除乙炔基雌二醇（17α-ethinylestradiol，EE2）的影响。结果表明：pH值为7、初始Mn2+浓度为1 mmol/L时，Mn2+氧化率7 d内能达到83.3%，锰氧化菌激活效果最好。XRD结果表明：生物氧化锰主要含有MnO2、Mn3O4、Na3Mn（PO3）CO3等3种成分。高通量测序结果表明：经过激活后，芽孢杆菌属（0.75%）、不动杆菌属（1.26%）、假单胞菌属（1.36%）、鞘氨醇杆菌属（1.81%）、黄杆菌属（2.39%）、微杆菌属（2.97%）、气单胞菌属（7.35%）的丰度显著增加，典型的锰氧化细菌菌属总丰度达到17.89%。EE2在反应pH值为4.0、生物氧化锰投加量为20 mg/L的条件下去除效果最好，48 h后EE2的去除率可达97.7%，其中，生物氧化锰对EE2的去除率可达76.9%。
2021, 43(4):162-175.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.021
摘要:
淡水水体中水华的暴发对水环境造成严重危害，营养盐对形成水华起着重要的作用。为探究水华暴发期营养盐对藻类生长的影响程度，以三峡水库的支流澎溪河原生藻类群落为实验对象，利用自主设计的原位装置开展原位受控实验。在装置内进行了磷、高氮和低氮3种实验，装置内的其他生境条件与周围的环境保持一致。研究发现：在磷实验和低氮实验过程中，叶绿素呈下降趋势，而在高氮实验中叶绿素呈上升趋势。为明确不同实验条件下叶绿素变化趋势不一致的原因，通过化学计量学、相关性分析及非线性拟合等方法，对形成不同叶绿素趋势的原因进行了分析研究，结果表明：水华暴发期澎溪河藻类生长的最适N：P为32.52，且澎溪河藻类生长的最适总磷和总氮浓度分别为0.12、2.44 mg/L；营养盐和水温是原位条件下藻类生长的主要影响因素，营养盐浓度过高（总氮浓度高于2.44 mg/L）、营养盐浓度过低（低于化学计量学上藻类所需要最低营养盐浓度）、水温过低（低于20℃）均会抑制藻类的生长，且与营养盐浓度过高相比，水温过低/营养盐浓度过低对藻类生长抑制作用较强；水华的暴发需要同时满足营养盐条件（营养盐浓度需大于藻类在化学计量学上所需要的最低浓度）和温度条件（水温高于20℃）。
淡水水体中水华的暴发对水环境造成严重危害，营养盐对形成水华起着重要的作用。为探究水华暴发期营养盐对藻类生长的影响程度，以三峡水库的支流澎溪河原生藻类群落为实验对象，利用自主设计的原位装置开展原位受控实验。在装置内进行了磷、高氮和低氮3种实验，装置内的其他生境条件与周围的环境保持一致。研究发现：在磷实验和低氮实验过程中，叶绿素呈下降趋势，而在高氮实验中叶绿素呈上升趋势。为明确不同实验条件下叶绿素变化趋势不一致的原因，通过化学计量学、相关性分析及非线性拟合等方法，对形成不同叶绿素趋势的原因进行了分析研究，结果表明：水华暴发期澎溪河藻类生长的最适N：P为32.52，且澎溪河藻类生长的最适总磷和总氮浓度分别为0.12、2.44 mg/L；营养盐和水温是原位条件下藻类生长的主要影响因素，营养盐浓度过高（总氮浓度高于2.44 mg/L）、营养盐浓度过低（低于化学计量学上藻类所需要最低营养盐浓度）、水温过低（低于20℃）均会抑制藻类的生长，且与营养盐浓度过高相比，水温过低/营养盐浓度过低对藻类生长抑制作用较强；水华的暴发需要同时满足营养盐条件（营养盐浓度需大于藻类在化学计量学上所需要的最低浓度）和温度条件（水温高于20℃）。
2021, 43(4):176-184.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.046
摘要:
以天然棉花为前驱物，通过直接一步热解法制备了新型碳纤维气凝胶（CFA）阴极，用于电化学臭氧技术（E-O3-CFA），通过SEM、BET、XPS等方法对CFA进行成分和结构分析，系统地研究了E-O3-CFA体系对水中布洛芬（IBP）的去除情况，考察了阴极材料、臭氧浓度、电流强度和初始pH值等因素的影响，分析该体系去除IBP的途径和机理，并对能耗进行计算。结果表明，CFA是一种多孔互联的三维网状结构，孔隙发达，比表面积高且表面存在丰富的含氧官能团，在电流强度为300 mA、O3浓度为16 mg/L、未调节初始pH值的条件下，E-O3-CFA体系对水中IBP的去除率高达97.96%，高于使用其他阴极材料的电化学臭氧体系（不锈钢阴极83.11%、活性炭纤维阴极94.78%、石墨阴极89.05%），CFA阴极的使用进一步降低了电化学臭氧体系的单位能耗（SEC=2.49 kW·h/gTOC），该体系主要通过以羟基自由基（·OH）为主的自由基路径氧化降解有机物。
以天然棉花为前驱物，通过直接一步热解法制备了新型碳纤维气凝胶（CFA）阴极，用于电化学臭氧技术（E-O3-CFA），通过SEM、BET、XPS等方法对CFA进行成分和结构分析，系统地研究了E-O3-CFA体系对水中布洛芬（IBP）的去除情况，考察了阴极材料、臭氧浓度、电流强度和初始pH值等因素的影响，分析该体系去除IBP的途径和机理，并对能耗进行计算。结果表明，CFA是一种多孔互联的三维网状结构，孔隙发达，比表面积高且表面存在丰富的含氧官能团，在电流强度为300 mA、O3浓度为16 mg/L、未调节初始pH值的条件下，E-O3-CFA体系对水中IBP的去除率高达97.96%，高于使用其他阴极材料的电化学臭氧体系（不锈钢阴极83.11%、活性炭纤维阴极94.78%、石墨阴极89.05%），CFA阴极的使用进一步降低了电化学臭氧体系的单位能耗（SEC=2.49 kW·h/gTOC），该体系主要通过以羟基自由基（·OH）为主的自由基路径氧化降解有机物。
2021, 43(4):185-194.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.050
摘要:
以煤矸石为原料，经过高温焙烧、酸浸、聚合、熟化等过程制备了高效无机高分子絮凝剂聚合氯化铝铁钙（PAFCC），通过单因素试验研究了PAFCC制备条件对浊度、COD和UV254去除率的影响。试验结果表明，PAFCC最佳聚合条件为pH值2、聚合温度60℃、聚合时间5 h、在40℃下熟化28 h。混凝结果表明：制备的PAFCC对浊度有极好的去除效果，达95.70%，同时，对COD、UV254也有一定的去除效果，去除率分别达到47.51%、45.98%。炼化废水混凝结果表明：PAFCC对浊度和总磷有较好的去除效果，同时，对COD及氨氮也有一定的去除效果，效果明显优于传统PAC。
以煤矸石为原料，经过高温焙烧、酸浸、聚合、熟化等过程制备了高效无机高分子絮凝剂聚合氯化铝铁钙（PAFCC），通过单因素试验研究了PAFCC制备条件对浊度、COD和UV254去除率的影响。试验结果表明，PAFCC最佳聚合条件为pH值2、聚合温度60℃、聚合时间5 h、在40℃下熟化28 h。混凝结果表明：制备的PAFCC对浊度有极好的去除效果，达95.70%，同时，对COD、UV254也有一定的去除效果，去除率分别达到47.51%、45.98%。炼化废水混凝结果表明：PAFCC对浊度和总磷有较好的去除效果，同时，对COD及氨氮也有一定的去除效果，效果明显优于传统PAC。
2021, 43(4):195-201.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.100
摘要:
利用活性碳增强微波热效应对某石油化工厂区石油烃污染土壤进行修复研究，在微波处理最佳条件下，考察场地石油烃污染土壤的处理效果，通过三维荧光（3D-EEM）和气相色谱（GC）分析了石油烃污染物的组分和去除特性，并采用菌剂强化法对修复后的土壤进行深度生物降解试验。结果表明：活性碳增强微波热修复技术对石油烃污染土壤具有较好的去除效果，在微波功率700 W、辐照15 min、土壤含水率10%、添加5%活性碳的试验条件下，可将土壤中的石油烃含量由5 700 mg/kg降至2 800 mg/kg，去除率达50.9%；GC分析表明：土壤中污染组分主要为TPH（C6-C9）、TPH（C15-C28）和TPH（C29-C36），经微波热修复后，土壤中TPH（C15-C28）去除率较高，达到70.4%；3D-EEM解析表明：微波热消解对土壤中三环芳烃及其同系物去除效果较好；对微波热修复后的土壤进行工程菌剂深度生物降解14 d后，污染土壤中石油烃含量降至716.8 mg/kg，去除率提升至74.4%，达到《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB 36600-2018）中的第一类用地筛选值。
利用活性碳增强微波热效应对某石油化工厂区石油烃污染土壤进行修复研究，在微波处理最佳条件下，考察场地石油烃污染土壤的处理效果，通过三维荧光（3D-EEM）和气相色谱（GC）分析了石油烃污染物的组分和去除特性，并采用菌剂强化法对修复后的土壤进行深度生物降解试验。结果表明：活性碳增强微波热修复技术对石油烃污染土壤具有较好的去除效果，在微波功率700 W、辐照15 min、土壤含水率10%、添加5%活性碳的试验条件下，可将土壤中的石油烃含量由5 700 mg/kg降至2 800 mg/kg，去除率达50.9%；GC分析表明：土壤中污染组分主要为TPH（C6-C9）、TPH（C15-C28）和TPH（C29-C36），经微波热修复后，土壤中TPH（C15-C28）去除率较高，达到70.4%；3D-EEM解析表明：微波热消解对土壤中三环芳烃及其同系物去除效果较好；对微波热修复后的土壤进行工程菌剂深度生物降解14 d后，污染土壤中石油烃含量降至716.8 mg/kg，去除率提升至74.4%，达到《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB 36600-2018）中的第一类用地筛选值。
2021, 43(4):202-210.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.204
摘要:
为了了解SBR强化生物除磷（EBPR）颗粒污泥系统的影响因素，为颗粒污泥生物除磷工艺的实际应用提供技术支持，采用有效容积为12 L的SBR反应器，以乙酸钠为碳源、KH2PO4为磷源，对EBPR颗粒污泥系统的启动和除磷性能及污泥颗粒化过程进行研究。结果表明：若进水碳磷比过低（C：P=200：15），除磷效率较低。与25℃相比，15℃条件下污泥EPS含量增加。此外，15℃条件下污泥颗粒化的蛋白质（PN）含量增加更为显著，污泥粒径增长明显，且与25℃相比，在15℃的低温条件下，更利于传统EBPR系统中主要负责生物除磷的微生物红环菌属（Rhodocyclus）的生长，使其成为系统优势菌种，进而提高除磷效率。
为了了解SBR强化生物除磷（EBPR）颗粒污泥系统的影响因素，为颗粒污泥生物除磷工艺的实际应用提供技术支持，采用有效容积为12 L的SBR反应器，以乙酸钠为碳源、KH2PO4为磷源，对EBPR颗粒污泥系统的启动和除磷性能及污泥颗粒化过程进行研究。结果表明：若进水碳磷比过低（C：P=200：15），除磷效率较低。与25℃相比，15℃条件下污泥EPS含量增加。此外，15℃条件下污泥颗粒化的蛋白质（PN）含量增加更为显著，污泥粒径增长明显，且与25℃相比，在15℃的低温条件下，更利于传统EBPR系统中主要负责生物除磷的微生物红环菌属（Rhodocyclus）的生长，使其成为系统优势菌种，进而提高除磷效率。
