2023年第45卷第3期文章目次
2023, 45(3):1-8.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2022.035
摘要:
以重庆市石佛寺遗址摩崖造像区为工程背景，通过开展野外勘测及岩石试样的理化性质测试，提出一种针对不可移动石质文物的理化性质研究方法，即跨尺度分析方法。室内试验采用宏观试验及微观试验，宏观试验包括三轴试验和直剪试验，微观试验包括扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射（XRD）分析。采用宏观试验测得样品的基本力学参数；通过电镜分析可知，试样为标准的砂岩，孔隙率较大，表明其对水的敏感性较高，在长期干湿循环作用下，其强度会随着时间的推移而降低，即典型的水岩相互作用；XRD衍射试验表明，由于砂岩中黏土矿物含量较高，故其水理性质较差，抗风化能力较弱，这是导致其风化的主要原因。地质雷达勘测及辅助声波探测表明，在有效保护文物的前提下，可以采用该方法对文物进行宏观和微观的跨尺度科学分析。
以重庆市石佛寺遗址摩崖造像区为工程背景，通过开展野外勘测及岩石试样的理化性质测试，提出一种针对不可移动石质文物的理化性质研究方法，即跨尺度分析方法。室内试验采用宏观试验及微观试验，宏观试验包括三轴试验和直剪试验，微观试验包括扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射（XRD）分析。采用宏观试验测得样品的基本力学参数；通过电镜分析可知，试样为标准的砂岩，孔隙率较大，表明其对水的敏感性较高，在长期干湿循环作用下，其强度会随着时间的推移而降低，即典型的水岩相互作用；XRD衍射试验表明，由于砂岩中黏土矿物含量较高，故其水理性质较差，抗风化能力较弱，这是导致其风化的主要原因。地质雷达勘测及辅助声波探测表明，在有效保护文物的前提下，可以采用该方法对文物进行宏观和微观的跨尺度科学分析。
2023, 45(3):9-15.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.094
摘要:
中国水能资源主要集中在西部地区，西部地区属于地震强震区，高土石坝的抗震安全是该区域水电开发最突出的问题之一。基于《水电工程水工建筑物抗震设计规范》（NB 35047—2015）的有关规定，采用设定地震场地相关设计反应谱生成的地震动时程对两河口超高心墙堆石坝进行三维非线性地震反应分析。结果表明：位于V形河谷中的两河口超高心墙堆石坝坝体加速度在4/5坝高以上；1/3坝轴线长度范围内的河谷中部放大效应显著，表现出明显的“鞭梢效应”和三维河谷效应。在此基础上提出了两河口超高心墙堆石坝的抗震加固范围。
中国水能资源主要集中在西部地区，西部地区属于地震强震区，高土石坝的抗震安全是该区域水电开发最突出的问题之一。基于《水电工程水工建筑物抗震设计规范》（NB 35047—2015）的有关规定，采用设定地震场地相关设计反应谱生成的地震动时程对两河口超高心墙堆石坝进行三维非线性地震反应分析。结果表明：位于V形河谷中的两河口超高心墙堆石坝坝体加速度在4/5坝高以上；1/3坝轴线长度范围内的河谷中部放大效应显著，表现出明显的“鞭梢效应”和三维河谷效应。在此基础上提出了两河口超高心墙堆石坝的抗震加固范围。
2023, 45(3):16-23.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.092
摘要:
为了提高深基坑施工过程中变形预测的准确度，提出一种基于小波变换分解与重构、采用遗传算法优化参数的支持向量机（GASVM）和自回归滑动平均（ARMA）模型相结合的组合模型预测方法。使用GASVM模型对小波分解后的趋势项进行一步预测和多步滚动预测，使用ARMA模型相应地对随机项进行预测，将预测值求和得到最终预测结果。以某地铁车站深基坑为案例，对3个监测点的支护桩深层水平位移进行预测分析，得到其一步预测的短期预测值和多步滚动预测的中长期预测值，并与单一采用GASVM模型得到的预测值进行对比。结果表明：组合模型有效减小了预测误差，在短期和中长期预测中均取得令人满意的结果。
为了提高深基坑施工过程中变形预测的准确度，提出一种基于小波变换分解与重构、采用遗传算法优化参数的支持向量机（GASVM）和自回归滑动平均（ARMA）模型相结合的组合模型预测方法。使用GASVM模型对小波分解后的趋势项进行一步预测和多步滚动预测，使用ARMA模型相应地对随机项进行预测，将预测值求和得到最终预测结果。以某地铁车站深基坑为案例，对3个监测点的支护桩深层水平位移进行预测分析，得到其一步预测的短期预测值和多步滚动预测的中长期预测值，并与单一采用GASVM模型得到的预测值进行对比。结果表明：组合模型有效减小了预测误差，在短期和中长期预测中均取得令人满意的结果。
2023, 45(3):24-33.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.172
摘要:
针对盾构机下穿既有建筑问题，以南通地铁1号线环城东路站至中级人民法院站盾构区间下穿森大蒂花苑老旧居民区为研究对象，基于现场沉降监测，进行盾构施工对既有邻近建筑基础沉降的影响分析，针对盾构隧道下穿该老旧居民区进行数值模拟，综合考虑上部建筑荷载及盾构施工对围岩的扰动，对建筑物基础沉降进行分析。结果表明：盾构机在高富水砂土、粉土中掘进时，由于对地层的扰动和孔隙水消散等原因，易使机头扭转，造成掘进不稳定，最终引起地表沉降；而通过设置合理的土压力值，保持掘进面平衡，尽量使盾构机平稳通过，同时做好注浆、衬砌与地层间缝隙填充等工作，能够有效减小盾构引起的地表沉降。
针对盾构机下穿既有建筑问题，以南通地铁1号线环城东路站至中级人民法院站盾构区间下穿森大蒂花苑老旧居民区为研究对象，基于现场沉降监测，进行盾构施工对既有邻近建筑基础沉降的影响分析，针对盾构隧道下穿该老旧居民区进行数值模拟，综合考虑上部建筑荷载及盾构施工对围岩的扰动，对建筑物基础沉降进行分析。结果表明：盾构机在高富水砂土、粉土中掘进时，由于对地层的扰动和孔隙水消散等原因，易使机头扭转，造成掘进不稳定，最终引起地表沉降；而通过设置合理的土压力值，保持掘进面平衡，尽量使盾构机平稳通过，同时做好注浆、衬砌与地层间缝隙填充等工作，能够有效减小盾构引起的地表沉降。
2023, 45(3):34-43.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.096
摘要:
粗骨料是混凝土材料的组成之一，其粒径变化会影响混凝土梁中骨料咬合作用对抗剪承载力的贡献。为了系统地考虑最大粗骨料粒径对玄武岩纤维增强聚合物（Basalt Fiber Reinforced Polymer，BFRP）筋无腹筋混凝土梁剪切破坏的影响，采用细观尺度数值模拟方法，建立BFRP筋无腹筋混凝土梁数值模型，模拟分析构件尺寸和粗骨料粒径对BFRP筋混凝土梁剪切破坏模式和抗剪强度的影响规律。结果表明：BFRP筋无腹筋混凝土梁的抗剪强度存在尺寸效应，同时，随着最大粗骨料粒径的增大，BFRP筋混凝土梁的抗剪承载力提高，梁的剪切尺寸效应被削弱。根据最大粗骨料粒径的影响机制与规律，结合断裂力学尺寸效应律，建立了BFRP筋混凝土梁抗剪强度尺寸效应理论公式，并与模拟结果和试验数据进行对比，验证了公式的准确性和合理性。
粗骨料是混凝土材料的组成之一，其粒径变化会影响混凝土梁中骨料咬合作用对抗剪承载力的贡献。为了系统地考虑最大粗骨料粒径对玄武岩纤维增强聚合物（Basalt Fiber Reinforced Polymer，BFRP）筋无腹筋混凝土梁剪切破坏的影响，采用细观尺度数值模拟方法，建立BFRP筋无腹筋混凝土梁数值模型，模拟分析构件尺寸和粗骨料粒径对BFRP筋混凝土梁剪切破坏模式和抗剪强度的影响规律。结果表明：BFRP筋无腹筋混凝土梁的抗剪强度存在尺寸效应，同时，随着最大粗骨料粒径的增大，BFRP筋混凝土梁的抗剪承载力提高，梁的剪切尺寸效应被削弱。根据最大粗骨料粒径的影响机制与规律，结合断裂力学尺寸效应律，建立了BFRP筋混凝土梁抗剪强度尺寸效应理论公式，并与模拟结果和试验数据进行对比，验证了公式的准确性和合理性。
2023, 45(3):44-54.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2022.034
摘要:
镁晶板—钢筋混凝土叠合楼板的下层为预制新型耐火材料镁晶板，上层为现浇钢筋混凝土板。为了研究镁晶板—钢筋混凝土叠合楼板在不同荷载比下的耐火性能及耐火等级，对3块叠合楼板试件进行ISO-834标准升温下的受火试验，得到叠合板不同位置的受火时间—温度曲线和受火时间—跨中位移曲线。试验表明，叠合板具有良好的耐火性能，耐火极限可达到1.5 h以上。利用有限元软件ABAQUS分析了试件的耐火性能，通过与试验结果对比，验证了模型的可靠性，进而采用模型考察荷载比、镁晶板厚度、混凝土保护层厚度、钢筋和混凝土的强度对叠合楼板耐火极限的影响。分析表明，荷载比和镁晶板厚度对叠合楼板耐火极限影响较大。基于参数分析结果，给出不同荷载比和不同镁晶板厚度叠合板的耐火极限。
镁晶板—钢筋混凝土叠合楼板的下层为预制新型耐火材料镁晶板，上层为现浇钢筋混凝土板。为了研究镁晶板—钢筋混凝土叠合楼板在不同荷载比下的耐火性能及耐火等级，对3块叠合楼板试件进行ISO-834标准升温下的受火试验，得到叠合板不同位置的受火时间—温度曲线和受火时间—跨中位移曲线。试验表明，叠合板具有良好的耐火性能，耐火极限可达到1.5 h以上。利用有限元软件ABAQUS分析了试件的耐火性能，通过与试验结果对比，验证了模型的可靠性，进而采用模型考察荷载比、镁晶板厚度、混凝土保护层厚度、钢筋和混凝土的强度对叠合楼板耐火极限的影响。分析表明，荷载比和镁晶板厚度对叠合楼板耐火极限影响较大。基于参数分析结果，给出不同荷载比和不同镁晶板厚度叠合板的耐火极限。
2023, 45(3):55-64.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.093
摘要:
为研究装配式混凝土框架节点的抗震性能，提出一种端板螺栓连接梁柱节点形式，设计节点试件并对其进行拟静力试验研究，与现浇混凝土框架节点试验进行对比，考察试验节点的破坏形式、承载能力以及耗能能力和位移延性等抗震性能指标；采用有限元程序模拟试验节点试件的受力性能，验证模型的准确性。结果表明：现浇节点试件以梁端截面形成塑性铰耗能，破坏时梁端截面发生弯剪破坏，柱和节点均出现裂缝；端板螺栓连接半刚性节点试件主要以梁柱之间发生相对转角耗能，最终由于梁端截面混凝土材料强度不足而发生破坏，而柱保持完好，可通过更换高强螺栓和预制梁快速修复节点；提出的端板螺栓连接节点可以满足钢筋混凝土结构的耗能和延性要求，梁内钢筋、预埋的端板和混凝土是否能够协同工作对节点的受力性能有较大影响。
为研究装配式混凝土框架节点的抗震性能，提出一种端板螺栓连接梁柱节点形式，设计节点试件并对其进行拟静力试验研究，与现浇混凝土框架节点试验进行对比，考察试验节点的破坏形式、承载能力以及耗能能力和位移延性等抗震性能指标；采用有限元程序模拟试验节点试件的受力性能，验证模型的准确性。结果表明：现浇节点试件以梁端截面形成塑性铰耗能，破坏时梁端截面发生弯剪破坏，柱和节点均出现裂缝；端板螺栓连接半刚性节点试件主要以梁柱之间发生相对转角耗能，最终由于梁端截面混凝土材料强度不足而发生破坏，而柱保持完好，可通过更换高强螺栓和预制梁快速修复节点；提出的端板螺栓连接节点可以满足钢筋混凝土结构的耗能和延性要求，梁内钢筋、预埋的端板和混凝土是否能够协同工作对节点的受力性能有较大影响。
2023, 45(3):65-78.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.119
摘要:
为研究T形肋加劲板翼缘的受压局部稳定性能，考虑翼缘宽厚比的变化，设计制作5个Q345和4个Q420钢材强度的焊接T形肋加劲板试件进行翼缘局部稳定轴压试验，并建立有限元模型进行验证，分析不同材料本构、简化焊接残余应力、局部初始几何缺陷对其受力性能的影响，得到翼缘局部稳定简化计算公式。结果表明：翼缘局部稳定试件与有限元模型均在翼缘1/2高度附近发生局部屈曲破坏，翼缘宽厚比越大，试件出现局部屈曲变形越早。有限元计算模型采用理想弹塑性本构模型模拟，随着翼缘相对宽厚比增大，残余应力的计入降低了构件轴向刚度；所有板件均计入局部初始缺陷时的稳定系数最小。采用三次多项式拟合的翼缘局部稳定简化公式曲线与欧洲规范曲线的趋势较为接近，而采用Perry公式拟合的曲线与中国、美国规范曲线的趋势较为接近。不同钢材强度拟合的公式曲线趋势基本一致，可以推荐采用Perry公式拟合的曲线进行计算。
为研究T形肋加劲板翼缘的受压局部稳定性能，考虑翼缘宽厚比的变化，设计制作5个Q345和4个Q420钢材强度的焊接T形肋加劲板试件进行翼缘局部稳定轴压试验，并建立有限元模型进行验证，分析不同材料本构、简化焊接残余应力、局部初始几何缺陷对其受力性能的影响，得到翼缘局部稳定简化计算公式。结果表明：翼缘局部稳定试件与有限元模型均在翼缘1/2高度附近发生局部屈曲破坏，翼缘宽厚比越大，试件出现局部屈曲变形越早。有限元计算模型采用理想弹塑性本构模型模拟，随着翼缘相对宽厚比增大，残余应力的计入降低了构件轴向刚度；所有板件均计入局部初始缺陷时的稳定系数最小。采用三次多项式拟合的翼缘局部稳定简化公式曲线与欧洲规范曲线的趋势较为接近，而采用Perry公式拟合的曲线与中国、美国规范曲线的趋势较为接近。不同钢材强度拟合的公式曲线趋势基本一致，可以推荐采用Perry公式拟合的曲线进行计算。
2023, 45(3):79-89.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.117
摘要:
对伞形张拉膜结构在自然灾害等外荷载冲击下的振动反应进行研究，为实际工程膜结构建筑受灾破坏分析提供依据。基于冯·卡门大挠度理论和薄板振动理论，建立伞形张拉膜结构在冰雹荷载作用下的非线性动力响应控制方程。采用贝塞尔函数及欧拉方程求得其振型函数，再运用KBM摄动法和迦辽金法对控制方程求解，得到其动力响应的近似解析解。利用Mathmatics软件对方程进行求解并对求解后的数据进行整理，通过Origin绘图软件画出膜面受迫振动后的时程位移图。采用ANSYS软件建立伞形张拉膜结构的有限元模型；再通过LS-DYNA显示动力学模块对冰雹冲击膜面的动力过程进行模拟，得到膜面动力响应的结果。同理，画出数值模拟结果的位移图，将整理后的理论与数值分析数据结果进行对比分析，结果表明，理论解析和数值分析结果吻合。
对伞形张拉膜结构在自然灾害等外荷载冲击下的振动反应进行研究，为实际工程膜结构建筑受灾破坏分析提供依据。基于冯·卡门大挠度理论和薄板振动理论，建立伞形张拉膜结构在冰雹荷载作用下的非线性动力响应控制方程。采用贝塞尔函数及欧拉方程求得其振型函数，再运用KBM摄动法和迦辽金法对控制方程求解，得到其动力响应的近似解析解。利用Mathmatics软件对方程进行求解并对求解后的数据进行整理，通过Origin绘图软件画出膜面受迫振动后的时程位移图。采用ANSYS软件建立伞形张拉膜结构的有限元模型；再通过LS-DYNA显示动力学模块对冰雹冲击膜面的动力过程进行模拟，得到膜面动力响应的结果。同理，画出数值模拟结果的位移图，将整理后的理论与数值分析数据结果进行对比分析，结果表明，理论解析和数值分析结果吻合。
2023, 45(3):90-98.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.097
摘要:
提出角钢耗能自复位混凝土框架设计方法，建立节点的有限元数值模型，并试验验证其有效性。对抗弯承载力比φ d e s ![]()
![]()
φ d e s ![]()
![]()
φ d e s ![]()
![]()
φ d e s ![]()
![]()
提出角钢耗能自复位混凝土框架设计方法，建立节点的有限元数值模型，并试验验证其有效性。对抗弯承载力比
2023, 45(3):99-106.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.136
摘要:
针对传统充填材料高碳排放、高成本问题，以“绿色矿山”为理念，选用工业固废电石渣、脱硫石膏和矿渣为胶凝组分，以尾矿砂为骨料制备充填材料。利用X射线（XRD）、扫描电镜（SEM）和能谱分析(EDS)等手段研究充填料水化产物及微观形貌，并开展工作性能、力学性能和重金属固化性能试验。结果表明：所开发的充填材料凝结时间和流动度均满足矿山充填工程要求，充填体7、28 d抗压强度可达4.6、7.9 MPa，充填体浸出液中Pb、Zn浓度低于规定限值。电石渣内的氢氧化钙提供碱性环境，脱硫石膏提供硫酸根离子，两者对矿渣内的硅铝质原料复合激发，生成以钙矾石和C-A-S-H凝胶为主的水化产物。大量针棒状结构的钙矾石晶体及网状结构的C-A-S-H凝胶相互穿插，并且与尾砂颗粒紧密结合，随着龄期延长，结构更加致密，使充填体具有良好的力学性能。
针对传统充填材料高碳排放、高成本问题，以“绿色矿山”为理念，选用工业固废电石渣、脱硫石膏和矿渣为胶凝组分，以尾矿砂为骨料制备充填材料。利用X射线（XRD）、扫描电镜（SEM）和能谱分析(EDS)等手段研究充填料水化产物及微观形貌，并开展工作性能、力学性能和重金属固化性能试验。结果表明：所开发的充填材料凝结时间和流动度均满足矿山充填工程要求，充填体7、28 d抗压强度可达4.6、7.9 MPa，充填体浸出液中Pb、Zn浓度低于规定限值。电石渣内的氢氧化钙提供碱性环境，脱硫石膏提供硫酸根离子，两者对矿渣内的硅铝质原料复合激发，生成以钙矾石和C-A-S-H凝胶为主的水化产物。大量针棒状结构的钙矾石晶体及网状结构的C-A-S-H凝胶相互穿插，并且与尾砂颗粒紧密结合，随着龄期延长，结构更加致密，使充填体具有良好的力学性能。
2023, 45(3):107-115.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.138
摘要:
传统混凝土破碎技术存在粗骨料损伤大、机械磨损严重和能耗高等弊端，这些问题可以通过在破碎前对混凝土进行微波处理来解决。为了评价微波处理技术的工业适用性，通过不同功率微波对混凝土试件进行加热，并与传统加热方式相比较，研究混凝土的加热效率和宏观裂纹扩展规律，而后进行单轴抗压强度试验，得到混凝土在不同热处理条件下的强度弱化规律。结果表明：与传统加热方式相比，微波加热技术能有效促进混凝土内部和表面裂纹扩展，削弱混凝土的强度，并且高功率微波下效率更高，能量消耗更少。此外，微波加热时未完全烘干的混凝土容易出现低温爆裂现象，爆裂时间与功率水平呈负幂函数关系，与烘干时间呈正幂函数关系。
传统混凝土破碎技术存在粗骨料损伤大、机械磨损严重和能耗高等弊端，这些问题可以通过在破碎前对混凝土进行微波处理来解决。为了评价微波处理技术的工业适用性，通过不同功率微波对混凝土试件进行加热，并与传统加热方式相比较，研究混凝土的加热效率和宏观裂纹扩展规律，而后进行单轴抗压强度试验，得到混凝土在不同热处理条件下的强度弱化规律。结果表明：与传统加热方式相比，微波加热技术能有效促进混凝土内部和表面裂纹扩展，削弱混凝土的强度，并且高功率微波下效率更高，能量消耗更少。此外，微波加热时未完全烘干的混凝土容易出现低温爆裂现象，爆裂时间与功率水平呈负幂函数关系，与烘干时间呈正幂函数关系。
2023, 45(3):116-125.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.165
摘要:
胶凝砂砾石坝筑坝材料具有较大的变异性，有必要研究其参数概率分布形式。通过对3座大坝工程现场试验资料的分析，基于χ 2 ![]()
![]()
β ![]()
![]()
ν ![]()
![]()
胶凝砂砾石坝筑坝材料具有较大的变异性，有必要研究其参数概率分布形式。通过对3座大坝工程现场试验资料的分析，基于
2023, 45(3):126-133.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2022.036
摘要:
屏蔽门渗透风量是影响地铁车站冷负荷的重要因素。提出一种屏蔽门渗透风量计算模型，基于测试风速分析，对屏蔽门单周期渗透风量进行量化，分不同位置和不同阶段研究屏蔽门渗透风的特征，通过对列车运行因素进行分析，建立一种屏蔽门渗透总风量的计算方法，以期对地铁车站的设计计算及运营等工作提供借鉴。结果表明：不同位置屏蔽门的渗透风速不同，沿着列车的运行方向，屏蔽门单周期渗透风速和风量都随门位置的变化而减小，出站侧的屏蔽门单周期渗入风量约为进站侧的65%；不同阶段屏蔽门渗透风量也存在差异，列车停靠阶段单周期渗透风量最大，为进站阶段的10倍左右；确定了屏蔽门单周期渗透风量的范围，并提出相应的计算模型，据此计算得到地铁车站屏蔽门全天的渗透风量。
屏蔽门渗透风量是影响地铁车站冷负荷的重要因素。提出一种屏蔽门渗透风量计算模型，基于测试风速分析，对屏蔽门单周期渗透风量进行量化，分不同位置和不同阶段研究屏蔽门渗透风的特征，通过对列车运行因素进行分析，建立一种屏蔽门渗透总风量的计算方法，以期对地铁车站的设计计算及运营等工作提供借鉴。结果表明：不同位置屏蔽门的渗透风速不同，沿着列车的运行方向，屏蔽门单周期渗透风速和风量都随门位置的变化而减小，出站侧的屏蔽门单周期渗入风量约为进站侧的65%；不同阶段屏蔽门渗透风量也存在差异，列车停靠阶段单周期渗透风量最大，为进站阶段的10倍左右；确定了屏蔽门单周期渗透风量的范围，并提出相应的计算模型，据此计算得到地铁车站屏蔽门全天的渗透风量。
2023, 45(3):134-144.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2022.047
摘要:
随着塑料制品的大规模使用，土壤环境中微塑料含量不断增加，土壤中微塑料的污染问题已引起广泛关注。目前,缺乏标准化的检测和定量方法是阻碍评估其对土壤环境生态产生风险的主要因素。复杂土壤介质中微塑料的检测方法仍然没有同质化，这严重影响了研究结果的可比性和可靠性。采用微波消解法，通过优选微波消解最佳操作条件（酸体系、升温程序及加酸量），尝试从复杂土壤介质中一次性提取微塑料。结果表明：采用15 mL HCl+5 mL HNO3+3 mL HF的酸体系可将0.1 g的土壤完全消解并从中提取出微塑料。在加标试验中发现，6种微塑料聚苯乙烯（PS）、聚乙烯（PE）、聚对苯二甲酸乙二酯（PET）、聚氯乙烯（PVC）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚丙烯（PP）提取效率分别为126%、146%、51%、85%、96%、162%。PS、PE、PP塑料消解后质量均变重，可能是因为酸与微塑料发生了物理化学反应，使其表面性质发生改变，从而导致消解后微塑料的孔隙度增大，对金属或有机物吸附能力增强；PMMA、PVC在该条件下的提取效率较好，可达到80%以上。通过对塑料表面形貌的分析发现，所有方法中塑料颗粒都有降解的迹象，但通过分析傅里叶红外光谱(FTIR)结果发现，消解过程不影响塑料种类的识别。目前的方法还只适用于定性和初步定量分析，标准化定量还需进一步探索。
随着塑料制品的大规模使用，土壤环境中微塑料含量不断增加，土壤中微塑料的污染问题已引起广泛关注。目前,缺乏标准化的检测和定量方法是阻碍评估其对土壤环境生态产生风险的主要因素。复杂土壤介质中微塑料的检测方法仍然没有同质化，这严重影响了研究结果的可比性和可靠性。采用微波消解法，通过优选微波消解最佳操作条件（酸体系、升温程序及加酸量），尝试从复杂土壤介质中一次性提取微塑料。结果表明：采用15 mL HCl+5 mL HNO3+3 mL HF的酸体系可将0.1 g的土壤完全消解并从中提取出微塑料。在加标试验中发现，6种微塑料聚苯乙烯（PS）、聚乙烯（PE）、聚对苯二甲酸乙二酯（PET）、聚氯乙烯（PVC）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚丙烯（PP）提取效率分别为126%、146%、51%、85%、96%、162%。PS、PE、PP塑料消解后质量均变重，可能是因为酸与微塑料发生了物理化学反应，使其表面性质发生改变，从而导致消解后微塑料的孔隙度增大，对金属或有机物吸附能力增强；PMMA、PVC在该条件下的提取效率较好，可达到80%以上。通过对塑料表面形貌的分析发现，所有方法中塑料颗粒都有降解的迹象，但通过分析傅里叶红外光谱(FTIR)结果发现，消解过程不影响塑料种类的识别。目前的方法还只适用于定性和初步定量分析，标准化定量还需进一步探索。
2023, 45(3):145-153.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2022.018
摘要:
利用石油烃降解菌混合菌和紫花苜蓿、高羊茅2种植物对不同浓度柴油污染土进行植物修复、微生物修复和植物—微生物联合修复室外盆栽对比试验，研究植物修复与植物—微生物联合修复试验中植物种子萌芽率和植物生长状况，采用超声萃取—紫外分光光度法分析3种修复方式对柴油污染土的降解效果。试验结果表明，柴油延长了植物种子的萌芽时间；在植物修复和植物—微生物联合修复过程中，高羊茅的植物生物量和株高大于紫花苜蓿，植物—微生物联合修复的植物生物量和株高总体上明显高于植物修复；3种修复方式修复柴油污染土的总体降解效果排序为：植物—微生物联合修复>微生物修复>植物修复；高羊茅的修复效果优于紫花苜蓿；柴油污染土的柴油浓度越低，修复效果越好。
利用石油烃降解菌混合菌和紫花苜蓿、高羊茅2种植物对不同浓度柴油污染土进行植物修复、微生物修复和植物—微生物联合修复室外盆栽对比试验，研究植物修复与植物—微生物联合修复试验中植物种子萌芽率和植物生长状况，采用超声萃取—紫外分光光度法分析3种修复方式对柴油污染土的降解效果。试验结果表明，柴油延长了植物种子的萌芽时间；在植物修复和植物—微生物联合修复过程中，高羊茅的植物生物量和株高大于紫花苜蓿，植物—微生物联合修复的植物生物量和株高总体上明显高于植物修复；3种修复方式修复柴油污染土的总体降解效果排序为：植物—微生物联合修复>微生物修复>植物修复；高羊茅的修复效果优于紫花苜蓿；柴油污染土的柴油浓度越低，修复效果越好。
2023, 45(3):154-163.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2022.037
摘要:
有机磷阻燃剂（OPFRs）是一类对人类健康和生态环境极具危害的新兴污染物。以两种典型OPFRs——磷酸三（2-氯）丙酯（TCPP）和磷酸三（2-氯）乙酯（TCEP）为目标污染物，通过试验研究其在间歇进水复合垂直流人工湿地（IVCW）中的去除效果、沿程去除情况及在基质和植物内的累积量，通过物料平衡分析其在人工湿地生态系统中的输入、输出、累积和转化量，探讨其可能的转化途径。结果表明：复合垂直流人工湿地对水中TCPP和TCEP有良好的去除效果，种植植物稳定运行对其去除率平均分别达74.1%±5.3%和49.3%±5.5%。人工湿地生态系统是输入OPFRs有机质的转化器，从湿地内转化去除的TCPP和TCEP分别占其总输入量的59.72%和44.6%，远大于其在基质和植物内的累积总量（2.37%和1.67%）。基质内生物降解是OPFRs转化的重要途径，TCPP和TCEP的沿程去除与基质内的溶解氧（DO）沿程消耗速率、水中易降解有机物浓度有关。植物种植对TCPP和TCEP去除的促进作用明显，但由于植物体内的浓度限制，难以通过植物收割或加大种植密度来大幅提高湿地对OPFRs的去除率。
有机磷阻燃剂（OPFRs）是一类对人类健康和生态环境极具危害的新兴污染物。以两种典型OPFRs——磷酸三（2-氯）丙酯（TCPP）和磷酸三（2-氯）乙酯（TCEP）为目标污染物，通过试验研究其在间歇进水复合垂直流人工湿地（IVCW）中的去除效果、沿程去除情况及在基质和植物内的累积量，通过物料平衡分析其在人工湿地生态系统中的输入、输出、累积和转化量，探讨其可能的转化途径。结果表明：复合垂直流人工湿地对水中TCPP和TCEP有良好的去除效果，种植植物稳定运行对其去除率平均分别达74.1%±5.3%和49.3%±5.5%。人工湿地生态系统是输入OPFRs有机质的转化器，从湿地内转化去除的TCPP和TCEP分别占其总输入量的59.72%和44.6%，远大于其在基质和植物内的累积总量（2.37%和1.67%）。基质内生物降解是OPFRs转化的重要途径，TCPP和TCEP的沿程去除与基质内的溶解氧（DO）沿程消耗速率、水中易降解有机物浓度有关。植物种植对TCPP和TCEP去除的促进作用明显，但由于植物体内的浓度限制，难以通过植物收割或加大种植密度来大幅提高湿地对OPFRs的去除率。
2023, 45(3):164-172.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.134
摘要:
以碱渣—矿渣—生石灰固化污泥用作填埋场临时覆盖材料为背景，开展不同渗滤液浓度、浸泡时间和碱渣掺量条件下固化污泥性质的研究，探讨渗滤液浸泡对固化污泥长期性能的影响规律及微观机理。结果表明：固化污泥在渗滤液中长期浸泡时，生成钙钒石和水化硅酸钙等物质，试样强度随浸泡时间的增加而增大，固化污泥有较好的耐久性；但当碱渣掺量60%的试样浸泡210 d时，试样中生成大量的碳酸钙和不同尺寸的钙钒石，结构变得疏松，试样出现裂隙，强度大幅降低，低于垃圾填埋场临时覆盖材料强度要求，碱渣掺量过多对固化污泥的长期强度不利。渗滤液对固化污泥有一定的侵蚀性，固化污泥强度随渗滤液浓度的增大而降低。固化污泥具有结构性，不同渗滤液浓度和浸泡时间下固化污泥结构屈服应力变化与强度变化规律基本一致。在渗滤液长期浸泡过程中，碱渣—矿渣—生石灰对污泥和渗滤液中的铬、铜、铅、砷等污染物可起到稳定作用。
以碱渣—矿渣—生石灰固化污泥用作填埋场临时覆盖材料为背景，开展不同渗滤液浓度、浸泡时间和碱渣掺量条件下固化污泥性质的研究，探讨渗滤液浸泡对固化污泥长期性能的影响规律及微观机理。结果表明：固化污泥在渗滤液中长期浸泡时，生成钙钒石和水化硅酸钙等物质，试样强度随浸泡时间的增加而增大，固化污泥有较好的耐久性；但当碱渣掺量60%的试样浸泡210 d时，试样中生成大量的碳酸钙和不同尺寸的钙钒石，结构变得疏松，试样出现裂隙，强度大幅降低，低于垃圾填埋场临时覆盖材料强度要求，碱渣掺量过多对固化污泥的长期强度不利。渗滤液对固化污泥有一定的侵蚀性，固化污泥强度随渗滤液浓度的增大而降低。固化污泥具有结构性，不同渗滤液浓度和浸泡时间下固化污泥结构屈服应力变化与强度变化规律基本一致。在渗滤液长期浸泡过程中，碱渣—矿渣—生石灰对污泥和渗滤液中的铬、铜、铅、砷等污染物可起到稳定作用。
2023, 45(3):173-182.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2022.099
摘要:
针对污水处理厂污泥脱水难度大、运行成本高等问题，深入研究NaClO投加量、污泥混合液pH值以及在NaClO最佳投加量和污泥混合液最佳pH值下耦合聚合硫酸铁（PFS）和三氯化铁（FeCl3）对污泥脱水性能的影响，以期获得氧化—絮凝调理对活性污泥脱水性能的影响机制。结果表明，在NaClO投加量为40 mg/g DS（绝干污泥）和污泥混合液pH值为3时，PFS耦合NaClO调理后的泥饼含水率和污泥比阻（Specific Cake Resistance，SRF）分别降至85.86%和4.74×1011 m/kg；FeCl3耦合NaClO调理后的泥饼含水率和污泥比阻分别降至86.36%和3.93×1011 m/kg。调理后的污泥絮体粒径D50的大小关系为：NaClO+PFS>NaClO+FeCl3>pH值>原泥>NaClO。显然，经过氧化—絮凝调理后的污泥絮体粒径明显增大，滤液中的有机质含量降低。氧化—絮凝调理可使活性污泥比阻显著降低，脱水性能显著改善。NaClO耦合PFS和NaClO耦合FeCl3有望成为高效环保、价格低廉的新型污泥脱水调理剂。
针对污水处理厂污泥脱水难度大、运行成本高等问题，深入研究NaClO投加量、污泥混合液pH值以及在NaClO最佳投加量和污泥混合液最佳pH值下耦合聚合硫酸铁（PFS）和三氯化铁（FeCl3）对污泥脱水性能的影响，以期获得氧化—絮凝调理对活性污泥脱水性能的影响机制。结果表明，在NaClO投加量为40 mg/g DS（绝干污泥）和污泥混合液pH值为3时，PFS耦合NaClO调理后的泥饼含水率和污泥比阻（Specific Cake Resistance，SRF）分别降至85.86%和4.74×1011 m/kg；FeCl3耦合NaClO调理后的泥饼含水率和污泥比阻分别降至86.36%和3.93×1011 m/kg。调理后的污泥絮体粒径D50的大小关系为：NaClO+PFS>NaClO+FeCl3>pH值>原泥>NaClO。显然，经过氧化—絮凝调理后的污泥絮体粒径明显增大，滤液中的有机质含量降低。氧化—絮凝调理可使活性污泥比阻显著降低，脱水性能显著改善。NaClO耦合PFS和NaClO耦合FeCl3有望成为高效环保、价格低廉的新型污泥脱水调理剂。
2023, 45(3):183-195.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2022.038
摘要:
比较普通小球藻、蛋白核小球藻和斜生栅藻在不同氮水平下的生长状况和污水深度脱氮除磷效能，并从生物大分子累积角度解析氮源水平对微藻脱氮除磷的影响机制，为实现污水深度脱氮除磷同时收获微藻生产能源以缓解能源危机提供理论依据。结果表明：硝氮为唯一氮源时，微藻生长状况和脱氮除磷效能明显优于以氨氮为唯一氮源的试验组，叶绿素a含量也高于氨氮组；各试验组中硝氮浓度越高，藻细胞数量越多，且小球藻细胞增长量明显高于斜生栅藻；7天内硝氮浓度≤8 mg/L时氮的去除率均能达到98%以上，但氮浓度低的试验组中叶绿素a含量低，这是因为氮是叶绿素合成的重要元素。微藻通过调节细胞内大分子物质含量来适应不同的生存环境，在营养受限制的条件下会消耗自身物质以满足生命活动的需要，氮限制条件会引起细胞内脂质积累，证实了氮源水平控制微藻污水深度脱氮除磷耦合生物大分子累积的可行性。
比较普通小球藻、蛋白核小球藻和斜生栅藻在不同氮水平下的生长状况和污水深度脱氮除磷效能，并从生物大分子累积角度解析氮源水平对微藻脱氮除磷的影响机制，为实现污水深度脱氮除磷同时收获微藻生产能源以缓解能源危机提供理论依据。结果表明：硝氮为唯一氮源时，微藻生长状况和脱氮除磷效能明显优于以氨氮为唯一氮源的试验组，叶绿素a含量也高于氨氮组；各试验组中硝氮浓度越高，藻细胞数量越多，且小球藻细胞增长量明显高于斜生栅藻；7天内硝氮浓度≤8 mg/L时氮的去除率均能达到98%以上，但氮浓度低的试验组中叶绿素a含量低，这是因为氮是叶绿素合成的重要元素。微藻通过调节细胞内大分子物质含量来适应不同的生存环境，在营养受限制的条件下会消耗自身物质以满足生命活动的需要，氮限制条件会引起细胞内脂质积累，证实了氮源水平控制微藻污水深度脱氮除磷耦合生物大分子累积的可行性。
2023, 45(3):196-204.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2022.063
摘要:
从稳定运行的厌氧/好氧/缺氧序批式反应器（A/O/A-SBR）中筛选分离得到3株高效除磷细菌，通过形态观察、生理生化试验及16S rRNA基因序列分析进行物种分析，确定3株细菌分别为不动杆菌属（Acinetobacter）、克雷伯菌属（Klebsiella）和肠杆菌属（Enterobacter），NCBI保存登录号分别为OL519151、OL519152、OL519153。以pH值、温度及碳源种类作为影响因子，分析细菌生长特性和除磷率，同时分析无机磷和有机磷在细菌胞内、溶解性微生物产物（SMP）及胞外聚合物（EPS）中的分布转化规律。结果表明：在最佳环境条件下，Acinetobacter sp. PK01、Klebsiella sp. PK02和Enterobacter sp. PK03菌株的最高除磷率分别达到89.4%、85.43%和76.95%。其中，Acinetobacter对环境中磷的去除主要依靠吸收胞外无机磷，并以多聚磷酸盐的形式储存于体内，该途径去除了基质中54.93%的磷；Klebsiella对环境中磷的去除主要依靠EPS合成和吸附作用，该途径去除了基质中47.18%的磷；Enterobacter主要依靠多聚磷酸盐和EPS的合成作用，去除了基质中48.32%的磷。
从稳定运行的厌氧/好氧/缺氧序批式反应器（A/O/A-SBR）中筛选分离得到3株高效除磷细菌，通过形态观察、生理生化试验及16S rRNA基因序列分析进行物种分析，确定3株细菌分别为不动杆菌属（Acinetobacter）、克雷伯菌属（Klebsiella）和肠杆菌属（Enterobacter），NCBI保存登录号分别为OL519151、OL519152、OL519153。以pH值、温度及碳源种类作为影响因子，分析细菌生长特性和除磷率，同时分析无机磷和有机磷在细菌胞内、溶解性微生物产物（SMP）及胞外聚合物（EPS）中的分布转化规律。结果表明：在最佳环境条件下，Acinetobacter sp. PK01、Klebsiella sp. PK02和Enterobacter sp. PK03菌株的最高除磷率分别达到89.4%、85.43%和76.95%。其中，Acinetobacter对环境中磷的去除主要依靠吸收胞外无机磷，并以多聚磷酸盐的形式储存于体内，该途径去除了基质中54.93%的磷；Klebsiella对环境中磷的去除主要依靠EPS合成和吸附作用，该途径去除了基质中47.18%的磷；Enterobacter主要依靠多聚磷酸盐和EPS的合成作用，去除了基质中48.32%的磷。
2023, 45(3):205-214.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2023.265
摘要:
实现磷资源的高效回收和农业废弃物的资源化利用具有重要意义。采用氯化铁、硫酸铁、氯化钙对水稻秸秆生物炭（RSB）进行改性，得到3种改性稻秆生物炭（PRSB-Fe、PRSB-FS和PRSB-Ca），采用SEM、XPS、FTIR和BET对其进行表征，并通过批量实验探究其对模拟废水和化粪池粪污分离液中磷酸盐的吸附特性。模拟废水实验结果表明：伪二级动力学方程能更好地描述改性生物炭对磷的吸附过程（R2>0.99），吸附机制以化学吸附为主，吸附等温线均更符合Freundlich方程（20 ℃），表明多层吸附可能起主导作用。共存的Cl-基本不会影响3种改性生物炭对磷的吸附效果；对于初始磷浓度为（12.94±1.51） mg/g、pH值为7.4±0.2的化粪池粪污分离液，PRSB-Fe-5、PRSB-FS-5和PRSB-Ca-5对磷的吸附量分别是10.77、23.35、0.85 mg/g，其中PRSB-FS-5对磷的吸附效果最好，去除率高达97.31%，剩余磷浓度仅有0.37 mg/L，达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级A标准。
实现磷资源的高效回收和农业废弃物的资源化利用具有重要意义。采用氯化铁、硫酸铁、氯化钙对水稻秸秆生物炭（RSB）进行改性，得到3种改性稻秆生物炭（PRSB-Fe、PRSB-FS和PRSB-Ca），采用SEM、XPS、FTIR和BET对其进行表征，并通过批量实验探究其对模拟废水和化粪池粪污分离液中磷酸盐的吸附特性。模拟废水实验结果表明：伪二级动力学方程能更好地描述改性生物炭对磷的吸附过程（R2>0.99），吸附机制以化学吸附为主，吸附等温线均更符合Freundlich方程（20 ℃），表明多层吸附可能起主导作用。共存的Cl-基本不会影响3种改性生物炭对磷的吸附效果；对于初始磷浓度为（12.94±1.51） mg/g、pH值为7.4±0.2的化粪池粪污分离液，PRSB-Fe-5、PRSB-FS-5和PRSB-Ca-5对磷的吸附量分别是10.77、23.35、0.85 mg/g，其中PRSB-FS-5对磷的吸附效果最好，去除率高达97.31%，剩余磷浓度仅有0.37 mg/L，达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级A标准。
