2024年第46卷第4期文章目次
2024, 46(4):1-22.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2023.155
摘要:
人类在地球上繁衍生息，建设了无数用于生存的栖息地。从远古时代用来遮风挡雨的简易建筑物，到如今的大厦林立、高铁纵横，土木工程建造技术经历了多个时代的更迭。随着全球气候变化和生态环境问题日益严峻，传统工程建造中高耗能、高排放、高污染及废弃材料难分解的问题阻碍了双碳发展战略的实施和工程建造技术的进步，土木工程建造技术转型迫在眉睫。基于土木工程建造技术发展现状和技术转型需求，提出生物建造的概念，并阐述了生物建造的内涵，构建了生物建造体系，围绕微生物建造、植物建造、动物建造和仿生建造4个类别，从生物建造理论、技术、材料、装备、检验检测和工程案例等方面进行了详细阐述，并展望了生物建造的发展前景。
人类在地球上繁衍生息，建设了无数用于生存的栖息地。从远古时代用来遮风挡雨的简易建筑物，到如今的大厦林立、高铁纵横，土木工程建造技术经历了多个时代的更迭。随着全球气候变化和生态环境问题日益严峻，传统工程建造中高耗能、高排放、高污染及废弃材料难分解的问题阻碍了双碳发展战略的实施和工程建造技术的进步，土木工程建造技术转型迫在眉睫。基于土木工程建造技术发展现状和技术转型需求，提出生物建造的概念，并阐述了生物建造的内涵，构建了生物建造体系，围绕微生物建造、植物建造、动物建造和仿生建造4个类别，从生物建造理论、技术、材料、装备、检验检测和工程案例等方面进行了详细阐述，并展望了生物建造的发展前景。
2024, 46(4):23-28.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2022.015
摘要:
后注浆技术的应用能有效减少桩周土体扰动和泥皮等造成的不利影响，从而提高钻孔灌注桩的承载力。目前有关后注浆技术的研究多集中于桩端后注浆，少有涉及桩侧后注浆，影响了桩侧后注浆技术进一步推广应用。根据桩侧后注浆工艺，开展单桩抗压室内试验，以研究桩侧后注浆量对单桩抗压承载性能的影响。结果表明：在荷载水平较大的工况下，相较于桩侧后注浆量为1 L的单桩，注浆量为2、3 L时单桩极限抗压承载力分别提高18.2%和66.0%，提高幅度与注浆量呈正相关，并且可以在很大程度上减小桩顶沉降量；桩侧后注浆桩桩身轴力在侧注浆点位附近减小较快，在整个加载过程中桩端附近处桩身轴力值均比较低，单桩受压表现为摩擦桩；水泥浆液同时存在上返和下劈扩散，在室内试验条件下，两者扩散高度均约为14倍桩径，在浆液扩散段桩侧摩阻力得到显著提高，且越靠近注浆点位提高程度越明显。
后注浆技术的应用能有效减少桩周土体扰动和泥皮等造成的不利影响，从而提高钻孔灌注桩的承载力。目前有关后注浆技术的研究多集中于桩端后注浆，少有涉及桩侧后注浆，影响了桩侧后注浆技术进一步推广应用。根据桩侧后注浆工艺，开展单桩抗压室内试验，以研究桩侧后注浆量对单桩抗压承载性能的影响。结果表明：在荷载水平较大的工况下，相较于桩侧后注浆量为1 L的单桩，注浆量为2、3 L时单桩极限抗压承载力分别提高18.2%和66.0%，提高幅度与注浆量呈正相关，并且可以在很大程度上减小桩顶沉降量；桩侧后注浆桩桩身轴力在侧注浆点位附近减小较快，在整个加载过程中桩端附近处桩身轴力值均比较低，单桩受压表现为摩擦桩；水泥浆液同时存在上返和下劈扩散，在室内试验条件下，两者扩散高度均约为14倍桩径，在浆液扩散段桩侧摩阻力得到显著提高，且越靠近注浆点位提高程度越明显。
2024, 46(4):29-38.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2022.011
摘要:
基于拉拔试验研究加筋土结构筋-土界面正应力、填土压实度与含水率、拉拔速率等对筋-土相互作用特性和筋材位移变化的影响，分析筋材位移的演变规律。研究结果表明：土中筋材各点位移均不同程度滞后于加载端位移，且随与加载端的距离增加而增加，筋材位移呈非线性递减趋势；增加界面正应力、压实度或含水率，相同拉拔力下同一位置处筋材位移呈减小趋势，且距加载端越远，筋材位移受影响越小；筋材拉拔以整体拔出和拉断破坏模式为主，筋材拔出破坏时拉拔力峰值与加载端位移呈近似线性关系，且格栅拉拔力峰值与界面正应力、压实度、含水率或拉拔速率呈正相关关系；增加压实度或含水率，筋-土界面相互作用增强，筋-土界面摩擦角略有增加，但筋-土界面似黏聚力增加明显，且接近填土最佳含水率时界面似黏聚力较大。拉拔特性试验表明，加筋土工程中应严格控制填土含水率，适当的筋-土界面变形有利于发挥筋材作用。
基于拉拔试验研究加筋土结构筋-土界面正应力、填土压实度与含水率、拉拔速率等对筋-土相互作用特性和筋材位移变化的影响，分析筋材位移的演变规律。研究结果表明：土中筋材各点位移均不同程度滞后于加载端位移，且随与加载端的距离增加而增加，筋材位移呈非线性递减趋势；增加界面正应力、压实度或含水率，相同拉拔力下同一位置处筋材位移呈减小趋势，且距加载端越远，筋材位移受影响越小；筋材拉拔以整体拔出和拉断破坏模式为主，筋材拔出破坏时拉拔力峰值与加载端位移呈近似线性关系，且格栅拉拔力峰值与界面正应力、压实度、含水率或拉拔速率呈正相关关系；增加压实度或含水率，筋-土界面相互作用增强，筋-土界面摩擦角略有增加，但筋-土界面似黏聚力增加明显，且接近填土最佳含水率时界面似黏聚力较大。拉拔特性试验表明，加筋土工程中应严格控制填土含水率，适当的筋-土界面变形有利于发挥筋材作用。
2024, 46(4):39-49.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2022.017
摘要:
探索后缘拉张裂缝对土坡稳定性评价的影响有助于边坡稳定性理论的完善。从后缘拉张裂缝对土坡失稳模式及稳定性的影响两方面进行回溯总结，为建立边坡拉剪耦合破坏稳定评价体系及为崩塌、阶梯状滑坡等失稳模式的判别提供理论依据；通过室内模型试验对其影响机理进行初探，发现土坡坡高、坡角及力学参数等因素会直接影响其后缘拉张裂缝起张位置、产状、深度，从而对土坡稳定性产生重大影响，最后对目前关于土坡稳定性评价及后缘拉张裂缝研究存在的主要问题进行总结与评述。
探索后缘拉张裂缝对土坡稳定性评价的影响有助于边坡稳定性理论的完善。从后缘拉张裂缝对土坡失稳模式及稳定性的影响两方面进行回溯总结，为建立边坡拉剪耦合破坏稳定评价体系及为崩塌、阶梯状滑坡等失稳模式的判别提供理论依据；通过室内模型试验对其影响机理进行初探，发现土坡坡高、坡角及力学参数等因素会直接影响其后缘拉张裂缝起张位置、产状、深度，从而对土坡稳定性产生重大影响，最后对目前关于土坡稳定性评价及后缘拉张裂缝研究存在的主要问题进行总结与评述。
2024, 46(4):50-59.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2022.057
摘要:
裂隙岩体渗流是影响岩体稳定性的重要因素之一。裂隙中的流体流动不仅会产生渗流力，而且会降低裂隙面的强度，致使边坡失稳、隧道塌方等事故频发。为揭示渗流作用对裂隙岩体边坡块体稳定性的作用机理，基于关键块体理论，提出一种同时考虑渗流力和结构面水弱化作用的稳定性分析方法，其中，渗流力基于渗流理论和统一管网法计算，结构面水弱化根据经验公式确定。以某岩质边坡为例，采用该方法对边坡在渗流作用下的块体稳定性开展研究。研究结果表明，渗流力与结构面水弱化作用对裂隙岩体边坡块体稳定性的作用方式不同，渗流力既会改变块体的抗滑力又会改变块体的滑动力，对块体稳定性的影响较为复杂，包括改变块体的稳定状态、滑移面、失稳形式；结构面水弱化只降低块体的抗滑力，进而降低块体的稳定性，不改变块体的失稳形式。此外，对于裂隙边坡工程，通常存在一个最危险渗流压力值。
裂隙岩体渗流是影响岩体稳定性的重要因素之一。裂隙中的流体流动不仅会产生渗流力，而且会降低裂隙面的强度，致使边坡失稳、隧道塌方等事故频发。为揭示渗流作用对裂隙岩体边坡块体稳定性的作用机理，基于关键块体理论，提出一种同时考虑渗流力和结构面水弱化作用的稳定性分析方法，其中，渗流力基于渗流理论和统一管网法计算，结构面水弱化根据经验公式确定。以某岩质边坡为例，采用该方法对边坡在渗流作用下的块体稳定性开展研究。研究结果表明，渗流力与结构面水弱化作用对裂隙岩体边坡块体稳定性的作用方式不同，渗流力既会改变块体的抗滑力又会改变块体的滑动力，对块体稳定性的影响较为复杂，包括改变块体的稳定状态、滑移面、失稳形式；结构面水弱化只降低块体的抗滑力，进而降低块体的稳定性，不改变块体的失稳形式。此外，对于裂隙边坡工程，通常存在一个最危险渗流压力值。
2024, 46(4):60-74.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2023.037
摘要:
在边坡可靠度分析中，通常采用横观各向异性或各向同性随机场来刻画土体参数的空间变异特性，而忽略了土体参数的各向异性空间变异性，从而可能会得出错误的可靠度评价结果。为此，建立考虑各向异性空间变异性的边坡可靠度随机有限差分方法（RFDM）计算框架，并以一般各向异性空间变异性边坡为参考边坡，从波动范围方向结构、互相关系数、变异系数和波动范围等方面系统地探讨各向异性空间变异性对边坡可靠度的影响。结果表明：基于坐标转换的各向异性随机场模拟方法可以有效地刻画土体参数各向异性空间变异性；应变聚类边坡临界滑面搜索算法适用于复杂临界滑面的精确搜索；相比一般各向异性空间变异性，旋转各向异性空间变异性会高估边坡失效概率，横观各向异性空间变异性会严重低估边坡失效概率，而各向同性空间变异性会在较大和较小的波动范围内分别高估和低估边坡失效概率。
在边坡可靠度分析中，通常采用横观各向异性或各向同性随机场来刻画土体参数的空间变异特性，而忽略了土体参数的各向异性空间变异性，从而可能会得出错误的可靠度评价结果。为此，建立考虑各向异性空间变异性的边坡可靠度随机有限差分方法（RFDM）计算框架，并以一般各向异性空间变异性边坡为参考边坡，从波动范围方向结构、互相关系数、变异系数和波动范围等方面系统地探讨各向异性空间变异性对边坡可靠度的影响。结果表明：基于坐标转换的各向异性随机场模拟方法可以有效地刻画土体参数各向异性空间变异性；应变聚类边坡临界滑面搜索算法适用于复杂临界滑面的精确搜索；相比一般各向异性空间变异性，旋转各向异性空间变异性会高估边坡失效概率，横观各向异性空间变异性会严重低估边坡失效概率，而各向同性空间变异性会在较大和较小的波动范围内分别高估和低估边坡失效概率。
2024, 46(4):75-81.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2022.032
摘要:
冻融土体与锚杆之间相互作用机理研究的不足，导致工程实践中未能充分考虑土体冻融对锚杆内力的影响。针对该问题，基于西宁市季冻湿陷性黄土冻融循环三轴剪切试验，建立考虑冻融次数影响的湿陷性黄土黏聚力经验关系式；根据锚固体与周围土层的变形协调关系，推导冻融条件下框架预应力锚杆锚固段轴力和剪应力的解析式，将理论计算结果与现场试验结果进行对比验证，并分析冻融次数对锚固段轴力和剪应力的影响。结果表明：随冻融次数的增加，土体黏聚力呈指数型下降，锚固段轴力和剪应力在前3次冻融循环中急剧增大，冻融次数达到7次后趋于稳定；相较锚固段末端，锚固段始端轴力受冻融次数的影响更大，但锚固段始端至末端的剪应力随冻融次数的变化规律基本相同；现场试验结果验证了计算方法的合理性。
冻融土体与锚杆之间相互作用机理研究的不足，导致工程实践中未能充分考虑土体冻融对锚杆内力的影响。针对该问题，基于西宁市季冻湿陷性黄土冻融循环三轴剪切试验，建立考虑冻融次数影响的湿陷性黄土黏聚力经验关系式；根据锚固体与周围土层的变形协调关系，推导冻融条件下框架预应力锚杆锚固段轴力和剪应力的解析式，将理论计算结果与现场试验结果进行对比验证，并分析冻融次数对锚固段轴力和剪应力的影响。结果表明：随冻融次数的增加，土体黏聚力呈指数型下降，锚固段轴力和剪应力在前3次冻融循环中急剧增大，冻融次数达到7次后趋于稳定；相较锚固段末端，锚固段始端轴力受冻融次数的影响更大，但锚固段始端至末端的剪应力随冻融次数的变化规律基本相同；现场试验结果验证了计算方法的合理性。
2024, 46(4):82-90.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2022.045
摘要:
针对深厚强透水含水层地铁深基坑地下水控制方案比选问题，联合运用层次分析法、模糊综合评价法以及数值计算方法，提出深厚强透水含水层地铁深基坑地下水控制方法定性与定量化比选流程框架，建立了强透水地层地铁深基坑地下水控制方案综合比选方法。以福州地铁水部站深基坑工程为例，采用建立的比选方法，对5种不同深基坑地下水控制方案（敞开式降水、落底式止水帷幕、深层水平封底帷幕、悬挂式止水帷幕降水以及水下开挖）进行定性评估分析，结果表明，悬挂式帷幕降水方案为该车站深基坑工程地下水控制最优方案。采用数值模拟方法，分析得到了深基坑降水引发的周边地表沉降值在12~23 mm之间，表明42 m悬挂式止水帷幕降水方案能有效控制深基坑降水引发的地表沉降。
针对深厚强透水含水层地铁深基坑地下水控制方案比选问题，联合运用层次分析法、模糊综合评价法以及数值计算方法，提出深厚强透水含水层地铁深基坑地下水控制方法定性与定量化比选流程框架，建立了强透水地层地铁深基坑地下水控制方案综合比选方法。以福州地铁水部站深基坑工程为例，采用建立的比选方法，对5种不同深基坑地下水控制方案（敞开式降水、落底式止水帷幕、深层水平封底帷幕、悬挂式止水帷幕降水以及水下开挖）进行定性评估分析，结果表明，悬挂式帷幕降水方案为该车站深基坑工程地下水控制最优方案。采用数值模拟方法，分析得到了深基坑降水引发的周边地表沉降值在12~23 mm之间，表明42 m悬挂式止水帷幕降水方案能有效控制深基坑降水引发的地表沉降。
2024, 46(4):91-99.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2023.036
摘要:
对地铁隧道施工可能引起的沿线建筑损伤进行风险评估具有重要意义，如何兼顾效率和准确性是隧道下穿建筑风险评估中的一个难题。提出一种改进的三阶段建筑损伤评估方法，在前两个阶段同时从隧道开挖对建筑的危害性和建筑自身的易损性两个角度对隧道下穿建筑的风险进行初筛，在第3阶段对隧道下穿建筑的风险进行多指标详细评估。在风险初筛中，用Peck经验公式和极限拉应变法评估隧道开挖对建筑的危害性，将建筑完损程度和建筑物理特征作为建筑易损性评估的依据。在建筑损伤风险详细评估中建立三维有限元数值模型，并选取多个控制指标综合评估隧道下穿引起的建筑损伤风险。以某盾构隧道下穿砌体建筑工程为例，应用改进三阶段法验证所提方法的合理性，结果表明引入易损性评估作为风险初筛的另一依据可以有效避免低估风险。对比评估结果与实测结果的可知，改进三阶段法能较为准确地评估隧道下穿建筑的风险。
对地铁隧道施工可能引起的沿线建筑损伤进行风险评估具有重要意义，如何兼顾效率和准确性是隧道下穿建筑风险评估中的一个难题。提出一种改进的三阶段建筑损伤评估方法，在前两个阶段同时从隧道开挖对建筑的危害性和建筑自身的易损性两个角度对隧道下穿建筑的风险进行初筛，在第3阶段对隧道下穿建筑的风险进行多指标详细评估。在风险初筛中，用Peck经验公式和极限拉应变法评估隧道开挖对建筑的危害性，将建筑完损程度和建筑物理特征作为建筑易损性评估的依据。在建筑损伤风险详细评估中建立三维有限元数值模型，并选取多个控制指标综合评估隧道下穿引起的建筑损伤风险。以某盾构隧道下穿砌体建筑工程为例，应用改进三阶段法验证所提方法的合理性，结果表明引入易损性评估作为风险初筛的另一依据可以有效避免低估风险。对比评估结果与实测结果的可知，改进三阶段法能较为准确地评估隧道下穿建筑的风险。
2024, 46(4):100-108.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2022.083
摘要:
微型钢管桩由于具有施工效率高、对周围环境友好等技术优点，被广泛应用于既有建筑物的增层改造、加固及纠偏工程中。施工顺序会影响加固或纠偏效果，甚至影响建筑物的安全，然而围绕施工顺序对微型钢管桩加固既有基础的变形特性影响的研究仍相对不足。基于透明土材料和粒子图像测速（Particle Image Velocimetry，PIV）处理技术，开展不同沉桩顺序（逆时针、顺逆时针结合、Z字形及对称形）下既有基础微型桩加固的可视化模型试验，分析加固过程引起的桩周土体位移场变化，以及不同沉桩加固顺序对既有承台的影响规律，并确定最优的加固方案。结果表明，在试验条件下，承台面下方的桩对桩周的土体有挤密作用，在承台周边压桩时，承台面下方的桩周围土体位移较小，相对于无承台情况影响范围缩小42%，最大位移缩小36%；对称加固顺序相对最优，施工过程中对既有基础的抬升位移仅为最不利加固顺序时的56%。
微型钢管桩由于具有施工效率高、对周围环境友好等技术优点，被广泛应用于既有建筑物的增层改造、加固及纠偏工程中。施工顺序会影响加固或纠偏效果，甚至影响建筑物的安全，然而围绕施工顺序对微型钢管桩加固既有基础的变形特性影响的研究仍相对不足。基于透明土材料和粒子图像测速（Particle Image Velocimetry，PIV）处理技术，开展不同沉桩顺序（逆时针、顺逆时针结合、Z字形及对称形）下既有基础微型桩加固的可视化模型试验，分析加固过程引起的桩周土体位移场变化，以及不同沉桩加固顺序对既有承台的影响规律，并确定最优的加固方案。结果表明，在试验条件下，承台面下方的桩对桩周的土体有挤密作用，在承台周边压桩时，承台面下方的桩周围土体位移较小，相对于无承台情况影响范围缩小42%，最大位移缩小36%；对称加固顺序相对最优，施工过程中对既有基础的抬升位移仅为最不利加固顺序时的56%。
2024, 46(4):109-119.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2023.118
摘要:
为研究水-温耦合作用下0°层理倾角千枚岩的动态拉伸特性变化规律，分别对3组试样进行0、1、3、5、7、8、11次温度循环自然降温、温度循环冷水降温、干湿循环后，采用霍普金森杆试验装置对0°层理倾角千枚岩试样开展动态巴西劈裂试验，从动态拉伸应变曲线、动态峰值抗拉强度、动态弹性模量、能量分析与宏观破坏5个角度研究水、温劣化条件下千枚岩的动态拉伸特性。结果表明：千枚岩应力应变曲线包括极速弹性变形阶段、屈服变形阶段、破坏变形阶段；随着水-温循环次数的增加，千枚岩应力-应变曲线极速弹性变形阶段逐渐缩短，屈服变形阶段的应变增长率不断增大；千枚岩动态峰值抗拉强度呈负指数函数关系变化，耗散能比不断减小；水-温耦合条件下，千枚岩峰值抗拉强度、耗散能比普遍小于温度循环自然降温时；动态冲击下，千枚岩发生贯穿层理的张拉破坏，主要破碎为2块；随着水-温循环次数的增加，千枚岩主碎块发生沿层理面的张拉与穿层理面的剪切复合破坏，千枚岩碎块的平均尺寸不断减小；温度循环冷水降温条件下，千枚岩碎块的平均尺寸更小，且降幅最为显著。
为研究水-温耦合作用下0°层理倾角千枚岩的动态拉伸特性变化规律，分别对3组试样进行0、1、3、5、7、8、11次温度循环自然降温、温度循环冷水降温、干湿循环后，采用霍普金森杆试验装置对0°层理倾角千枚岩试样开展动态巴西劈裂试验，从动态拉伸应变曲线、动态峰值抗拉强度、动态弹性模量、能量分析与宏观破坏5个角度研究水、温劣化条件下千枚岩的动态拉伸特性。结果表明：千枚岩应力应变曲线包括极速弹性变形阶段、屈服变形阶段、破坏变形阶段；随着水-温循环次数的增加，千枚岩应力-应变曲线极速弹性变形阶段逐渐缩短，屈服变形阶段的应变增长率不断增大；千枚岩动态峰值抗拉强度呈负指数函数关系变化，耗散能比不断减小；水-温耦合条件下，千枚岩峰值抗拉强度、耗散能比普遍小于温度循环自然降温时；动态冲击下，千枚岩发生贯穿层理的张拉破坏，主要破碎为2块；随着水-温循环次数的增加，千枚岩主碎块发生沿层理面的张拉与穿层理面的剪切复合破坏，千枚岩碎块的平均尺寸不断减小；温度循环冷水降温条件下，千枚岩碎块的平均尺寸更小，且降幅最为显著。
2024, 46(4):120-128.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2023.061
摘要:
焚烧法减量效果显著，已成为生活垃圾的主要处理方法，然而城市生活垃圾焚烧会产生大量底渣，底渣如何处置利用是当前一个重要且亟待解决的难题。以武汉地区底渣为例，借助微观观测技术和室内测试试验，较为全面地分析武汉底渣的物理、化学及工程特性，与不同地区底渣特性进行对比，并进一步探讨武汉底渣在道路工程中作为路基填料、垃圾填埋场中用作防渗层的可行性。结果表明，底渣颗粒形状各异，表面光滑且有细小孔洞，是一种塑性较低、比重较高的级配不良砂性粗粒土；底渣重金属元素浸出浓度均未超过国家相关标准的规定限值；底渣的击实性与中细砂相似，有一定的压缩性，但其固结特性不明显；底渣的渗透系数略大于细砂，经掺和膨润土后可考虑用作垃圾填埋场防渗材料；底渣内摩擦角接近中细砂取值，同时还具有一定的黏聚力；在承载变形能力上，底渣的CBR测定值较高，满足路基工程材料对承载力的要求。
焚烧法减量效果显著，已成为生活垃圾的主要处理方法，然而城市生活垃圾焚烧会产生大量底渣，底渣如何处置利用是当前一个重要且亟待解决的难题。以武汉地区底渣为例，借助微观观测技术和室内测试试验，较为全面地分析武汉底渣的物理、化学及工程特性，与不同地区底渣特性进行对比，并进一步探讨武汉底渣在道路工程中作为路基填料、垃圾填埋场中用作防渗层的可行性。结果表明，底渣颗粒形状各异，表面光滑且有细小孔洞，是一种塑性较低、比重较高的级配不良砂性粗粒土；底渣重金属元素浸出浓度均未超过国家相关标准的规定限值；底渣的击实性与中细砂相似，有一定的压缩性，但其固结特性不明显；底渣的渗透系数略大于细砂，经掺和膨润土后可考虑用作垃圾填埋场防渗材料；底渣内摩擦角接近中细砂取值，同时还具有一定的黏聚力；在承载变形能力上，底渣的CBR测定值较高，满足路基工程材料对承载力的要求。
2024, 46(4):129-135.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2022.105
摘要:
为了改进传统真空预压法的缺陷，提出一种PHD-PVD真空预压联合电渗处治工程废浆的方法。通过6组大型室内模型试验，对工程废浆固结过程中的排水量、电流强度、沉降值等进行监测，通过测量土体含水率及十字板抗剪强度并结合压汞试验宏微观分析土体的加固效果，研究真空泵和电源的间歇断开处理对PHD-PVD真空预压联合电渗法加固工程废浆效果的影响。试验结果表明，联合电渗法有效提升了PHD-PVD真空预压法后期的排水效率，远端土体固结程度得到提高，强度显著提升；对真空泵和电源的间歇断开式处理使土中产生新的排水通道，一定程度上缓解了排水板附近的淤堵，使得试验后期也保持了较快的排水速率，排水总量得到提升。压汞试验结果表明，采用间歇断开式的PHD-PVD真空预压联合电渗法处理的工程废浆，其峰值孔径更小，土体微观结构更加致密。
为了改进传统真空预压法的缺陷，提出一种PHD-PVD真空预压联合电渗处治工程废浆的方法。通过6组大型室内模型试验，对工程废浆固结过程中的排水量、电流强度、沉降值等进行监测，通过测量土体含水率及十字板抗剪强度并结合压汞试验宏微观分析土体的加固效果，研究真空泵和电源的间歇断开处理对PHD-PVD真空预压联合电渗法加固工程废浆效果的影响。试验结果表明，联合电渗法有效提升了PHD-PVD真空预压法后期的排水效率，远端土体固结程度得到提高，强度显著提升；对真空泵和电源的间歇断开式处理使土中产生新的排水通道，一定程度上缓解了排水板附近的淤堵，使得试验后期也保持了较快的排水速率，排水总量得到提升。压汞试验结果表明，采用间歇断开式的PHD-PVD真空预压联合电渗法处理的工程废浆，其峰值孔径更小，土体微观结构更加致密。
2024, 46(4):136-142.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2022.013
摘要:
为了探究路堤-桥梁过渡段处车辆的气动力，建立1：50的大比例尺路堤-桥梁过渡段和车辆试验模型，在桥梁和路堤段分别布置两种风屏障，并在车辆模型表面布置多个测压点，以研究不同防风措施下处于不同风向角的路桥过渡段车辆气动力。试验结果表明：与无防风措施相比，布置桥梁风屏障后最不利风向角会从-15°变为0°，此风向下过渡段处车辆的三分力最大；再进一步布置路堤风屏障后最不利风向角不变，但大幅度减小了0°风向角下车辆的侧力系数和力矩系数；布置路堤风屏障能有效减小车辆所受三分力；不同风向角下改变陆地风屏障参数产生的影响不同，针对路堤-桥梁过渡段布置防风措施时，应充分考虑其来流方向，以达到最优效果。
为了探究路堤-桥梁过渡段处车辆的气动力，建立1：50的大比例尺路堤-桥梁过渡段和车辆试验模型，在桥梁和路堤段分别布置两种风屏障，并在车辆模型表面布置多个测压点，以研究不同防风措施下处于不同风向角的路桥过渡段车辆气动力。试验结果表明：与无防风措施相比，布置桥梁风屏障后最不利风向角会从-15°变为0°，此风向下过渡段处车辆的三分力最大；再进一步布置路堤风屏障后最不利风向角不变，但大幅度减小了0°风向角下车辆的侧力系数和力矩系数；布置路堤风屏障能有效减小车辆所受三分力；不同风向角下改变陆地风屏障参数产生的影响不同，针对路堤-桥梁过渡段布置防风措施时，应充分考虑其来流方向，以达到最优效果。
2024, 46(4):143-150.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2022.014
摘要:
当紊流流经矩形钝体时，由于漩涡的拉伸和旋转运动，其顺流向脉动压力具有明显的非定常性和空间三维性，且主要依赖于紊流积分尺度与结构特征尺寸之比。为了深入研究紊流尺度效应作用机理，以4:1矩形断面为研究对象，基于三维谱张量理论和刚性节段模型测压试验，系统研究矩形断面顺流向脉动压力的非定常气动力特性。结果表明：在紊流从矩形断面驻点至分离点运动过程中，脉动压力的谱能量从低频向高频转移，且该现象随着Lu/D（Lu为脉动风的纵向积分尺度，D为迎风面高度）的减小更明显。与之相比，紊流三维效应和畸变效应随Lu/D的增大而减弱，在此过程中脉动压力的能量由于阻塞效应只在低频发生了明显的衰减，在高频无明显变化。并通过引入三维压力导纳来揭示紊流作用下矩形断面迎风侧脉动压力的非定常效应机理，对于驻点压力，Lu/D越大，压力导纳越接近准定常理论；对于非驻点压力，其距驻点位置越远，阻塞效应对于低频能量的减弱作用越明显，紊流三维效应越弱，而高频的畸变效应则只由Lu/D控制。
当紊流流经矩形钝体时，由于漩涡的拉伸和旋转运动，其顺流向脉动压力具有明显的非定常性和空间三维性，且主要依赖于紊流积分尺度与结构特征尺寸之比。为了深入研究紊流尺度效应作用机理，以4:1矩形断面为研究对象，基于三维谱张量理论和刚性节段模型测压试验，系统研究矩形断面顺流向脉动压力的非定常气动力特性。结果表明：在紊流从矩形断面驻点至分离点运动过程中，脉动压力的谱能量从低频向高频转移，且该现象随着Lu/D（Lu为脉动风的纵向积分尺度，D为迎风面高度）的减小更明显。与之相比，紊流三维效应和畸变效应随Lu/D的增大而减弱，在此过程中脉动压力的能量由于阻塞效应只在低频发生了明显的衰减，在高频无明显变化。并通过引入三维压力导纳来揭示紊流作用下矩形断面迎风侧脉动压力的非定常效应机理，对于驻点压力，Lu/D越大，压力导纳越接近准定常理论；对于非驻点压力，其距驻点位置越远，阻塞效应对于低频能量的减弱作用越明显，紊流三维效应越弱，而高频的畸变效应则只由Lu/D控制。
2024, 46(4):151-158.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2023.071
摘要:
为推进组合材料在建筑结构中的应用，对预制钢-混凝土组合楼梯踏步的抗弯性能和楼梯整体的舒适度进行研究。进行6个楼梯踏步试件的四点弯曲试验，主要探究抗剪件形式和踏步与梯梁的连接方式对楼梯踏步承载性能的影响。试验结果表明，相对于角钢和栓钉抗剪件，槽钢抗剪件对楼梯踏步的承载力提升更为显著。此外，焊接试件的承载力受抗剪件的影响较小，并且高于简支试件的承载力，在今后的工程应用中，焊接可以作为钢-混凝土组合楼梯踏步与梯梁连接的主要方式。为了更准确地研究楼梯踏步的力学行为，使用ABAQUS有限元软件对其进行建模，该有限元模型能够准确模拟楼梯踏步的力学行为。在验证模型准确性的基础上，对整体楼梯进行舒适度分析。结果表明，在规范限值范围内，楼梯的自振频率和人致激励下的加速度响应均满足行走的舒适度要求，使用过程中不会引起明显不适，符合人体工程学的要求。试验和建模分析证明，槽钢抗剪件对楼梯踏步的承载力提升效果更好，焊接可以作为楼梯踏步与梯梁的连接方式，并且楼梯的舒适度满足规范要求。
为推进组合材料在建筑结构中的应用，对预制钢-混凝土组合楼梯踏步的抗弯性能和楼梯整体的舒适度进行研究。进行6个楼梯踏步试件的四点弯曲试验，主要探究抗剪件形式和踏步与梯梁的连接方式对楼梯踏步承载性能的影响。试验结果表明，相对于角钢和栓钉抗剪件，槽钢抗剪件对楼梯踏步的承载力提升更为显著。此外，焊接试件的承载力受抗剪件的影响较小，并且高于简支试件的承载力，在今后的工程应用中，焊接可以作为钢-混凝土组合楼梯踏步与梯梁连接的主要方式。为了更准确地研究楼梯踏步的力学行为，使用ABAQUS有限元软件对其进行建模，该有限元模型能够准确模拟楼梯踏步的力学行为。在验证模型准确性的基础上，对整体楼梯进行舒适度分析。结果表明，在规范限值范围内，楼梯的自振频率和人致激励下的加速度响应均满足行走的舒适度要求，使用过程中不会引起明显不适，符合人体工程学的要求。试验和建模分析证明，槽钢抗剪件对楼梯踏步的承载力提升效果更好，焊接可以作为楼梯踏步与梯梁的连接方式，并且楼梯的舒适度满足规范要求。
2024, 46(4):159-166.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2022.044
摘要:
为探究钢纤维在氯盐侵蚀与冻融循环耦合作用下对混凝土损伤的影响，对多组不同钢纤维掺量的混凝土试件进行快速盐-冻融循环试验。利用超声波法和激光扫描法分析不同掺量盐-冻融后混凝土损伤的效应，通过分析超声波速变化得到混凝土的盐-冻融损伤度D，并建立D与盐-冻融循环次数n之间的韦布尔分布；利用混凝土表面的粗糙度表征混凝土表面损伤，并研究了不同掺量钢纤维混凝土试件表面在盐-冻融循环作用后粗糙度变化率ΔR的作用，以及ΔR与D的函数关系。结果表明：混凝土盐-冻融损伤随着钢纤维掺量的增加而减小；基于超声波法建立的损伤度D与盐-冻融循环次数之间较好地满足两参数韦布尔分布，决定系数大于0.95；混凝土试件损伤度D随粗糙度变化率ΔR的变化规律满足指数函数关系，决定系数大于0.80。
为探究钢纤维在氯盐侵蚀与冻融循环耦合作用下对混凝土损伤的影响，对多组不同钢纤维掺量的混凝土试件进行快速盐-冻融循环试验。利用超声波法和激光扫描法分析不同掺量盐-冻融后混凝土损伤的效应，通过分析超声波速变化得到混凝土的盐-冻融损伤度D，并建立D与盐-冻融循环次数n之间的韦布尔分布；利用混凝土表面的粗糙度表征混凝土表面损伤，并研究了不同掺量钢纤维混凝土试件表面在盐-冻融循环作用后粗糙度变化率ΔR的作用，以及ΔR与D的函数关系。结果表明：混凝土盐-冻融损伤随着钢纤维掺量的增加而减小；基于超声波法建立的损伤度D与盐-冻融循环次数之间较好地满足两参数韦布尔分布，决定系数大于0.95；混凝土试件损伤度D随粗糙度变化率ΔR的变化规律满足指数函数关系，决定系数大于0.80。
2024, 46(4):167-174.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2023.124
摘要:
随着服役龄期的增加，在役RC结构混凝土强度表现出多龄期退化特性。为研究冻融环境下混凝土抗压强度经时变化规律，采用超声-回弹综合法与钻芯抽样修正试验相结合的方式，对哈尔滨、吉林及其周边地区在役RC结构混凝土抗压强度进行现场实测。通过对获取的924组混凝土抗压强度数据进行归一化及归并处理，采用非参数检验确定混凝土经时强度概率分布函数，并对相关参数与服役龄期的相关关系进行回归分析。结果显示：冻融环境下，超声-回弹综合法的钻芯法修正时变模型满足线性变化规律；不同服役龄期下混凝土相对抗压强度均服从正态分布；混凝土相对抗压强度均值、标准差随服役龄期的变化规律可分别利用二次多项式模型与线性模型表征。
随着服役龄期的增加，在役RC结构混凝土强度表现出多龄期退化特性。为研究冻融环境下混凝土抗压强度经时变化规律，采用超声-回弹综合法与钻芯抽样修正试验相结合的方式，对哈尔滨、吉林及其周边地区在役RC结构混凝土抗压强度进行现场实测。通过对获取的924组混凝土抗压强度数据进行归一化及归并处理，采用非参数检验确定混凝土经时强度概率分布函数，并对相关参数与服役龄期的相关关系进行回归分析。结果显示：冻融环境下，超声-回弹综合法的钻芯法修正时变模型满足线性变化规律；不同服役龄期下混凝土相对抗压强度均服从正态分布；混凝土相对抗压强度均值、标准差随服役龄期的变化规律可分别利用二次多项式模型与线性模型表征。
2024, 46(4):175-185.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2022.043
摘要:
为研究再生混凝土在碳化高温下的损伤演化规律，对碳化后不同温度梯度（常温20 ℃、中低温200 ℃及中高温400 ℃）下C30再生混凝土（质量分数取代率0%、50%、100%）进行轴心受压试验并同步采集声发射信号，在分析声发射特征参数的基础上建立再生混凝土的损伤模型。结果表明，通过对声发射损伤定位、累计撞击计数与能量计数分析，可实现再生混凝土轴心受压破坏从初始损伤到微裂缝演变，再到宏观裂缝扩展，最终到试件破坏的全过程动态监测；不同粗骨料取代率再生混凝土试件，加载过程中损伤点的密集集中位置与试件最终破坏位置相符；随着温度梯度增加，3种不同粗骨料取代率的再生混凝土均呈现初始损伤增大、声发射参数增大、应力减小的现象；基于声发射累计撞击计数建立的混凝土损伤模型可用于分析碳化高温后再生混凝土轴心受压损伤演化规律。
为研究再生混凝土在碳化高温下的损伤演化规律，对碳化后不同温度梯度（常温20 ℃、中低温200 ℃及中高温400 ℃）下C30再生混凝土（质量分数取代率0%、50%、100%）进行轴心受压试验并同步采集声发射信号，在分析声发射特征参数的基础上建立再生混凝土的损伤模型。结果表明，通过对声发射损伤定位、累计撞击计数与能量计数分析，可实现再生混凝土轴心受压破坏从初始损伤到微裂缝演变，再到宏观裂缝扩展，最终到试件破坏的全过程动态监测；不同粗骨料取代率再生混凝土试件，加载过程中损伤点的密集集中位置与试件最终破坏位置相符；随着温度梯度增加，3种不同粗骨料取代率的再生混凝土均呈现初始损伤增大、声发射参数增大、应力减小的现象；基于声发射累计撞击计数建立的混凝土损伤模型可用于分析碳化高温后再生混凝土轴心受压损伤演化规律。
2024, 46(4):186-192.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2022.042
摘要:
电化学除氯技术能有效降低混凝土结构中的有害氯离子，降低混凝土结构失效风险。采用强电场方式对混凝土结构进行电化学除氯，并在不同的早龄期时间介入40、80、120 min的强电场作用，测试了内部氯离子含量变化和分布特征，并对通电后养护28 d试件进行回弹强度试验。研究结果表明：早龄期介入强电场作用能显著提高除氯效率，达到相同除氯效果时的作业时间约为传统电化学方法的1/300；氯离子分布特征表明，自由氯离子分布较传统电化学参数作用时更均匀，结合氯离子仍然存在保护层中间堆积现象；强电场作用后进行标准养护，回弹测试结果表明，强电场对混凝土的保护层宏观强度无明显影响。
电化学除氯技术能有效降低混凝土结构中的有害氯离子，降低混凝土结构失效风险。采用强电场方式对混凝土结构进行电化学除氯，并在不同的早龄期时间介入40、80、120 min的强电场作用，测试了内部氯离子含量变化和分布特征，并对通电后养护28 d试件进行回弹强度试验。研究结果表明：早龄期介入强电场作用能显著提高除氯效率，达到相同除氯效果时的作业时间约为传统电化学方法的1/300；氯离子分布特征表明，自由氯离子分布较传统电化学参数作用时更均匀，结合氯离子仍然存在保护层中间堆积现象；强电场作用后进行标准养护，回弹测试结果表明，强电场对混凝土的保护层宏观强度无明显影响。
2024, 46(4):193-201.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2022.107
摘要:
长江下游航道疏浚产生大量疏浚砂，疏浚砂的资源化利用受到重视。利用疏浚砂部分取代机制砂制备砂浆，研究不同静停时间对疏浚砂砂浆特性的影响，测试不同龄期的抗压强度，通过X射线衍射、扫描电镜、压汞技术，分析不同静停时间、不同疏浚砂取代率砂浆的微观特性。结果表明：随着静停时间的增加，90 d抗压强度逐渐增加，抗渗性能得到明显改善；掺入疏浚砂使得砂浆的抗压强度有所提高，且随疏浚砂取代率的增加先增大后减小；疏浚砂砂浆的抗压强度与疏浚砂取代率有较大关系，其影响程度与静停时间有关，疏浚砂对低静停时间有较突出的增强效果；疏浚砂有效改善了由蒸养造成的孔结构粗化和孔隙增大等问题，适宜的疏浚砂取代率对蒸养砂浆性能的改善效果明显。
长江下游航道疏浚产生大量疏浚砂，疏浚砂的资源化利用受到重视。利用疏浚砂部分取代机制砂制备砂浆，研究不同静停时间对疏浚砂砂浆特性的影响，测试不同龄期的抗压强度，通过X射线衍射、扫描电镜、压汞技术，分析不同静停时间、不同疏浚砂取代率砂浆的微观特性。结果表明：随着静停时间的增加，90 d抗压强度逐渐增加，抗渗性能得到明显改善；掺入疏浚砂使得砂浆的抗压强度有所提高，且随疏浚砂取代率的增加先增大后减小；疏浚砂砂浆的抗压强度与疏浚砂取代率有较大关系，其影响程度与静停时间有关，疏浚砂对低静停时间有较突出的增强效果；疏浚砂有效改善了由蒸养造成的孔结构粗化和孔隙增大等问题，适宜的疏浚砂取代率对蒸养砂浆性能的改善效果明显。
2024, 46(4):202-210.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2022.022
摘要:
固化污染土的环境效应是废土二次应用过程中需研究的工程问题。以镉、铅、镍污染土为研究对象，通过固化率指标初筛适宜固化材料配比，模拟干湿循环、长期浸水、高温、冻融循环环境，以浸出毒性指标评价水泥、水泥+粉煤灰、石灰固化后土体的环境效应，并结合微观形态及重金属形态分析，评价失稳机制。结果表明：无机材料可将土中重金属的固化率提高至90%以上，8%的石灰适用于镉污染土的固化，32%+8%的水泥+粉煤灰适用于铅及镍污染土的固化。水环境（干湿、浸水）条件下固化污染土均不存在环境风险，其浸出毒性均低于《危险废物鉴别标准 浸出毒性鉴别》（GB 5085.3—2007）中的限值；但无机材料固化污染土对温度（高温、冻融）敏感，特别是水泥、水泥+粉煤灰固化污染土，在温度超过70 ℃时的浸出毒性超过标准中限值，在冻融循环5~7次时接近标准限值。高温会促使重金属赋存形态从稳定态向非稳定态转化，冻融循环会破坏重金属-固化产物体系的结构。无机材料固化重金属污染土的应用需要考虑环境温度的影响。
固化污染土的环境效应是废土二次应用过程中需研究的工程问题。以镉、铅、镍污染土为研究对象，通过固化率指标初筛适宜固化材料配比，模拟干湿循环、长期浸水、高温、冻融循环环境，以浸出毒性指标评价水泥、水泥+粉煤灰、石灰固化后土体的环境效应，并结合微观形态及重金属形态分析，评价失稳机制。结果表明：无机材料可将土中重金属的固化率提高至90%以上，8%的石灰适用于镉污染土的固化，32%+8%的水泥+粉煤灰适用于铅及镍污染土的固化。水环境（干湿、浸水）条件下固化污染土均不存在环境风险，其浸出毒性均低于《危险废物鉴别标准 浸出毒性鉴别》（GB 5085.3—2007）中的限值；但无机材料固化污染土对温度（高温、冻融）敏感，特别是水泥、水泥+粉煤灰固化污染土，在温度超过70 ℃时的浸出毒性超过标准中限值，在冻融循环5~7次时接近标准限值。高温会促使重金属赋存形态从稳定态向非稳定态转化，冻融循环会破坏重金属-固化产物体系的结构。无机材料固化重金属污染土的应用需要考虑环境温度的影响。
2024, 46(4):211-219.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2023.041
摘要:
生态浮床作为一种经济、环保的黑臭水体处理工艺得到广泛应用，但其处理能力受制于植物根系深度及表面积。通过悬浮球、生物绳、弹性和组合填料分别与间种的粉绿狐尾藻（Myriophyllum aquaticum）和西伯利亚鸢尾（Iris sibirica）植物构建生态浮床，探究不同填料对生态浮床效能的强化作用及微生物机制；并在优选填料的基础上进一步探究优选填料的最优添加工况及其强化下浮床对污染物去除的动力学模型。填料优选实验结果显示，生物绳填料对COD、氨氮和总磷的去除率最佳，分别为>99%、43.85%和14.03%；高通量测序分析显示，生物绳填料表面生物膜微生物丰富度最高、物种组成分布最均匀、微生物多样性最高，且生物绳填料可定向富集Flavobacterium、Exiguobacterium、Chryseobacterium、Microbacterium、Caulobacter等脱氮除磷相关功能菌。生物绳工况优化结果显示，修复轻度黑臭水体的最佳生物绳填料投加量为12.5 m/m3，其对COD、氨氮和总磷的去除率分别为96.4%、38.5%和56.6%；动力学模型拟合显示，一级动力学模型能更好地拟合生物绳强化生态浮床的氨氮及COD降解规律。
生态浮床作为一种经济、环保的黑臭水体处理工艺得到广泛应用，但其处理能力受制于植物根系深度及表面积。通过悬浮球、生物绳、弹性和组合填料分别与间种的粉绿狐尾藻（Myriophyllum aquaticum）和西伯利亚鸢尾（Iris sibirica）植物构建生态浮床，探究不同填料对生态浮床效能的强化作用及微生物机制；并在优选填料的基础上进一步探究优选填料的最优添加工况及其强化下浮床对污染物去除的动力学模型。填料优选实验结果显示，生物绳填料对COD、氨氮和总磷的去除率最佳，分别为>99%、43.85%和14.03%；高通量测序分析显示，生物绳填料表面生物膜微生物丰富度最高、物种组成分布最均匀、微生物多样性最高，且生物绳填料可定向富集Flavobacterium、Exiguobacterium、Chryseobacterium、Microbacterium、Caulobacter等脱氮除磷相关功能菌。生物绳工况优化结果显示，修复轻度黑臭水体的最佳生物绳填料投加量为12.5 m/m3，其对COD、氨氮和总磷的去除率分别为96.4%、38.5%和56.6%；动力学模型拟合显示，一级动力学模型能更好地拟合生物绳强化生态浮床的氨氮及COD降解规律。
2024, 46(4):220-230.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2023.042
摘要:
为有效分解近中性废水中典型难降解强络合物Ni-EDTA，构建配体-金属电子转移强化类芬顿技术（LFGR），基于Ni(Ⅱ)去除效能等系统分析其在近中性条件下对Ni-EDTA的破络特性，重点探究Fe(Ⅲ)与H2O2投加量、pH值、浊度、常见有机酸与常规无机盐对LFGR破络特性的影响。结合H2O2消耗观测、自由基淬灭实验、自由基信号检测与降解产物分析等科学识别LFGR体系中主要活性氧物种，并进一步剖析Ni-EDTA的破络过程与主导机制。定量比较分析LFGR与其他UV活化氧化技术去除多种重金属EDTA络合物（M-EDTA）的特性，并进一步阐明LFGR的运行成本优势。对于络合物浓度为1.0 mmol/L的近中性模拟废水，LFGR的优化反应条件为：Fe(Ⅲ)投加量为0.1 mmol/L，H2O2投加量为50 mmol/L，UV光照时间为20 min。该条件下，EDTA可完全转化，且经碱沉淀后Ni(Ⅱ)去除率可高达99.40%；LFGR对水中常见有机酸与常规无机盐呈现出良好的抗干扰性；H2O2主要通过与配体-金属电子转移产生的Fe(Ⅱ)发生类芬顿反应消耗；LFGR的主要作用过程是Fe(Ⅲ)置换Ni(Ⅱ)并激发配体-金属电子转移反应从而促进EDTA光解，UV进一步驱动Fe(Ⅲ)还原并加快Fe物种循环，进而强化类芬顿技术活性氧自由基（主要为·OH和·O2-）的催化作用。LFGR可在近中性条件下实现多种M-EDTA的良好破络效果，水处理费用合计为4.21元/t，具有良好技术经济性。
为有效分解近中性废水中典型难降解强络合物Ni-EDTA，构建配体-金属电子转移强化类芬顿技术（LFGR），基于Ni(Ⅱ)去除效能等系统分析其在近中性条件下对Ni-EDTA的破络特性，重点探究Fe(Ⅲ)与H2O2投加量、pH值、浊度、常见有机酸与常规无机盐对LFGR破络特性的影响。结合H2O2消耗观测、自由基淬灭实验、自由基信号检测与降解产物分析等科学识别LFGR体系中主要活性氧物种，并进一步剖析Ni-EDTA的破络过程与主导机制。定量比较分析LFGR与其他UV活化氧化技术去除多种重金属EDTA络合物（M-EDTA）的特性，并进一步阐明LFGR的运行成本优势。对于络合物浓度为1.0 mmol/L的近中性模拟废水，LFGR的优化反应条件为：Fe(Ⅲ)投加量为0.1 mmol/L，H2O2投加量为50 mmol/L，UV光照时间为20 min。该条件下，EDTA可完全转化，且经碱沉淀后Ni(Ⅱ)去除率可高达99.40%；LFGR对水中常见有机酸与常规无机盐呈现出良好的抗干扰性；H2O2主要通过与配体-金属电子转移产生的Fe(Ⅱ)发生类芬顿反应消耗；LFGR的主要作用过程是Fe(Ⅲ)置换Ni(Ⅱ)并激发配体-金属电子转移反应从而促进EDTA光解，UV进一步驱动Fe(Ⅲ)还原并加快Fe物种循环，进而强化类芬顿技术活性氧自由基（主要为·OH和·O2-）的催化作用。LFGR可在近中性条件下实现多种M-EDTA的良好破络效果，水处理费用合计为4.21元/t，具有良好技术经济性。
2024, 46(4):231-240.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2023.024
摘要:
以垃圾渗滤液二级出水非膜法深度处理为目的，构建以复合式阴极和形稳阳极为核心的强效电化学反应单元，其中复合式阴极由磁铁棒、碳毡和铁粉组成，起到Fe2+的析出和渗滤液中硝态氮的还原作用；形稳阳极为商用Ti/RuO2-IrO2电极，起到活化渗滤液中Cl-、产生活性氯、氧化去除渗滤液中氨氮和有机物的作用，并将二者的强效电化学反应与臭氧氧化作用于同一单元，构建了强效电化学-臭氧耦合工艺，以此强化渗滤液二级出水有机物和总氮的去除。结果表明，耦合工艺在电流强度为1.5 A、初始pH值为7、铁粉吸附密度为0.42 g/cm2、臭氧投加量为4.58 mg/min时，对COD及TN的去除率分别为46.46%和81.70%。通过红外光谱（FT-IR）、电子顺磁共振波谱（EPR）、循环伏安曲线（CV）探究工艺对有机物的反去除机理，结果表明，耦合工艺中产生了·OH与·Cl多种活性物质，强化了渗滤液中脂肪族、酯、醚、酚等有机物的去除，提高了渗滤液的可生化性。耦合工艺与SBR小型生化系统联用后出水达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB 16889—2008）要求。
以垃圾渗滤液二级出水非膜法深度处理为目的，构建以复合式阴极和形稳阳极为核心的强效电化学反应单元，其中复合式阴极由磁铁棒、碳毡和铁粉组成，起到Fe2+的析出和渗滤液中硝态氮的还原作用；形稳阳极为商用Ti/RuO2-IrO2电极，起到活化渗滤液中Cl-、产生活性氯、氧化去除渗滤液中氨氮和有机物的作用，并将二者的强效电化学反应与臭氧氧化作用于同一单元，构建了强效电化学-臭氧耦合工艺，以此强化渗滤液二级出水有机物和总氮的去除。结果表明，耦合工艺在电流强度为1.5 A、初始pH值为7、铁粉吸附密度为0.42 g/cm2、臭氧投加量为4.58 mg/min时，对COD及TN的去除率分别为46.46%和81.70%。通过红外光谱（FT-IR）、电子顺磁共振波谱（EPR）、循环伏安曲线（CV）探究工艺对有机物的反去除机理，结果表明，耦合工艺中产生了·OH与·Cl多种活性物质，强化了渗滤液中脂肪族、酯、醚、酚等有机物的去除，提高了渗滤液的可生化性。耦合工艺与SBR小型生化系统联用后出水达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB 16889—2008）要求。
