摘要:为实现生活污水下同步硝化内源反硝化除磷（SNEDPR）系统的稳定运行,选用SBR接种人工配水培养的SNEDPR颗粒污泥,以实际生活污水和污泥经混合水解酸化预处理为进水基质,通过优化预处理单元水力停留时间（HRT）联合SBR排泥方式实现该系统稳定运行。结果表明,预处理单元HRT从12 h降至4 h时,水解酸化液提供的乙酸、丙酸质量浓度和挥发性脂肪酸（VFA）占比提高,好氧颗粒污泥（AGS）内厌氧聚羟基烷酸（PHA）储存量增加,同步硝化反硝化（SND）效率提升至58.1%,出水TN降至7.8 mg/L左右。同时,底部排泥的SBR内小颗粒占比上升、LB-EPS增加,系统沉降性能变差；顶部排泥下成熟老化的大颗粒占比上升,颗粒含水率和强度下降；而选择性排泥的SBR内颗粒粒径集中在0.5~0.9 mm,颗粒结构密实、强度高,颗粒内细菌分层分布增强SND效果,批次实验表明,NOB和GAOs活性降低,系统内以NO-₂为电子受体的DPAOs占比提升至40.5%,同步硝化内源反硝化除磷效率得到提升。预处理单元较短的HRT联合选择性排泥处理生活污水颗粒性能稳定,系统出水TN和TP均达到GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》中所规定的一级A标准,可实现氮磷的高效稳定去除。

摘要:短程硝化反硝化除磷具有氧气消耗量小、碳源需求低以及污泥产量低等优势,但好氧颗粒污泥随着运行因粒径过大容易解体失稳。为解决失稳问题并保证反硝化聚磷菌（denitrifying phosphate accumulating organisms,DPAOs）具备充足的缺氧区,将长期以人工配水培养的颗粒污泥作为种泥,通过优化水力剪切强度调控粒径分布,实现处理生活污水的稳定运行,并探究不同水力剪切强度对颗粒结构的影响。结果表明,具有最优同步脱氮除磷性能且颗粒结构致密的粒径范围为800～1 400 μm,通过调控水力剪切强度至1 435.2可将这一粒径范围内的颗粒占比提高到53.39%。待颗粒粒径稳定后,出水COD远低于50 mg/L,TN去除率达90%左右,出水TN质量浓度约为4.28 mg/L,TP平均去除率为93.45%,出水TP质量浓度均在0.5 mg/L以下。此外,三维荧光结合平行因子对胞外聚合物的分析表明,提高水力剪切强度能够降低腐殖酸的质量分数并提高蛋白质的占比,有利于优化颗粒沉降性能以及提高致密性。通过优化粒径范围,利用自身缺氧区富集DPAOs并逐渐淘汰亚硝酸盐氧化菌,同时避免了丝状菌膨胀现象,稳定实现了对生活污水的短程硝化反硝化脱氮除磷处理。

摘要:药物及个人护理产品（PPCPs）是一种国内外广泛关注的新污染物,其在北极地区水环境中的出现引起了多国政府与环保组织的高度重视。通过归纳北极地区水环境中PPCPs的来源、浓度、分布及归趋,发现近北极地区的河流输送、大气与海洋长距离传输、废液的直接排放和污水处理厂排放是PPCPs进入北极地区水环境的主要途径。北极地区水环境中典型的PPCPs为抗癫痫药、非甾体抗炎药（NSAIDs）、抗抑郁药、兴奋剂和增塑剂,其具有“假性持久性”,相似于非北极地区水环境中PPCPs的环境行为。目前,有关北极地区PPCPs污染控制技术、北极地区淡水环境中PPCPs污染水平的调查、北极地区水环境中PPCPs的性质以及环境行为等方面的研究有待加强。

摘要:为攻克目前污泥水热产物价值相对较低、水热液过剩等问题,提出将水热液作为水热介质多次循环利用的工艺方案。通过分析污泥中氮、磷及有机质等重要资源在水热固、液相中的转化及分配规律,探究水热液循环利用在提高污泥水热产物价值、节约水资源方面的可行性和潜在优势。结果表明:水热液循环利用促进液相产物中氮、磷成分积累,在250 ℃水热条件下,3次循环后液相氨氮质量浓度高达17 000 mg/L,液相总磷质量浓度为200 mg/L,分别是一次水热结果的4倍和5倍,显著提升水热液的资源回收效率；水热液循环利用促进水热固相的成炭过程,有助于提高污泥水热炭化产物的利用价值。通过调控水热反应强度、增加水热液循环次数,可实现水热产物价值最大化,同时提升水资源利用效率。研究结果可为水热法实现市政污泥高效减量化、资源化利用提供理论和技术支撑。

摘要:为研究循环式冷却系中涉及的过冷沸腾流动传热特性,基于VOF多相流模型和Lee相变模型对一水平管道中的过冷流动沸腾过程进行非稳态数值计算。考虑到沸腾起始点的影响,在Lee模型的基础上引入Bergles提出的沸腾起始点关联式以对其进行修正。从热边界层发展和沸腾阶段的发展两方面分析水平管道过冷沸腾换热过程中的流动换热特性及其波动规律,总结了不同热流密度工况下相关参数的分布关系以及对流换热系数沿流动方向的分布规律。结果表明:热边界层的发展和沸腾不断加剧使得流场的不稳定性增加,加热区域后部对流换热系数的波动幅值是入口附近的2倍；热流密度的增加使得流动和换热参数沿流动方向的变化速度加快,热流密度为250 kW/m²工况下,热边界层发展所影响区域约为150 kW/m²工况下的60%；热边界层的发展使得加热段前部的对流换热系数呈现前高后低的特点。当受热区域热流密度较大时,换热设备可以通过减小换热通道长度的方式,在提升换热效率同时减小沸腾带来的换热系数波动的影响。

摘要:为研究电润湿条件下液滴动态接触行为的动态变化机制,采用动态接触角理论,建立电润湿下液滴的数值模型,并对液滴动态接触行为进行分析,系统地研究体积和壁面条件对液滴动态行为的影响。结果表明:当液滴体积从2 μL增加到6 μL时,液滴接触半径的最大振幅从0.16 mm增加到0.23 mm,当液滴初始角度从100°增加到115°时,振幅从0.13 mm增加到0.18 mm;同时,滑移长度从0.5 μm增加到2 μm时,振幅最大值从0.21 mm增大到0.29 mm。液滴体积越大、壁面的阻力越小和疏水性越强,液滴具有更高的动能以及更大的振荡幅度。此外,液滴初始动能越大,液滴的振荡更加剧烈。通过揭示液滴在电润湿过程中的动态接触行为机制,为通过电润湿效应改善微通道传热特性的研究提供理论依据。

摘要:为探究表面开槽法对碳纤维布（carbon fibre reinforced plastics,CFRP）-混凝土界面抗剪性能的影响,开展了表面开槽法CFRP-混凝土单剪试验,研究槽宽深比(0.5、1.0和1.5)和沟槽形状(矩形、正梯形和倒梯形)对CFRP-混凝土界面抗剪性能的影响,重点探究失效模式、断裂能、平均剪应力等指标,并提出表面开槽黏结界面抗剪设计方法。结果表明:较未开槽粘贴法,表面开槽法失效模式由Ⅱ类剥离破坏转变为Ⅵ类断裂破坏,界面断裂能最大提高136.4%,充分发挥CFRP布的抗拉强度和利用率；槽宽深比与平均剪应力成正相关,且存在最优值；正梯形沟槽的平均剪应力分别较倒梯形和矩形沟槽提高10.1%和11.8%。表面开槽法具有较好的抗剪性能,提出的设计方法可用于指导其黏结界面抗剪设计。

摘要:浙江省山地丘陵地区浅层边坡土层大多存在稳定的初始地下水,从而导致土体含水率分布复杂、降雨入渗和稳定性分析难度大。为此,根据土体非饱和特性确定考虑初始地下水影响的坡体含水率指数分布模型,根据雨强与土体饱和渗透系数的对比关系将降雨分为弱降雨和强降雨两类工况,基于Green-Ampt入渗模型及水量平衡原理推导考虑初始地下水影响的浅层边坡降雨入渗物理方程解析解；结合浅层无限边坡模型,分析考虑初始地下水影响的浅层边坡在降雨作用下的稳定性；当假定坡体含水率均匀分布时,改进模型可近似退化为传统模型；当坡体含水率呈指数分布时,通过数值模拟验证改进模型的有效性。结果表明:当浅层边坡基岩上部土层存在初始地下水时,降雨导致的失稳将发生在基岩面处,且失稳时间早于传统模型的预测结果；弱降雨工况下,雨强提高导致边坡触发失稳的时间呈近指数关系快速缩短；强降雨工况下,当不考虑坡面径流对入渗的促进作用时,雨强提高导致边坡触发失稳时间缩短,速度趋于平缓。

摘要:为描述实际地应力场下隧道塑性区演化规律和支护设计原则,基于Mohr-Coulomb准则和弹-脆-塑性模型,采用总荷载不变法并引入弹性区应力摄动解,建立了非静水压力下圆形隧道水平轴和竖向轴处的塑性区半径方程,继而利用几何相似原理拓展至其他方位角处,并与文献总荷载不变法(以应力基尔希公式为基础)、Kastner法、复变函数法和实测数据进行对比,结合非关联流动法则推导塑性区位移解析解,探讨侧压力系数与脆性软化对隧道塑性区边界线、塑性区位移分布和围岩特征曲线的影响特性。结果表明:相比文献总荷载不变法和Kastner法,2阶摄动解作为非静水压圆形隧道的弹性区应力表达式更合理,且得到复变函数法的正确性验证；侧压力系数对隧道塑性区边界线的形状和范围均有明显影响,需针对具体方位角选择支护类型和尺寸以调控收敛约束交点处的支护压力与围岩稳定变形；隧道塑性区半径和洞壁位移随围岩峰后强度的降低而显著增加,宜使用弹-脆-塑性模型构建围岩特征曲线。

摘要:为探明串珠状溶洞对桩基竖向承载特性的影响,采用离心模型试验,研究桩基穿越两层溶洞且置于下伏溶洞之上时,不同溶洞顶板厚径比下桩基荷载-沉降特征,竖向极限承载力变化规律,桩身轴力、桩侧阻力及分项荷载变化规律,与下伏无溶洞时进行对比,提出合理顶板厚径比取值方法。结果表明:桩基穿越溶洞后,下伏溶洞顶板厚径比对其竖向承载特性影响较大,与下伏无溶洞相比,厚径比由0.5增大到3.0时,桩基竖向极限承载力影响度由57.4%降至4.0%,厚径比大于2.5后,竖向极限承载力影响度小于5.0%；厚径比增大时,桩基所穿越的溶洞范围内桩身轴力几乎不衰减,上、中层溶洞顶板范围内桩身轴力衰减速度减慢,传递至溶洞顶的荷载较大；在溶洞内桩侧阻力几乎不发挥,随厚径比增大,在上层和中层溶洞顶板范围内桩侧阻力减小；厚径比增加时桩侧阻力和桩端阻力占比分别呈逐渐减小和增大的趋势,逐渐向摩擦端承桩转化,厚径比大于2后,与下伏无溶洞时相比,桩侧阻力减幅小于10%。建议串珠状溶洞区的桩基穿越两层溶洞且置于下伏溶洞之上时,顶板厚径比大于2.5即可忽略下伏溶洞对桩基竖向承载特性的影响,可根据桩基承载需求确定合理的顶板厚度。

摘要:为研究冲击载荷作用下层状复合岩体的动态力学性能和破裂机制,基于煤单体和白砂岩构成层状软硬煤岩复合体,利用分离式霍普金森压杆试验装置和LS-DYNA有限元分析软件,结合Holmquist-Johnson-Cook(HJC)本构模型,开展不同速率和不同冲击方向下层状软硬煤岩复合体加载试验。结果表明:静态载荷作用下,层状煤岩复合体的强度不会随加载方向变化,动态载荷下层状煤岩复合体的峰值应力和动态增长因子DIF都随冲击速度增加呈线性增大,并且波阻抗匹配效果更好的HS复合体力学性能始终优于SH复合体(S和H分别代表煤单体和白砂岩),随着冲击速度增加这种现象逐渐减弱；层状煤岩复合体耗散能密度与入射能密度呈二次增长关系,分形维数也随着速度增加而不断增大,其中,应力波由硬入软时得到的效果优于由软入硬；层状煤岩复合体破碎程度随冲击速度增加而愈发剧烈,HS复合体破坏程度大于同条件下的SH复合体,白砂岩多呈剪切状破碎,煤单体多呈粉碎锥形破坏；层状煤岩复合体交界处与其他区域强度不一致,造成复合体破坏顺序改变,复合体整体强度规律从小到大依次为煤单体非交界面区域、煤单体交界面区域、白砂岩交界面区域、白砂岩非交界面区域。

摘要:为研究基于3D打印的层状类岩石材料动态损伤力学行为,对5组不同倾角的岩样,采用分离式霍普金森杆对其进行动态压缩试验。依据所得的应力-应变数据,以朱-王-唐本构模型为基础,建立一种线性弹簧体、Weibull分布损伤体和Maxwell体并联的黏弹性本构模型,并结合试样的残余强度特性引入损伤修正系数。最后,将其推广应用于黑色页岩的变形规律研究,以检验该本构模型的适用性。结果表明:动态冲击下岩样峰值应力随着倾角的增加呈现先减小后增大的“V”形变化趋势,与天然层状岩石的变化规律相符合；所构建的损伤本构模型,能准确地表征3D打印的层状类岩石材料的应力-应变曲线形状及其力学特征；考虑损伤修正后,其还可较好地反映试样峰后阶段应力应变变化特性与残余强度。研究结果对揭示层状岩石动载下变形规律具有一定参考价值。

摘要:生物聚合物可以有效改善土体的力学性质。为评估生物聚合物改性淤泥在实际工程中的应用前景,研究黄原胶（XG）、海藻酸钠（SA）、阳离子瓜尔胶（GG）对高含水量淤泥压缩性和渗透性的影响。通过一维渗透固结试验,探究生物聚合物种类及掺量对土体结构屈服应力、压缩指数、渗透系数等指标的影响。同时,通过电镜扫描（SEM）和压汞试验（MIP）,分析生物聚合物改性高含水量淤泥的微观机制。结果表明,生物聚合物改性淤泥中的黏土-聚合物网络结构使其压缩性降低。随着掺量的增加,改性淤泥结构屈服应力增大,压缩性减小。当竖向有效应力大于结构屈服应力时,改性淤泥C_c显著增大,且随着掺量的变大而提高。生物聚合物改性淤泥渗透性明显降低,所用聚合物中XG的效果最显著,在1.5%掺量时达到两个数量级。

摘要:西北地区机场若采用盐化粉土进行道基填筑,在飞机滑行荷载重复作用下,道基累积变形将成为影响机场服役性能的关键。为此,选取北方某地区粉土开展动三轴试验,研究循环荷载下不同含盐量（质量分数）对粉土动力特性的影响,并提出以累积塑性应变4%作为道基破坏标准的盐化粉土动强度预测模型。结果表明:随动应力幅值的增加,盐化粉土塑性变形逐渐由塑性安定状态向增量破坏转变；含盐量对粉土累积轴向应变、动模量、临界动应力有明显影响；相同动应力幅值下,当含盐量由0增加至5%时,试样累积轴向应变以1%含盐量为界限呈先减小后增加的趋势；低动应力幅值下,试样动模量随含盐量增加而逐渐衰减；从微观上对盐化粉土在1%低含盐量时强度短暂增强、高含盐量时强度逐渐衰减的现象进行分析,盐化粉土试样强度与土体孔隙中离子浓度以及土体颗粒排列方式有关；根据盐化粉土动强度预测模型,可得1%含盐量的土体塑性安定临界值约为5%含盐量土体的2.2倍。研究结果可为盐化粉土地区机场道基承荷能力设计提供参考。

摘要:为研究高分子材料和接触面粗糙度对土-岩接触面剪切力学性能的影响,设计预制混凝土模块作为岩面相似材料,开展一系列改进型直剪试验,分析高分子材料和接触面粗糙度的影响规律,并结合扫描电镜试验深入揭示高分子材料的改良机制。结果表明,高分子材料主要通过提高黏聚力极大地改善基材土和接触面的剪切力学性能,掺量2%的基材试样黏聚力达41.76 kPa,提高了约3倍。掺量2%的不同接触面试样黏聚力提高了2~7倍；增大接触面粗糙度主要通过提高黏聚力增强接触面剪切力学性能,粗糙度为6.5 mm的不同接触面间黏聚力提升幅度为12.27~23.77 kPa,提高了0.4~3.9倍；对于平坦接触面和粗糙接触面,高分子材料对剪切性能的强化表现为两种不同模式；高分子材料与接触面粗糙度对接触面的剪切性能具有协同强化效应。

摘要:冻土的变形特性是寒区基础设计中地基变形稳定性验算的重要参数,且随应力方向改变而发生变化,现有研究中鲜有考虑应力主轴方向变化对冻土变形特性的影响。为此,采用冻土空心圆柱仪,对冻结黏土开展一系列纯应力主轴单向旋转试验,探索应力主轴方向角α旋转速度及旋转方向对冻结黏土变形特性的影响规律。结果表明:纯应力主轴旋转中,即使不改变应力幅值,也会在冻结黏土中产生塑性变形,变形过程中应变峰值滞后于应力峰值；α旋转速度会对单向旋转中冻结黏土的轴向应变及剪应变产生较大影响,存在一临界α旋转速度,在该条件下,冻结黏土能较好发挥其承载能力；α旋转方向不同改变了冻结黏土的受力过程,且冻结黏土中形变量越大,α旋转方向对其变形的发展规律影响越明显。滞回曲线特性分析表明,当α旋转速度较小时,会对冻结黏土的强度有较大影响,当α旋转速度较大时,对冻结黏土强度的影响反而会降低。α旋转方向对冻土强度的影响与所受的应力路径参数选取密切相关。