消防用液氮泡沫长距离输送流动特性实验研究

针对石化企业火灾处置需求,开展了多组液氮泡沫长距离输送实验,分析了液氮泡沫在静置和输送状态的析液与再发泡过程,提出了液氮泡沫在消防管线内再发泡物理模型(P-S模型),指出消防管线内的逸散气体、液滴、相邻气泡间瞬态压力差、气泡间空间等是液氮泡沫再生成的必要条件,揭示了消防管线内液氮泡沫析液-发泡-再析液-再发泡的循环机制,提出了液氮泡沫输送动力强度概念。实验结果证明液氮泡沫在消防管线内能输送1 000 m距离,液氮泡沫在DN80的消防水带内输送400 m时出现“长管阻力效应”,输送更远距离需要的输送动力强度将增加2～3倍;输送液氮泡沫的动力强度是输送泡沫混合液液体的1.5～1.9倍;对相同的液氮泡沫输送流量,在消防管线流通面积增加1倍后,输送动力强度降低69%。为向火灾现场远距离输送大流量液氮泡沫,应采用大管径消防管线高压输送。     

环境足迹驱动的物质代谢强度及效率测度研究：以京津冀城市群为例

该文基于水-碳-生态足迹和IPAT-LMDI扩展模型,探究了京津冀城市群水资源-能源-土地资源系统的物质代谢强度及驱动因子,并结合DEA-SBM模型和Malmquist指数剖析了城市群物质代谢效率的演变特征。研究结果表明：城市群水资源代谢强度有所放缓,能源代谢强度在2013年出现拐点后逐渐降低,而土地资源代谢强度则在2007年后逐渐增加;城市群及不同功能区的整体物质代谢压力指数均值超过50,基本处于不可持续状态。经济富裕程度与人口规模是物质代谢压力指数增加的主要原因,科技发展水平则具有反向抑制作用,生态环境缓解效应的影响具有空间差异性。城市群物质代谢效率增幅不显著,具有较大提升空间,中部核心区的代谢效率水平明显高于西北部生态涵养区。     

铅冶炼水淬渣中金属源释放特征及影响因素

固废中金属源释放机理和特征研究对于环境管理和环境风险防控具有重要意义。采用连续浸出和渗流释放方法,分析了铅冶炼水淬渣中金属元素在不同pH、液固比以及溶解性有机质(DOM)条件下的释放特征。结果表明,铅冶炼水淬渣中含有Cr、Co、Cd、Ni、Mo、Zn等重金属,Al、Li含量也较高。液固比影响金属释放率,总体上液固比越大释放率越大。金属种类和释放率受pH影响显著,在pH=4.5时有Cd、Zn、Mo和Ni溶出;而在pH=7.0时只有Mo溶出,累积释放率也低于pH=4.5时。在相同pH下DOM促进了Mo释放。在实际场景中,应加强含金属类固废全生命周期的风险管控。     

降雨入渗条件下双层非饱和土边坡渐进性破坏数值分析

为了研究降雨入渗引起的双层非饱和土边坡的破坏机理,提出了渗透变形水-土-气三相耦合的有限元数值分析方法。计算程序中通过采用合理的非饱和土弹塑性本构模型,使其可描述双层非饱和土边坡在降雨入渗时的渗透-变形耦合力学特性变化,进而更加清晰明了地阐述非饱和土边坡的破坏机理。以2层不同湿密度的非饱和砂土边坡的模型实验作为研究对象,采用所提出的数值计算方法对不同降雨强度(50、100 mm/h)与双层坡角(59°和68.3°)等4个工况进行了数值模拟分析。与试验结果对比可知,数值模拟结果可以很好地再现试验观测现象,包括不同工况下的孔隙水压力变化、破坏时间。计算结果表明：1)由于2个土层的透水系数有所差异,水在2个土层之间的水分迁移较为缓慢。2)坡角越小(59°)或者降雨强度越小(50 mm/h),边坡破坏所需要的时间越长。3)在降雨过程中塑性破坏是从边坡左侧的坡趾附近开始,逐渐延伸至坡顶,最后形成一条贯穿整个边坡的塑性剪切带。4)边坡左侧的土体整体沿着滑动带向下滑动。在降雨强度较大(100 mm/h)的情况下,边坡滑动的规模相对较小。     

场地⁃隧道⁃地上建筑结构体系地震响应的振动台试验∗

在土体?结构体系动力响应研究中,输入地震动特性是必须考虑的关键因素。分别考虑地震动的频谱特性差异和速度脉冲特征,选取了两条不同类型的地震动加速度记录及一条人工合成地震动时程作为输入地震动,设计并开展了隧道与地上建筑结构体系模型的振动台试验,基于试验数据分析了地震动频谱与速度脉冲特性对隧道与地上建筑结构动力响应的影响。结果表明：场地?隧道?地上结构体系地震响应中,隧道与地上结构的相互作用效应显著,地上结构的存在对地下隧道地震响应的较高频响成分有更显著的影响;相互作用效应显著地受到场地输入地震动频谱特性的影响;输入地震动的速度脉冲特性对隧道响应的影响主要表现在较高频范围,而对地上结构响应的影响不只表现在较高频范围,对周期 1.0~2.0 的频率范围的响应也具有明显增大作用。     

端承桩‑土动力相互作用的频域子结构分析方法∗

对动力荷载作用下桩‐土相互作用问题,将桩和结构等效为一维杆、土体假定为黏弹性介质,提出了一种桩‐土动力相互作用的频域子结构分析方法。首先,基于连续介质力学方法,通过引入势函数对土体振动方程进行解耦, 根据边界条件推导桩周土体位移和应力的表达式,并结合桩‐土耦合连续性条件推导出均质土体中水平抗力表达式。之后,基于有限元方法将桩和结构采用梁单元离散,进一步通过有限元离散得到土体水平抗力与桩位移之间的动力刚度矩阵,并将其与桩和结构的动力刚度矩阵耦合形成耦合有限元方程,从而建立了结构‐桩‐土体系动力响应的频域子结构模型。最后,通过 Abaqus 软件中的三维有限元模型对该方法进行了验证;利用提出的模型分析了土体动力刚度、土体阻尼和土体模型等对结构动力响应的影响,并分析了地震动一致和非一致激励对结构地震响应的影响。     

循环荷载下煤矸石路基填料动力特性及骨干曲线模型研究

煤矸石作为煤矿建设和煤炭生产过程中所产生的废弃物,排放量与存储量巨大,将其用作路基填料,可产生较大的经济、社会和环境效益。通过大型动静三轴试验分析了循环荷载作用下煤矸石路基填料的动力特性,并对其骨干曲线的计算模型进行了深入研究。结果表明：循环荷载作用下煤矸石路基填料的骨干曲线并非呈现出良好的双曲线变化规律,试样的动应力随着动应变的增大而增大;随着围压的增加,试样破坏时的动应力与动应变均逐渐增大。基于动力特性试验结果,采用修正的Hardin-Drnevich模型分析了循环荷载作用下煤矸石路基填料的骨干曲线,分析表明：修正的H-D模型能取得更好的效果。在此基础上,建立了考虑围压效应的煤矸石路基填料骨干曲线计算模型。分析了循环荷载下煤矸石路基填料的动强度、动黏聚力等动力参数,求得了基于修正H-D模型的动弹模量计算公式,分析了循环荷载作用下煤矸石试样动弹模量与阻尼比的变化规律。     

地震动作用下隧道洞口段破坏特征试验研究∗

为研究山岭隧道洞口段在地震动力作用下对边坡变形特征及其二者之间的相互影响,以宝兰客专某黄土隧道为工程背景,开展了大比例尺的黄土隧道洞口段大型振动台模型试验,输入不同类型的地震动参数,分析在地震动力作用下黄土隧道洞口段的动力响应及变形破坏特征。结果表明：(1)随着地震动强度的增大,模型表观和内部经历了弹性阶段、弹塑性阶段和破坏阶段;(2)阿里亚斯强度(Arias Intensity)的水平与垂直分量的放大系数云图呈现颜色区域互补状态,能量衰减区集中在洞口拱顶附近的围岩,仰拱底部 1~4.50 倍洞径和拱顶 2.50~4 倍洞径围岩范围则为能量加强区;(3)不同地震波形、相同加载方向,加速度水平、垂直分量的峰值连线线形相似,个别测点的加速度峰值突出到线形之外,峰值出现时刻明显提前或滞后,说明围岩发生较大的塑性变形或破坏;(4)单向加载时,拱顶、仰拱底部围岩沿隧道进深方向的加速度放大效应基本一样,沿垂直方向的放大系数连线的台阶式变化更为明显。双向耦合加载时,拱顶、仰拱底部围岩的放大系数连线的台阶式变化都较为明显。     

冻融循环作用下西宁地区黄土动力特性试验研究∗

黄土作为一种广泛分布在青海省境内的特殊土,长期承受冻融循环与地震荷载的双重影响,其地震易损性和水敏性的问题一直被广泛讨论。为寻求黄土在冻融循环和动荷载耦合作用下动力特性的变化规律,以西宁地区黄土为研究对象,施加正弦波形式的循环动荷载,开展动三轴试验,分析了围压、冻融循环次数和动剪应变幅值 γ_d对黄土的骨干曲线、动剪切模量 G_d、动剪切模量比 G_d/G_{d max}及阻尼比 λ 的演变规律。结果表明：黄土的骨干曲线在经历 6 次冻融循环后趋于稳定,可将骨干曲线的发展过程分为弹性阶段和弹塑性阶段;分别采用 Hardin?Drnevich 模型和改进的 Hardin?Drnevich 模型对动剪切模量曲线进行拟合,发现用改进的 Hardin?Drnevich 模型拟合动力参数效果较好;随着围压的降低,G_d/G_{d max}?γ_d关系曲线分布更为分散且有逐渐减小的变化趋势;随着 γ_d的增大,λ 不断增大,且土体在各围压条件下,经历不同冻融循环次数后,G_d/G_{d max}和 λ 存在最大值和最小值。该研究初步掌握了青海地区黄土在冻融循环作用下的动力学参数,研究成果可为寒区抗震设计提供设计参考。     

爆炸荷载下钢箱梁桥动力响应机理与关键参数研究∗

为了探讨钢箱梁桥在爆炸荷载下的动力响应机理及关键参数对其影响规律,基于流固耦合方法,建立了钢箱梁桥、空气和炸药有限元模型,分析了爆炸荷载下钢箱梁桥动力响应机理。随后针对钢箱梁桥的关键参数,分析了各参数对钢箱梁桥的动力响应影响灵敏度,提出了钢箱梁桥在抗爆设计时参数选取规律。研究结果表明：在爆炸荷载作用下,钢箱梁桥的破坏主要分为三阶段。钢材性能由 Q345 提高为 907A 钢,钢箱梁桥的凹坑深度和塑性变形区面积减小了 33.91% 和 27.93%;截面形式和爆炸位置两个关键参数的改变涉及纵横隔板对主要迎爆区薄弱位置的加固,能够明显提高钢箱梁桥的抗爆能力。比例距离 0.1 m/kg^1/3 ,爆炸位置相同,约束形式由简支改为固支,对钢箱梁桥抗爆性能提升几乎无影响。