波浪与抛石潜堤相互作用的MPS法数值模型研究

为了研究波浪与抛石潜堤相互作用过程中大自由表面变形和堤内渗流等强非线性紊流运动问题,利用改进的MPS法,建立了模拟波浪与抛石潜堤相互作用的MPS法数值计算模型。模型将抛石潜堤假定为均质多孔介质,采用Drew的二相流运动方程描述多孔介质内外的流体运动;通过在动量方程中增加非线性阻力项,并引入亚粒子尺度紊流模型,模拟波浪与可渗结构物相互作用过程中的紊流运动。选取“U”型管中多孔介质内渗流过程和孤立波与可渗潜堤相互作用两个典型的渗流问题,通过将数值计算结果与理论解和实测值的对比分析,对所提出的MPS法紊流渗流模型的模拟精度进行验证。结果表明：基于改进的MPS法构建的垂向二维紊流渗流模型可以很好地再现 “U”型管中多孔介质内渗流以及波浪作用下可渗潜堤内外的复杂流场,显著缓解流-固界面处的压力震荡与粒子分布不均匀问题,实现了较高的模拟精度。     

天津地区生态沟渠不同植物配置对氮磷去除效果研究

为筛选适宜天津地区的生态沟渠及提高其净化效果,设置了2组沟渠植物配置试验,研究不同植物配置模式下沟渠氮磷去除效果。结果表明:在沟底种植不同水生蔬菜中,空心菜(Ipomoea aquatica)对氮磷的净化作用较好,总氮、总磷的去除率分别为49.00%、56.05%。在沟壁种植不同护坡植物中,水葱(Scirpus validus)对氨氮、总磷的拦截较好,去除率分别为40.74%、45.24%,显著高于油莎草(Cyperus esculentus L.)和梭鱼草(Pontederia cordata)。综合比较2组植物配置模式的沟渠,以空心菜(沟底)+水葱(沟壁)植物配置的生态沟渠氮磷去除效果最佳,总氮、硝态氮、氨氮和总磷的去除率分别为49.00%、59.04%、43.91%、56.05%。该植物搭配生态沟渠是适宜天津地区治理氮磷污染的一种可行模式,研究成果将为治理天津地区面源污染提供技术指导。     

重金属铜离子在分层土壤中的迁移机制

以重金属铜离子为研究对象,设计了包含黏土防护层、壤土运移层、竹炭(碳粉)净化层组成的复杂室内大土柱(直径Φ=280 mm)模型。在重金属铜离子运移试验研究的基础上,着重分析了铜离子在具有复杂分层结构土柱模型中的迁移规律。结果表明,黏土对铜离子的吸附阻滞作用显著高于壤土,阻滞效率在91%左右。经黏土阻滞后,碳粉净化层与壤土层自净效率约占7.5%,显著降低了模型出口铜离子残余量(可降至总量的0.45%)。对设计研究模型,试验结果充分体现出黏土吸附阻滞作用为主、碳粉净化作用为辅的显著特性。因此,如将此理念推广至地下水环境保护实践,则可简称之为"以防为主,以治为辅"的地下水环境保护理念。     

碳酸镁与镉离子的吸附和沉淀作用研究

以碳酸镁为吸附剂,在镉离子初始浓度为0~6 mmol/L,初始pH值为4和7的条件下,研究了碳酸镁与镉离子的吸附与沉淀作用。结果表明,由于碳酸镁的溶解及与体系中氢离子的中和,碳酸镁—镉体系的最终pH值为10.4左右;体系的平衡pH值随着镉离子初始浓度的增加而减小;体系中镉的平衡浓度随着初始镉离子浓度的增加缓慢上升;碳酸镁对镉的吸附等温线为折线型,不符合Freundlich和Langmuir模型,符合伪二阶吸附动力学模型。结合碳酸镁吸附镉前后固相表征的结果,说明碳酸镁与镉离子的作用机制随着镉离子浓度的增加,从离子交换发展为离子交换和表面配位反应并存,最后表现为表面沉淀。     

冻融循环作用下尾矿砂抗剪强度和变形特性研究

为探究冻融循环后尾矿物理力学特性的变化特征,使用高低温试验箱和应变控制式三轴剪力仪对处于不同初始条件下的尾矿砂进行不排水不固结试验,揭示了尾矿砂的抗剪强度参数、不同围压条件下的变形模量与冻融循环次数、含水率之间的关系。结果表明:相同含水率条件下,随冻融循环次数增加,尾矿砂黏聚力先减小后趋于稳定,内摩擦角先增大后减小,围压100 k Pa和200 k Pa时变形模量逐渐减小,围压300 k Pa时变形模量呈现先减小后缓慢增大的趋势;相同冻融循环次数条件下,随尾矿砂含水率增加,其黏聚力先增加后减小、内摩擦角不断减小;不同围压条件下变形模量在总体上均呈现出不断减小的变化趋势,围压200 k Pa时变形模量总的衰减量最大,100k Pa次之,300 k Pa最小。     

化学环境下的应力-渗流耦合对尾 矿库稳定性影响试验

通过扫描电镜（FE-SEM）、能谱分析（EDX）、X射线衍射（XRD）、LMS-30激光粒度分析等室内试验探究了尾矿库内存在的酸、碱离子对尾矿颗粒的沉降、微观形貌、物质组成以及粒径级配的影响;建立酸、碱影响下的孔隙比与渗透系数的数学关系模型,并将建立的模型用来表征尾矿库内的应力渗-流场两场耦合机制,实现代入有限元计算软件的目的。结果表明:化学因素的存在影响着尾矿颗粒的多项性状,酸性环境下尾矿颗粒发生溶蚀,部分金属元素流失;碱性环境下尾矿颗粒间生成胶结物质,孔隙出现以含氢氧化铁为主的絮状、团簇状堵塞物,改变了渗流速度;尾矿库内浸润线高度在碱性、中性、酸性环境下依次降低,而渗流速度依次升高。     

基于情感思维的安全管理模式研究

为促进安全管理,提高效率与效果,对基于情感思维的安全管理进行研究,将情感思维融于安全管理,基于情感思维的定义、内涵及功能,具体分析安全管理中情感思维的功能及其功能综合作用,建立安全管理中情感思维功能作用理论模型;根据该理论模型分析情感思维驱动力及强化作用及其对安全目标实现的影响;建立基于情感思维的安全管理设计模式,最后提出优化安全管理的措施与方法,以促进安全管理的实施。研究表明:基于情感思维的安全管理研究,能较好地体现安全管理人本原理,发挥情感的能动作用,将理性融入其中与情感进行平衡,实现安全管理的优化。     

3种浮床植物系统对富营养化水体净化效果研究

研究了风车草(Cyperus alternifolius)、菖蒲(Acorus calamus)和富贵竹(Dracaena sanderiana)3种浮床植物系统对富营养化水体净化效果,试验共持续35 d。结果表明,在水温24～30℃条件下,风车草和菖蒲生长良好,生物量大,而富贵竹生长较差,生物量增加少;3种植物对NH_4~+-N的去除率分别为76.8%、85.5%和53.6%,对TN的去除率分别为69.1%、66.2%和54.4%,对TP的去除率分别为76.9%、84.6%和61.5%,对PO_4~(3-)-的去除率分别为91.7%、91.7%和75%,对真实色度有明显的去除效果;3种植物对氮磷和真实色度去除效果与对照之间均达到显著差异(P0.05),自然沉淀是浊度去除的主要原因,植物吸收同化作用是NH_4~+-N去除的主要途径,植物吸收是溶解性磷去除的主要途径。试验表明,风车草和菖蒲对富营养化水体中氮磷和真实色度有较好的去除效果,可作为富营养化水体治理的优良物种而推广使用。     

湿式纤维层非稳态过滤净化阻力的研究

在干式纤维层过滤净化阻力的理论基础上,提出清洗水均匀分布于纤维丝表面的基本假设,使湿式过滤中对液滴、液膜、液珠的分析简单具体化。并通过实验结论归纳出净化阻力随时间的变化规律,导出湿式纤维层非稳态过滤净化阻力的表达式,并用实验验证了其准确性。