原位激发微生物矿化处理铅污染土的工程特性与环境安全性研究

随着城市化进程的加速,重金属污染场地的修复、开发和再利用日益受到社会关注。以典型重金属污染物铅为研究对象,利用原位激发微生物矿化方法探究了铅浓度对土壤酸碱度、活菌数以及尿素和铵根浓度等细菌活性指标的影响,通过测试固化土的无侧限抗压强度、渗透系数和毒性浸出浓度,评估了铅污染土的固化效果。结果表明,原位激发方法可以实现低铅浓度污染土中脲酶菌的富集,激发7d后土中活菌数最高可达到10^(9)CFU/g数量级,但高浓度的铅污染物将显著抑制微生物的生长与活性。原位激发MICP处理铅污染土的强度和防渗性均随固化时间呈增长趋势,其中40mM铅污染土固化14d的强度大幅提高,渗透系数可降低至6.5×10^(-6)m/s。铅的浸出浓度随固化时间均不断降低,低铅浓度污染土固化14 d后在中性或弱酸性环境下的浸出浓度可低于0.1 mg/L。根据固化铅污染土的工程特性与环境安全性试验结果,结合环境扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)和微生物16 s全基因组重测序等手段,揭示了原位激发微生物矿化处理铅污染土的固化机理。

碱激发矿渣-赤泥新型低碳透水混凝土性能研究

以粒化高炉矿渣与拜耳法赤泥两种工业固废作为胶凝材料,硅酸钠溶液作为碱激发剂,石灰岩碎石作为粗骨料,制备透水混凝土,研究了设计孔隙率、水胶比与骨料粒径对透水混凝土强度与透水性能的影响。结果表明:随设计孔隙率增大,试样的强度逐渐减小,但透水性能逐渐增强。最优水胶比受设计孔隙率和骨料粒径的影响,当透水混凝土设计孔隙率为15%、骨料粒径为4.75~9.50 mm时,最优水胶比为0.36,其强度较高且具有良好的透水性能。碱矿渣-赤泥透水混凝土的力学与透水性能均优于水泥透水混凝土,符合低碳绿色的发展理念。

不排水循环荷载下纤维加固砂土的超孔压及流动液化特性研究

通过对纤维加固超疏松和疏松饱和砂土开展不排水动三轴试验,分析了其超孔压发展规律和流动液化特性。结果表明,未加固超疏松和疏松饱和砂土具有较高的液化势,其在不排水循环荷载下均发生流动液化。离散纤维向砂土骨架提供加密效应和约束效应,从而提高其抗流动液化特性,然而,纤维的约束效应受到加载路径和试样应变发展模式的显著影响。纤维加固改变了饱和砂土残余孔压的发展规律,当纤维向砂土骨架施加较强的约束效应时,试样的残余孔压发展呈倒L型,明显不同于未加固砂土的S型发展。在双向非对称和单向循环荷载下,纤维应力贡献较大,砂土骨架的有效应力在超孔压上升100%后远大于0,加固试样的强度损失低于11%,纤维阻止了液化的发生。

基于CT图像三维重建的高温下再生混凝土孔隙特征研究

高温会导致混凝土微细观结构损伤劣化,进而导致混凝土力学性能下降。本工作利用计算机层析成像(CT)技术对高温后掺加玻化微珠的再生混凝土(Recycled aggregate concrete mixed with glazed hollow beads, GHB-RAC)试件孔隙结构特征进行识别,基于CT扫描与三维重构建模提取并分析了混凝土孔隙结构的特征参数,同时利用灰色关联理论探究孔隙结构特征参数对混凝土残余抗压强度的影响程度。研究结果表明,温度会影响GHB-RAC内部孔隙结构,内部孔隙孔径及表面积随温度升高而增大,温度的升高也会影响混凝土孔隙均匀性,加剧孔隙不均匀性分布;玻化微珠(Glazed hollow beads, GHB)对混凝土温度传导的阻碍作用明显,GHB的掺入改善了混凝土的孔隙结构,减弱了高温导致的孔隙畸化;孔隙尺寸、孔隙球体度及孔隙表面积与残余抗压强度的灰色关联度均在0.55以上,表明孔隙结构参数与残余抗压强度关联性较好。

三元工业废渣协同水泥固化土的基本特性和机理分析

为了资源化利用工业固废的胶凝活性以求减少水泥使用量,设置10%和20%两种固化剂总掺量,并以纯水泥固化土作为对照组,将赤泥、电石渣和磷石膏3种工业废渣部分代替35%、45%、55%的水泥。研究每种配比方案下固化土的强度、电阻率、抗渗性和浸出液pH值变化规律,并结合SEM、FTIR和XRD谱图揭示三元工业废渣协同水泥固化土的微观机理。结果表明:工业废渣代替水泥存在最优替代率问题,当固化剂总掺量为10%和20%,且三元废渣占比<45%时,力学性能优于零废渣纯水泥固化土,废渣占比达到55%时力学强度低于纯水泥固化土,且固化剂总掺量和养护龄期越大强度越高;无损化的电阻率测试技术对于强度的预测具有较高精度,浸出液的pH值随龄期的增大而降低,含废渣固化土的pH值低于零废渣固化土,不同掺量和龄期固化土的pH值均小于腐蚀性鉴别限值;三元废渣协同水泥固化土的抗渗性优于零废渣水泥固化土。微观试验结果表明固化土中生成了钙矾石、水化硅酸钙和碳酸钙等水化产物,三元工业废渣掺入能产生更多的胶结物,使固化土结构更加致密。

压实尾矿砂-膨润土混合料在填埋场覆盖系统中的防渗性能研究

【目的】为了实现固废的资源化利用,采用膨润土改良尾矿砂,探究了压实尾矿砂-膨润土混合料作为填埋场覆盖系统防渗层材料的可行性。【方法】使用标准轻型击实试验确定了不同膨润土掺量下尾矿砂-膨润土混合料的最优含水率和最大干密度,通过固结渗透试验测试了不同膨润土掺量下尾矿砂-膨润土混合料的饱和渗透系数,通过压汞试验(MIP)和电镜扫描试验(SEM)分析了试样的微观孔隙特征,最后通过数值模拟研究了压实尾矿砂-膨润土混合料在覆盖系统中的服役性能。【结果】结果表明:随着膨润土掺量的增加,尾矿砂-膨润土混合料的最大干密度先增大后降低,在10%掺量下达到最大的1.94 g/cm^(3),其渗透系数随着膨润土掺量的增加而降低,在膨润土掺量达到10%时,其k_(s)=5.61×10^(-10) m/s,满足防渗层渗透性要求(即k_(s)≤10^(-9) m/s),此时,10 cm厚度的防渗层即可满足年渗漏量低于30 mm/年的规范要求,同时设置一定的坡度和侧向导排作用可有效降低覆盖系统的渗漏量。

基于纤维加固砂土静力液化评估的超孔隙压力系数研究

纤维加固技术通过向土体中添加离散的抗拉纤维以改良土体的力学性能。通过对纤维加固疏松砂土开展不排水三轴压缩试验以分析其静力液化行为,并对比了不同超孔隙压力系数评估纤维加固砂土液化的可行性。试验结果表明,在不排水三轴压缩下,疏松砂土对静力液化异常敏感,而纤维加固可以有效阻止疏松砂土发生静力液化。纤维显著改变了砂土骨架在不排水三轴压缩下的有效应力路径,从而影响其液化行为。基于有效应力原理定义的传统超孔隙压力系数ru在评估纤维加固砂土的液化时具有明显缺陷。有效超孔隙压力系数r_(u)’和骨架超孔隙压力系数r_(u)^(*)为纤维加固砂土的液化评估提供了更加合理的指标。借助基于混合物法则的本构模型框架,骨架超孔隙压力系数引入了纤维的应力贡献,揭示了纤维、砂土骨架以及孔隙水的荷载分担机制。当r_(u)^(*)=1时,砂土骨架的有效平均应力减小为0,纤维加固砂土发生液化。

基于电阻率表征的固化镉污染土的力学特性

【目的】探寻固化重金属污染土的力学性能的间接测量评估方法。【方法】采用电阻率-无侧限抗压强度联合测试方法,研究了固废固化重金属镉污染土试块的力学和电学特性。【结果】结果表明:赤泥-电石渣-磷石膏固化镉污染土体具有较高的强度,其峰值应力和破坏应变均随龄期增大而提高;固化土具有稳定的强度-电阻率变化规律,二者具有良好的线性关系;通过分析应力-应变-动态电阻率曲线,发现动态电阻率与应变具有良好的幂函数关系,将动态电阻率替代应变软化模型中的应变,建立了力学的电学表征模型,经对比验证,吻合度较高,表明用动态电阻率变化值表征固化土受力和变形状态具有较高的可信度。

骨盆影像学测量预测直肠癌手术难度的研究进展

全直肠系膜切除术(total mesorectal excision,TME)是直肠癌的标准手术方式之一,其手术难度较高。由于骨盆固定的骨性结构,盆腔手术空间有限,直肠癌尤其是中低位直肠癌的外科手术变得复杂。肿瘤距肛缘越近,手术视野和手术空间越小,手术时间就会越长,术中副损失和术后并发症的发生率就会越高,手术难度也越高。最近的研究发现,几种解剖学骨盆测量值与手术难度之间存在关联,可以用骨盆影像学测量来预测TME的技术难度和结果,并确定是否可以对特定的患者优化手术方法。本文对骨盆影像学测量预测直肠癌手术难度的研究进展进行综述。

PGA可降解材料作为钻完井液暂堵剂实验研究

聚乙醇酸(PGA)具有良好的环保特性,通过高温浸泡前后PGA力学性能、颗粒粒径、分子热稳定性和晶体致密度等参数分析,研究了PGA在水相及油相环境中的热稳定性,评价了PGA作钻完井液暂堵剂的应用潜力。结果表明PGA理化性质受钻井液液相环境和温度的影响较大。对水基钻井液而言,100℃高温水相环境下PGA分子受pH值影响降解生成低聚物,分子热稳定性降低、力学强度下降,表现为强酸(pH<5)及强碱(pH>9)环境加速降解,且强碱条件下降解快于强酸环境。高温油相环境导致PGA颗粒先溶胀后出现剥落、破碎现象,本体由塑性向脆性转变,抗拉及抗压强度出现一定程度下降,PPA封堵实验显示油相环境中8 d内具有良好的封堵效果。与水基钻井液相比,暂堵剂PGA更适合在油基钻井液中使用。

赤泥改性生物炭修复铅污染土性能研究

土壤的重金属污染是制约社会可持续发展的重要环境难题,在“双碳”背景下,本文通过共热解制备赤泥改性生物炭(RMBC),研究RMBC对铅污染土的理化性质、修复效果和工程特性的影响。结果表明,RMBC可以增加铅污染土的pH值并降低其电导率(EC)值。RMBC的掺量越大pH值越高EC值越小。通过盐酸萃取浸出毒性发现随着RMBC掺入量和修复时间的增加土中Pb(II)浸出浓度越低,7%掺量的RMBC对重金属铅污染土的修复效果最好。此外,RMBC的掺入可以增加土体的密实度在一定程度上提高土的承载能力和抗渗能力。借助微观分析揭示了RMBC的修复机理包括络合作用、离子交换和沉淀反应。赤泥改性生物炭能够有效吸附-固定土中的重金属离子,并改良土体的相关性能,在污染修复和工程应用方面具有潜力。

一种抗高温高密度盐水钻井液体系优选及性能评价研究

针对塔里木盆地中西部地层结构复杂、埋深大、温度高、易垮塌、易漏失等问题,利用扫描电镜、X射线衍射对该地区岩性进行分析,明确适合该地区钻井液性能需求,进而通过对抑制剂、降黏剂、封堵剂、润滑剂等优选,构建适合该地区的抗高温高密度盐水钻井液体系。结果表明,该地区矿物以伊/蒙混等黏土矿物为主,水敏性强,需要构建具有强抑制性、强抗盐性、密度2.0g·cm^(-3)、抗温180℃的盐水钻井液体系,其配方为:清水+1.5%钠土+1.5%凹凸棒土+15%Na Cl+5%KCl+1.8%HPL-3+1.0%LV-PAC+4%SMC+6%SPNH+0.5%HPA+2.5%RHJ-3+1.5%KHm+1.5%水基润滑剂Ⅱ型+重晶石,对其抗温性、抑制性、抗污染性进行评价,认为该钻井液可以很好地满足塔里木盆地中西部钻井工艺需要,对保障塔里木盆地中西部深井、超深井施工安全和顺利钻进具有指导意义。

钢纤维混凝土栓钉-橡胶组合连接件抗剪刚度分析

为建立钢纤维混凝土(steel fiber reinforced concrete,SFRC)栓钉-橡胶组合连接件抗剪刚度设计计算方法,结合已有文献推出试验,采用ABAQUS显式准静态求解技术进行非线性有限元分析,仿真计算结果与文献推出试验结果基本吻合。以橡胶套高度、橡胶套厚度、混凝土强度和栓钉直径为影响参数,分析组合连接件抗剪刚度变化规律,并结合现有栓钉抗剪刚度计算式拟合出SFRC栓钉-橡胶组合连接件抗剪刚度设计计算公式。结果表明:ABAQUS显式准静态求解技术能较好地实现组合连接件推出试验数值模拟;采用橡胶套包裹栓钉后会大幅降低连接件抗剪刚度,抗剪刚度最大降幅约为60%;当橡胶套高度为25 mm、厚度为2.5 mm时,即可显著降低连接件抗剪刚度;钢纤维混凝土强度对抗剪刚度影响较小;组合连接件抗剪刚度与栓钉直径近似呈正比关系;提出的抗剪刚度设计计算式能较准确预测钢纤维混凝土栓钉-橡胶组合连接件抗剪刚度,为工程设计提供参考与借鉴。

案例综述

文言文教学内容本应是一个“文”“言”相统一、相融合、相制约和相促进的有机结构体,但在实际教学内容选择上却出现了两个极端:一是着重于“文”,主要讲解文学和文化方面的内容,出现了人文性追求上虚高和偏离的倾向;一是着重于“言”,将文本拆解,逐字分析,逐句翻译,教学内容零碎化、琐碎化,缺乏结构性和层次性。无论上述哪一种教学选择倾向,都不是基于学生视角,都没有理解学生“现在在哪里”“要到哪里去”“需要什么样的资源和方式”“是否真的到那里了”。

干湿循环作用下聚合物改性膨润土渗透特性研究

由于温度和降雨的季节性变化,填埋场覆盖层中的膨润土防渗材料会受到干湿循环作用,导致膨润土的防渗性能减弱甚至失效。本文采用自主研发的聚合物改性膨润土进行干湿循环作用下的渗透试验和一维膨胀试验,研究了聚合物改性膨润土的耐干湿循环性能;并结合XRD、离子浓度分析等微观测试方法分析了聚合物改性膨润土的改性机理和膨润土特性随干湿循环的变化机理。结果表明:聚合物改性膨润土在CaCl_(2)盐溶液中经历5次干湿循环后,渗透系数仅升高1个数量级,且比钠化钙基膨润土在经历相同循环次数后的渗透系数低5个数量级,证明了本文聚合物改性膨润土具有良好的耐干湿循环性能;钠化钙基膨润土在第6次干湿循环时几乎完全丧失了膨胀能力,而聚合物改性膨润土表现出显著更高的膨胀能力,因此可愈合干燥阶段形成的裂缝;聚合物改性膨润土的改性机理是聚合物对蒙脱石晶层进行插层与接枝、堵塞膨润土粒间孔隙。

基于CPTU测试的砂质与粉质土液化概率模型与评价方法研究

无黏性土的液化与孔隙水压力密切相关,能直接测试孔隙水压力的孔压静力触探(CPTU)原位测试技术在土体液化势评价方面具有独特的优势。采用严格的数学方法推导了基于CPTU测试技术的液化概率评价模型。新的概率模型以映射函数的形式表示,该映射函数将液化概率P_(L)与基于CPTU的确定性模型中得到的安全系数F_(s)相关联,其中CPTU确定性模型是通过核极限学习机算法和稳健搜索技术建立的。该新的概率性模型考虑了模型固有的不确定性和参数的不确定性,同时对该概率模型进行对比分析。结果表明:当安全系数F_(S)为1时,液化发生的概率P_(L)为15.2%。该新模型的明显优势在于它直接使用CPTU数据,更符合液化行为现象,同时适用于砂质土和粉质土。该新模型无需钻孔取样室内试验,即可进行完整的液化评估或初步筛选。最后用中国唐山地震液化案例说明所提新概率模型考虑模型和参数不确定性的应用。

聚合物改性膨润土在阻隔屏障中酸碱盐条件下的防渗效果

【目的】聚合物改性膨润土可显著提高膨润土在高盐、强酸、强碱等侵蚀性环境下的防渗性能,实现更有效的污染管控。研究了基于聚合物改性膨润土的防渗材料在土工合成黏土衬垫GCL、竖向阻隔墙及覆盖系统等防污屏障中的渗透特性。【方法】采用自主研发的聚合物改性膨润土,按各类防污屏障的应用要求进行制样,通过渗透试验研究了防渗材料在酸、碱、盐等不同溶液中的渗透系数;并结合XRD、FTIR和SEM等微观测试方法对聚合物改性膨润土的层间结构、孔隙结构和微观形貌特征进行了表征分析。【结果】试验结果表明:未采用聚合物改性的膨润土在侵蚀性溶液中防渗性能大幅劣化(如,在3.4%的NaCl溶液中的渗透系数高达2.76×10^(-7)m/s),而聚合物改性膨润土在高盐、强酸、强碱溶液中可依然保持极低的渗透系数(如聚合物含量≥10%时,在3.4%的NaCl溶液中的渗透系数<10^(-11)m/s,降低了4个数量级),表现出良好的抗高盐、耐强酸/碱能力。微观表征分析表明,添加的单体按预期成功在膨润土浆液中聚合,所形成的聚合物扩大了蒙脱石片层间距,增大了膨润土在侵蚀性溶液中的膨胀性,并填塞膨润土颗粒间的孔隙,形成具有狭小渗流通道的致密结构,从而有效提高了改性膨润土在侵蚀性环境下的防渗性能。

固废再利用的填埋场土质覆盖系统防渗与隔氧性能

为了促进固废资源化利用,提出了一种中和渣固废再利用的新型三层土质覆盖系统。采用自主研发的土柱试验系统和数值模拟方法,研究了所提出的覆盖系统的防渗隔氧性能。研究结果表明:为期75 d的监测期内,中和渣防渗层含水率无明显变化(<2%),在50年一遇的强降雨作用下未发生底部渗漏;中和渣层饱和渗透系数ks和初始饱和度S0对覆盖层防渗隔氧效果有显著影响,随着ks从3.5×10^(-10)m/s增加到3.5×10^(-7)m/s,降雨条件下累积渗漏量增加了339倍,随着S0从0.4增加到0.95,干燥条件下累积氧通量减少了94%。所提出的覆盖系统在无需土工膜的情况下可有效阻隔雨水渗入和氧气入侵,在湿润气候区年降雨量高达1820 mm条件下,累积渗漏量仅为27 mm,全年累积氧通量为5.5 g/m^(2)。

聚合物改性膨润土对钢渣渗滤液及其Cr(Ⅲ)离子的阻隔与吸附特性研究

【目的】针对传统膨润土防渗衬垫在侵蚀性环境中防渗性能会大幅劣化的难题,自主研发了一种聚合物改性膨润土。【方法】通过渗透实验研究了聚合物改性膨润土对高盐溶液、强碱溶液和实际钢渣渗滤液的渗透系数,并采用Batch吸附实验探究了吸附时间、溶液pH值和溶液浓度对聚合物改性膨润土吸附钢渣渗滤液中Cr(Ⅲ)离子的影响。【结果】实验结果表明:未改性的钠化钙基膨润土对侵蚀性溶液的刚性壁渗透系数高达1×10^(-8)m/s,而聚合物改性膨润土对高盐、强碱和钢渣渗滤液的柔性壁渗透系数均小于1×10^(-11)m/s,且刚性壁渗透系数约为3×10^(-11)m/s,在高盐、强碱等侵蚀性环境中表现出更优越的防渗性能。【结论】聚合物改性膨润土对Cr(Ⅲ)的吸附量随着吸附时间、溶液pH值和溶液浓度的增加而增加。钠化钙基膨润土和聚合物改性膨润土对Cr(Ⅲ)吸附符合准二阶吸附动力学模型;Langmuir等温吸附模型更好地描述了钠化钙基膨润土和聚合物改性膨润土对Cr(Ⅲ)的吸附特性。

赤泥-黄土协同净化含Cd(Ⅱ)酸性矿井废水

为改善固体废弃物赤泥(red mud, RM)对含Cd(Ⅱ)酸性矿井废水(acid mine drainage, AMD)的净化能力,采用RM和天然黄土(loess, L)协同处理含Cd(Ⅱ)-AMD。通过批试验探究了RM和L的质量比、初始pH、接触时间、投加量和颗粒粒径对RM和L混合材料(RM-L)处理AMD效果的影响。结果表明:L显著改善了RM-L对酸性溶液的pH缓冲能力,降低碳酸盐结合态Cd(Ⅱ)的占比。RM-L协同处理含Cd(Ⅱ)-AMD的最优质量比为7∶3。增加最优质量比下RM-L(RM-L73)的投加量和减小RM-L73的颗粒粒径均能够提高Cd(Ⅱ)的去除效率。对于初始浓度为100 mg/L和初始pH=3的AMD,8 g/L的RM-L73对Cd(Ⅱ)的去除率可达99.2%,并能够将AMD的pH提高至8.0。通过扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)和X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)发现RM和L混合后的RM-L73颗粒具有良好的分散度,RM-L73中的方解石和硅铝矿物对AMD的中和以及Cd(Ⅱ)的去除发挥重要作用。