冻融循环下玄武岩纤维混凝土冲击力学性能预测模型

冻融循环下纤维混凝土的劣化规律是寒区服役混凝土工程安全性和耐久性评价的重要依据,现有服役混凝土工程的安全性和耐久性评价的研究具有工作量大、成本高、周期长等特点,构建基于机器学习的高精度力学性能预测模型已成为本领域研究热点。为探究冻融循环后玄武岩纤维混凝土冲击力学性能的高精度预测模型,采用SHPB装置对冻融循环后BFRC开展动态冲击压缩力学性能试验,并构建机器学习-Optuna混合预测模型,对60组以玄武岩纤维体积掺量、冻融循环次数、动荷载冲击速度为影响因素建立的动态峰值应力样本数据集进行预测。结果表明:k近邻、Lasso、多层感知机、极度梯度提升树和随机森林5种经典机器学习模型的预测准确度均较高,说明机器学习算法对于冻融循环后BFRC动态力学性能预测具有良好的预测效果,其中随机森林算法为最优预测算法;RF-Optuna混合预测模型显示出0.9754的拟合优度,具有良好的预测精度;非数据集工况预测表明,该混合模型对于各影响因素均具有良好泛化能力。研究成果可为冻融循环条件下BFRC动态力学性能的快捷精准预测提供参考。

基于数字孪生的老旧建筑结构安全性定量预测方法

为提高对老旧建筑的安全分析能力,提出一种基于数字孪生的老旧建筑结构安全性定量预测方法,通过老旧建筑结构风险要素辨识搭建智能监测系统,监测建筑关键结构初步判断安全状态,将监测数据作为外部参数输入模型中进行数值模拟,定量预测建筑的破坏部分和破坏程度;以西安某具有70多年历史的老旧建筑为例进行验证,根据工程实际设计监测方案,对其进行为期2年的结构安全监测;使用Revit软件建立该建筑的数值模型并导入到ABAQUS中,将监测数据作为外部参数输入数值模拟,并假定监测数值超过沉降阈值进行定量预测建筑破坏情况。结果表明:该老旧建筑目前处于安全状态,假定建筑沉降值超过安全阈值,则楼梯前侧结构发生破坏的可能性增加。验证了基于数字孪生技术将实时监测数据和数值模拟相融合的定量预测方法,对老旧建筑整体及局部结构安全性分析判断有较高的可行性。

Mo掺杂二维VS_(2)吸附有毒气体的理论研究

NO_(2)、NH_(3)、芥子气和沙林是具有代表性的化学毒剂,它们扩散快毒性强,因此实现学术界和工业界对它们的快速检测极为重要.本文使用密度泛函理论研究发现过渡金属Mo原子可以稳定掺杂在二维VS_(2)结构中的S空位上,且掺杂结构与NO_(2)、NH_(3)、沙林和芥子气之间具有较强的相互作用,进一步影响VS_(2)对NO_(2)、NH_(3)、沙林和芥子气的气敏性.本文通过吸附能、吸附距离、Mulliken电荷,差分电荷密度,能带图与态密度分析等进一步揭示了影响机理,并依据电导率、能带等计算结果对4种气体进行区分.因此Mo原子掺杂的VS_(2)结构可以有效吸附有毒气体,该研究可以为实验研究者提供充足的理论依据.

不同恒温时间加热下花岗岩冲击压缩力学特性及破碎特征

为研究不同恒温时间的实时高温作用对花岗岩冲击压缩力学特性与破碎特征的影响,开展了高温时SHPB冲击压缩试验及筛分试验。首先,将花岗岩加热到700℃并进行0、30、60、90及120 min这5种不同时间的恒温热处理;其次,不对试样做冷却处理,利用同步对杆装置进行高温时SHPB试验,收集破碎试件并开展筛分试验;最后,结合抗压强度、分形维数等数据,分析花岗岩的力学特性及破碎特征。研究结果表明:恒温时间对花岗岩动态抗压强度影响较大,试件抗压强度随恒温时间增加而呈明显下降趋势;花岗岩破碎程度随恒温时间增加而不断加剧,表现在破碎试件中细块数量逐渐减少,细粒数量不断增多。不同恒温时间加热下花岗岩冲击压缩破坏的分形维数集中在2.2~2.7之间,且与恒温时间呈现正相关关系。实时高温作用下花岗岩动态抗压能力与宏观破碎分形特征均具有明显的应变率强化效应。

高温-水冷循环作用对花岗岩冲击压缩力学性能的影响

干热岩开采等实际工程中高温-水冷循环和强扰动加剧了岩体力学性能的劣化,极易影响工程安全性和经济性。为研究高温-水冷循环作用对花岗岩冲击压缩力学性能的影响,对400℃下经历不同次数(0、2、4、6次)高温-水冷循环后的色季拉山花岗岩进行物理性质试验,采用分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)进行冲击压缩试验,通过破碎形态和分形维数分析花岗岩试件破碎规律。结果表明:随着循环次数的增加,花岗岩外观颜色变暗、变黄,表面裂纹增多,粗糙程度增大;花岗岩密度、P波波速、动态抗压强度与循环次数均呈负相关,P波波速和动态抗压强度在前2次循环期间分别急剧下降42.53%和4.57%~10.80%;在相同循环次数下,花岗岩动态抗压强度随加载速率的增大而显著增加,表现出明显的应变率强化效应;在相同加载速率下,花岗岩破碎程度随循环次数的增加而加剧,在相同循环次数下,花岗岩主要破坏形式随加载速率的增加由劈裂破坏变为块状、粉碎破坏;花岗岩分形维数变化规律与破碎形态变化规律一致,经历6次高温-水冷循环,分形维数增幅为3.44%~11.52%。

准东煤掺烧煤矸石的捕钠机制

新疆准东地区煤炭资源储量丰富、易开采,但准东煤中高含量碱金属Na导致其在燃烧过程中会出现严重的沾污结渣问题,严重限制了准东煤的大规模利用。准东煤开采利用中会产出大量煤矸石,若能将其与准东煤结合利用,不仅能解决部分煤矸石堆积占地和污染的问题,也有助于实现准东煤的清洁高效利用。针对准东高碱煤沾污结渣问题,综合运用TGA-DSC、XRD、XRF等分析手段研究了温度和煤种对Na释放特性的影响以及煤矸石添加剂的捕钠效果。结果表明:准东煤500℃灰化灰Na释放量随温度升高而增加,最大的2个温度区间为500~850℃(红沙泉Na释放量:24.62%,西黑山Na释放量:22.30%)和1200~1400℃(红沙泉Na释放量:20.37%,西黑山Na释放量:49.09%);红沙泉掺混样品在850和1000℃的Na保持率相对原样分别提升22.60%和19.23%,以K(Na,K)_(3)Al_(4)Si_(4)O_(16)和NaAlSi_(3)O_(8)形式将Na固留在灰中;西黑山掺混样品在850和975℃的Na保持率相较原样约提升15%,以NaAlSiO_(4)和Na_(6)(AlSiO_(4))_(6)形式固定Na;1200℃以上,2组样品中的Na均以非定形态物质存在;Na的捕获与释放同时进行,煤矸石添加剂捕获的Na含量随温度升高而下降,但在高温1400℃下,2种准东煤掺混样品的Na含量均为原样的2倍以上,仍具有较好捕钠效果。