工程科學學報

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期刊信息

月刊，1955年創刊

ISSN 2095-9389

CN 10-1297/TF

主管單位：教育部

主辦單位：北京科技大學

編　　輯：《工程科學學報》編輯部

出　　版：科學出版社

主任委員：楊仁樹

副主任委員(主編)：吳愛祥

地　　址：北京市海淀區學院路30號

電　　話：(010)62333436

傳　　真：(010)62333436

郵發代碼：82-303

國內發行：北京報刊發行局

國內訂閱：全國各地郵局

郵　　箱：xuebaozr@ustb.edu.cn

單　　價：40元/期，全年480元

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2022年第44卷第7期

欄目

院士論壇
礦業工程
冶金工程·材料科學與工程
控制科學與工程
土木工程·能源工程

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院士論壇

科研方向創新的理念與方法

蘇義腦

2022, 44(7): 1109-1114. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.04.13.004

[摘要](504)

[HTML全文] (181)

[PDF 746KB](82) [施引文獻] ()

摘要:
科研方向創新是科技發展中的重大問題，涉及較多的理念和方法。掌握這些理念與方法對科技工作者十分重要和必要。本文在對“創新”一詞進行解讀的基礎上，結合自身的經驗、認識和體會，總結提出了關于工程科技創新的32字口訣，和關于科研方向創新的“第一原理，需求引領，順勢外推，學科交叉，反向思維，節點窮舉”等具體方法，以及模型樹、節點法等概念，并以油氣鉆井技術為例說明這些方法的典型應用。

礦業工程

廢石全尾砂高濃度充填料漿的均質化模型

楊曉炳, 尹升華, 郝碩, 楊航

2022, 44(7): 1115-1125. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.12.18.004

[摘要](513)

[HTML全文] (199)

[PDF 2235KB](36) [施引文獻] ()

摘要:
針對廢石全尾砂高濃度充填料漿管輸易堵管及充填體分層的問題，開展減水劑、攪拌參數等對料漿均質性影響的試驗及料漿均質化定量表征的研究。首先基于泌水?坍落度試驗確定了聚羧酸系(PC)減水劑及其摻量區間，獲得了PC作用下的料漿流變參數及充填體強度的變化規律。其次，通過圖像處理技術分析攪拌料漿表面特征，明確了PC作用下攪拌時長及廢尾比(廢石與尾礦質量比)對料漿均質化的影響規律。最后，構建了廢石全尾砂高濃度充填料漿的均質化模型。結果表明，PC作用能夠降低料漿的屈服應力與塑性黏度系數，改善料漿流動性。合理摻量可以提升充填體的早期強度，但對28 d強度有削弱。料漿表面圖像信息熵越高、黑色像素點占比越小，料漿均質化程度越高，且均質化程度隨攪拌時長、廢尾比的增大呈先增大后減小趨勢。當PC的質量分數為0.26%~0.5%時，料漿均質化程度高，PC質量分數為0.5%時料漿屈服應力和塑性黏度達到最小值，分別為202.25 Pa和0.79 Pa·s。

基于有效應力的深錐泥層高度與底流濃度數學關系

那慶, 王勇

2022, 44(7): 1126-1133. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.12.16.005

[摘要](460)

[HTML全文] (151)

[PDF 1569KB](28) [施引文獻] ()

摘要:
首先，從Terzaghi有效應力原理定義出發，證明了有效應力原理在深錐濃密機泥層壓力分析中的適用性。其次，以壓縮系數$ \alpha $

與泥層壓力之間的關系為紐帶，建立了不同情況（$ \alpha $

為常數和$ \alpha $

為變量）下泥層高度和底流濃度數學模型。然后，結合礦山實例對數學模型進行工業應用和差異性分析，研究結果表明：兩種情況下泥層高度與底流濃度均呈冪函數關系；在$ \alpha $

為常數時，隨泥層高度增加，泥層高度變化率（dh/dc）逐漸減少，并且泥層高度為29.4 m時底流濃度就達到100%，與現實不符；在$ \alpha $

為變量時，隨泥層高度增加，dh/dc逐漸增加，泥層越來越不容易被壓縮，該模型與現實相符合。最后，根據數學模型表達式及實際應用，將深錐濃密機中尾礦劃分為混合沉降區、減速壓縮區和極限壓縮區。泥層高度與底流濃度關系的揭示對實際生產中底流濃度的精準控制具有較好的指導意義。

三軸應力下顆粒流失對斷層破碎帶凝灰巖滲流特征的影響

黃昌富, 張帥龍, 高永濤, 吳順川, 周喻, 孫浩, 王文強, 盧慶釗

2022, 44(7): 1134-1146. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.11.22.001

[摘要](340)

[HTML全文] (234)

[PDF 7015KB](30) [施引文獻] ()

摘要:
地下工程施工過程中，處于三向應力狀態的斷層破碎帶凝灰巖在流固耦合作用下發生顆粒流失，繼而誘發斷層帶破碎巖石結構失穩，最終導致斷層突水災害發生。基于此，開展現場斷層取樣，利用破碎巖石三軸滲透試驗系統，研究三軸荷載下不同粒徑級配試樣顆粒流失規律，進而分析顆粒流失對孔隙結構與滲流流速時變演化規律的影響。研究結果表明：（1）不同三軸應力下，破碎凝灰巖顆粒流失質量與時間滿足指數型函數關系，兩者間相關系數不低于94%。顆粒流失質量與軸壓和圍壓成反比，且軸向位移越大，顆粒流失質量隨圍壓減小的幅度越小；（2）滲透過程中0～60 s間的孔隙率增長較快，孔隙結構的滲流演變過程與粒徑級配有關，隨著n (Talbot冪指數) 值的增大，孔隙率整體增大，n值相同時，孔隙率隨軸向位移與圍壓的增大而減小，且孔隙率量級為0.33～0.52；（3）由于試樣內部顆粒規律性流失，破碎凝灰巖滲流流速時變演化過程可劃分為“平穩滲流、滲流流速突增和近似管流”三個階段，圍壓為0.8 MPa時各階段流速整體大于圍壓為1.4 MPa時對應階段的流速。平穩滲流階段歷時短，流速低，其發生次數隨n值增加而減少；滲流流速突增階段流速猛增達到峰值；近似管流階段保持較高流速，雖然偶爾產生波動，但整體相對平穩。研究成果可為斷層突水災害演化規律研究提供理論依據。

近距離煤層工作面煤柱合理留設與巷道圍巖控制技術

程輝, 趙洪寶, 張歡, 徐建峰, 秦逢緣

2022, 44(7): 1147-1159. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.11.25.001

[摘要](467)

[HTML全文] (255)

[PDF 4002KB](83) [施引文獻] ()

摘要:
為探究近距離煤層工作面煤柱合理留設寬度以及回采巷道圍巖控制技術，以回坡底煤礦近距離煤層開采為工程背景，通過數值模擬、理論分析、現場實踐等技術手段對不同寬度條件下煤柱破壞演化過程、影響因素、底板破壞范圍以及11號煤層回采巷道圍巖控制技術進行了深入研究。研究結果表明：(1)煤柱在預留煤柱時期、區段煤柱時期、保護煤柱時期、孤島煤柱時期四個階段過程中，煤柱破壞范圍逐漸增大；煤柱彈性核占比均隨煤柱寬度的增加而增加，本煤層回采巷道隨煤柱寬度的增加從非對稱性破壞逐漸演化為對稱性破壞。煤柱破壞寬度與煤層傾角、黏聚力、煤柱寬度、內摩擦角和泊松比等因素成反比關系，只與埋深成正比關系。(2)隨著煤柱寬度增大，煤柱底板破壞寬度與深度會發生變化，且底板破壞集中在煤柱邊緣側，煤柱正下方底板破壞區域較小。(3)煤柱應力集中作用致底板下方最大主應力發生偏轉，底板任意一點與煤柱中心線的距離越大，最大主應力偏轉角度越小；隨著11號煤層巷道與煤柱邊緣距離的增大，巷道圍巖塑性區由傾斜的“X”形分布轉變為傾斜的“8”形分布，再轉化為傾斜的“O”形分布，最終轉化為橢圓形分布；離煤柱距離較近時，巷道往往出現非對稱性破壞，支護也要采取非對稱支護形式。

基于UDEC-GBM的礦物晶粒解理特征對硬巖石破壞過程的影響

胡小川, 丁學正, 蘇國韶, 廖滿平

2022, 44(7): 1160-1170. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.12.10.002

[摘要](727)

[HTML全文] (374)

[PDF 3405KB](74) [施引文獻] ()

摘要:
基于塊體離散單元數值模擬方法（UDEC-GBM），以鉀長石礦物顆粒為例，詳細研究了礦物晶粒解理傾角、解理傾角圍壓效應及解理間距對硬質巖石力學性質、微觀開裂過程及機理的影響，并探討了解理特征在工程實際中可能帶來的影響。數值研究結果表明：（1）晶粒解理具有明顯傾角效應，當解理傾角由0°增加到90°時，巖石的彈性模量、單軸壓縮強度及峰后脆延特征都會發生變化，穿晶總裂紋數受影響明顯，主要體現在鉀長石張拉穿晶裂紋顯著增加，鉀長石剪切裂紋數量在60°增加到最大值后減少，石英穿晶張拉裂紋數量也有明顯變化，總體而言不斷增加，而沿晶裂紋數量呈減少趨勢，整個開裂過程仍以張拉沿晶主導；（2）晶粒解理傾角效應受圍壓影響，圍壓會導致沿晶裂紋和穿晶裂紋數量和二者比值發生變化，但不同傾角下圍壓對沿晶裂紋和穿晶裂紋數量和比值變化影響不一樣；（3）當解理間距由2 mm增加到4 mm時，穿晶裂紋數量有增加趨勢，而沿晶裂紋數量減少，總剪切和張拉裂紋數量比值不變，對巖石微觀張拉、剪切破壞機制無明顯影響。此外，具有解理結構的礦物晶粒含量較高且礦物晶粒本身性質對巖石性質及響應影響顯著時，解理特征對板裂、巖爆等破壞的影響應給予重視。

冶金工程·材料科學與工程

深度學習在煉鋼過程中的研究進展及應用現狀

王仲亮, 顧超, 王敏, 包燕平

2022, 44(7): 1171-1182. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.08.17.001

[摘要](1125)

[HTML全文] (405)

[PDF 1571KB](170) [施引文獻] ()

摘要:
煉鋼過程是極其復雜的工業場景，影響因素多且安全性要求極高，是當前深度學習尚未大規模應用的領域之一。在對深度學習的原理和類型進行梳理的基礎之上，結合國內外應用實例，總結了深度學習在煉鋼過程中的發展歷程與研究現狀。指出了深度學習在煉鋼過程中應用主要有特征提取簡單、泛化能力強、模型可塑性高的優勢，同時也面臨數據依賴性高、預處理難度大、生產安全性有待驗證的挑戰。提出了未來隨著高精度傳感器的應用、物聯網的普及、計算硬件的迭代、以及算法的創新，深度學習模型可以更加有效地應用于煉鋼的更多場景中，將推動冶金工業智能化發展。

長水口吹氬生成微小氣泡工業實驗研究

劉建華, 李巍, 何楊, 蘇曉峰, 張杰, 常芙蓉

2022, 44(7): 1183-1191. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.09.15.009

[摘要](645)

[HTML全文] (274)

[PDF 3376KB](52) [施引文獻] ()

摘要:
在連鑄生產中采用大流量長水口吹氬，并采用“冷鋼片沾鋼法”沾取中間包鋼液試樣，成功沾取了中間包鋼液中微小氬氣泡。冷鋼片沾樣表面氣泡為中間包上部鋼/渣界面和爐渣中氬氣泡，尺寸主要位于1.0~3.0 mm，但該尺寸不能反映中間包鋼液內部長水口吹氬生成氣泡，冷鋼片沾樣內部氣泡為鋼液內部長水口吹氬生成的氣泡。結合掃描電鏡和共聚焦顯微鏡對沾取試樣內部氣泡形貌、尺寸和數量進行了分析，結果表明大部分氣泡為獨立圓形氣泡，偶見少量粘連和聚合氣泡；鋼液內部氬氣泡尺寸主要位于100~1000 μm，平均尺寸為500 μm左右；氣泡在長水口出口及其下方較為彌散，氣泡數量可達15.2 cm^?2。采用掃描電鏡結合能譜分析，發現部分氣泡內粘附有夾雜物，有些氣泡粘附多個夾雜物；氣泡粘附Al₂O₃夾雜物的幾率高于粘附CaO(?MgO)?Al₂O₃?SiO₂復合夾雜物的幾率。

生物質炭復合團塊在高爐中的反應行為

張壯壯, 王強, 唐惠慶, 薛慶國

2022, 44(7): 1192-1201. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.11.30.002

[摘要](489)

[HTML全文] (215)

[PDF 4662KB](38) [施引文獻] ()

摘要:
研究了生物質復合團塊在高爐中的反應行為，該復合團塊主要成分(質量分數)為：11.1% C、72.7% Fe₃O₄、11.25% FeO、0.77% Fe和4.67% 脈石。并對高爐環境下復合團塊的反應行為進行了建模，通過高爐氣氛下的等溫動力學實驗確定模型參數并進行了模型驗證。進一步，結合模型模擬，模擬高爐環境的實驗和團塊微觀結構分析，對模擬高爐條件下和實際高爐條件下團塊的反應行為進行了分析。研究結果表明：模擬高爐條件下，在60 min (973 K) 到120 min (1273 K) 期間，團塊的微觀結構發生明顯變化，其微觀結構由渣相網絡結構向金屬鐵網絡結構轉變。在實際高爐中，復合團塊的反應進程主要包括三個階段：團塊的高爐煤氣還原（473~853 K）、團塊的高爐煤氣還原和部分自還原（853~953 K）以及團塊的完全自還原（953~1150 K）。在團塊自還原參與階段，與燒結礦相比，團塊內氧化鐵還原速率更快；與焦炭相比，團塊內生物質炭氣化速率更高。同時，在此階段，團塊有提高高爐煤氣利用率和降低高爐熱儲備區溫度的作用。

爐渣成分對冶煉白云鄂博礦高爐渣脫硫和排堿能力的影響

張國成, 王雅軍, 羅果萍

2022, 44(7): 1202-1212. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.11.19.001

[摘要](503)

[HTML全文] (280)

[PDF 13485KB](44) [施引文獻] ()

摘要:
為了探明爐渣成分對冶煉白云鄂博礦高爐渣脫硫和排堿能力的影響，在實際高爐渣成分的基礎上，通過正交試驗和Factsage 7.1熱力學模擬軟件繪制不同組分高爐渣渣系五元偽三元相圖，探究了自由堿度（R_o）、w(MgO)和w(Al₂O₃)對高爐渣脫硫、排堿能力的影響規律，并結合生產實際給出了適宜的爐渣自由堿度（R_o）、w(MgO)和w(Al₂O₃)的控制范圍。研究表明： R_o是影響爐渣脫硫、排堿能力的最顯著因素，R_o增加，渣中O^2?濃度升高，促使硅氧復合陰離子Si?O解體，爐渣黏度減小，爐渣與金屬液體之間的傳質過程得到促進，使得S^2?更容易向渣中遷移，爐渣脫硫的熱力學和動力學條件改善，脫硫能力提高，適宜的R_o應控制在1.05～1.15；w(MgO)是影響爐渣脫硫能力的次要因素，w(MgO)增加，爐渣的流動性和穩定性提高，有利于改善爐渣脫硫的動力學條件，且可降低爐渣中(K₂O+Na₂O)的活度，提高排堿能力，適宜w(MgO)應控制在15%左右；w(Al₂O₃)是影響爐渣排堿能力的次要因素，w(Al₂O₃)增加，易生成鎂鋁尖晶石(MgAl₂O₄)等高熔點物質，使爐渣中的自由氧離子消耗量增多，不利于脫硫反應動力學條件的改善，雖然增加w(Al₂O₃)有益于排堿，但高w(Al₂O₃)不利于脫硫，且會導致爐渣黏度上升，適宜w(Al₂O₃)應控制在12%左右。

堿性體系選擇性回收廢舊鋰離子電池的研究進展

龔海強, 彭德招, 歐星, 張佳峰

2022, 44(7): 1213-1221. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.11.18.003

[摘要](927)

[HTML全文] (541)

[PDF 2907KB](73) [施引文獻] ()

摘要:
由于鋰離子電池中的雜質金屬在氫氧化物中溶解度差，而鋰、鎳、鈷由于本身氫氧化物溶解度較大，或能與氨根離子形成絡合物，能大量存在于堿溶液中。因此堿浸對廢舊電池正極活性物質中的金屬具有較高的的選擇性浸出能力，且回收工藝高效、清潔。本文依據堿浸回收的工業研究現狀，總結了四種堿浸回收體系，包括氨浸?熱加工?還原劑體系、氨浸-還原劑-電沉積體系、氨浸?還原劑?鋰吸附體系、氨浸?還原劑?氧化分離體系，并著重介紹了不同體系的原理及優點。最后，總結了廢舊鋰離子電池的回收方法及前景。

廢舊三元鋰離子電池正極材料的微波吸收特性

李寧, 劉秉國, 張利波, 劉鵬, 郭勝惠, 董恩華

2022, 44(7): 1222-1230. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.11.27.003

[摘要](520)

[HTML全文] (245)

[PDF 2396KB](47) [施引文獻] ()

摘要:
廢舊三元鋰離子電池對環境和人類有很大危害性，但是其中的鋰、鎳、鈷、錳等有價金屬，具有較高的回收價值。本文以機械破碎后的三元鋰電池為原料，研究了正極材料在室溫下的表觀密度的介電特性以及隨溫度變化的微波介電特性和吸收性能。結果表明，在室溫下，正極材料在表觀密度為1.484 g·cm^–3時具有最佳的介電性能。加熱過程中，正極材料在25～700 ℃之間都有良好的微波吸收性能，400 ℃時介電常數$ {\textit{ε}}_{\rm{r}}^{{{'}}} $

達到最大值11.96 F·m^–1，隨著微波功率增大，正極粉末升到700 ℃的時間明顯縮短，最大升溫速率在320～450 ℃的范圍內。介電性能變化趨勢與微波加熱特性變化趨勢相吻合。

控制科學與工程

因果推斷三種分析框架及其應用綜述

馬忠貴, 徐曉晗, 劉雪兒

2022, 44(7): 1231-1243. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.07.04.002

[摘要](2544)

[HTML全文] (402)

[PDF 878KB](547) [施引文獻] ()

摘要:
介紹因果推斷所涉及的基本概念及其三種分析框架：反事實框架、潛在結果模型和結構因果模型。首先，從反事實框架介紹因果效應的發端；然后，從基于反事實的兩個因果推斷分析框架：潛在結果模型和結構因果模型，來分別闡述兩個分析框架所涉及的關鍵理論和應用方法。其中，潛在結果模型使用數學和可計算的語言對因果理論進行闡述，是一種將假設、命題和結論清晰化表達的計算模型，其在原因和結果變量已知的前提下定量分析原因變量對結果變量的因果效應，并對缺失的潛在結果進行補齊，使觀察性研究的效果接近試驗性研究。結構因果模型則是一種基于圖論的因果推斷方法，它將事件分為觀察、干預和反事實三個層級，并通過do運算將干預和反事實層級的因果關系都降維成可以通過統計學手段解決的問題。最后，探討了現今多領域內因果推斷的應用場景，并總結了三種分析框架的異同點。

龍芯處理器服務器芯片組的適配與實現

鄭臣明, 姚宣霞, 周芳, 鄭雪峰, 楊曉君, 戴榮

2022, 44(7): 1244-1254. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.10.08.003

[摘要](650)

[HTML全文] (339)

[PDF 1257KB](37) [施引文獻] ()

摘要:
針對龍芯中央處理器（CPU）無對應高性能服務器芯片組的現狀，設計開發了一種為龍芯CPU篩選芯片組的架構，并實現了一種龍芯CPU和芯片組適配的方法。提出了采用現場可編程門陣列（FPGA）串聯在龍芯CPU和即將適配的多組芯片組之間的架構。借助于此架構，設計實現了在CPU和芯片組之間待處理物理信號線的連接方法，設計了兩者之間上下電時序配合的調試方法，設計實現了規避兩者信號協議差異的方法。借助該架構和這些方法能夠實現同時篩選多款芯片組的目的，避免了以前需要設計多款主板進行適配的情況，節省了重復研發主板的成本；找到了可以適配龍芯CPU的高性能服務器芯片組；其芯片組規格參數和性能高于目前龍芯CPU所用的芯片組，開拓了其在服務器領域的應用。

土木工程·能源工程

基于微振動監測的AFT廠房結構–漿液耦合振動特性

宋波, 李邦, 肖楠, 勞俊

2022, 44(7): 1255-1264. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.10.04.002

[摘要](389)

[HTML全文] (258)

[PDF 1957KB](100) [施引文獻] ()

摘要:
AFT氧化風機房是脫硫工藝中的一種鋼筋混凝土結構支撐鋼罐的復合結構，結構產生的明顯振動不利于正常生產運營，因此針對AFT結構進行現場監測和模擬計算。首先對AFT結構進行現場調查，基于一種AFT結構視頻監測與局部監測相結合的方法對其進行監測，隨后又提出簡化攪拌機及氧化風作用的模擬方法，通過數值模擬對AFT結構振動特性進行研究。結果表明：對AFT結構進行視頻監測可快速明確結構運動軌跡；局部監測結果表明攪拌機作用是結構振動的主要因素，氧化風的鼓入加劇了結構振動響應，因此造成了結構各柱間填充墻不同程度的損傷；將數值模擬結果與監測結果對比，驗證了簡化攪拌機及氧化風作用的計算方法，可為分析此類結構振動響應、損傷機制以及加固設計提供參考。

考慮非平穩過程的劣化鋼筋混凝土梁橋時變可靠度分析

金聰鶴, 錢永久, 張方, 徐望喜

2022, 44(7): 1265-1273. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.09.07.001

[摘要](176)

[HTML全文] (98)

[PDF 1647KB](17) [施引文獻] ()

摘要:
采用Gamma隨機過程描述車輛荷載頻率函數，提出了基于荷載頻率增大的鋼筋混凝土橋梁時變可靠度分析方法。考慮歷史荷載信息對橋梁時變抗力的驗證作用，改進了抗力變異系數為時間變量的橋梁時變可靠度計算公式。采用上述方法，對某裝配式預應力混凝土橋進行時變可靠度分析，結果表明，車輛荷載頻率增量關聯與否不影響結構時變可靠度的變化；結構在20至40 a的時變失效概率介于驗證荷載為31.6%至36.4%初始抗力的失效概率之間，證明改進的公式具有更高的精度。當荷載頻率λ小于10 a^?1，考察范圍不超過35 a，若歷史荷載強度不高于初始抗力的29.1%，可以采用基于荷載頻率函數λ(t)的可靠度計算方法；若一年兩遇的車載強度超過結構初始抗力的36.4%，且年均增長率γ超過150%時，在海洋環境建造的鋼筋混凝土梁橋在20 a內的失效概率較高，需引起注意，在設計和施工時增強鋼筋的耐銹蝕性。

質子交換膜電解制氫氫氣滲透研究進展

葉青, 宋潔, 侯坤, 郭志遠, 徐桂芝, 鄧占鋒, 李寶讓

2022, 44(7): 1274-1281. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.08.02.003

[摘要](1657)

[HTML全文] (887)

[PDF 2952KB](266) [施引文獻] ()

摘要:
由于膜的吸水特性，高壓質子交換膜(PEM)制氫（尤其是差壓式，氫側高壓/氧側常壓）存在氫氣滲透問題，影響電解堆的運行安全與效率。基于菲克定律描述的滲透通量與滲透率、分壓差的關系，綜述了溫度/壓力、膜水合程度、氫氣分壓差對氫氣滲透的影響規律。在常規運行壓力范圍（3.5 MPa）內，擴散系數與溶解度主要受溫度影響，溫度升高則滲透率增大；氫氣滲透率隨膜水合程度的增加而增大；氫氣分壓差對滲透的影響表現出線性（滲透池環境）與非線性（電解制氫環境）兩種關系，非線性可能源于膜透水性提升與水通道結構改變引起的對流滲透。考慮到電解制氫實際工況存在電流，綜述了電流密度對氫滲透的影響，氫氣滲透率隨運行電流密度的升高而增大，氫過飽和是可能的影響機理，高電流密度下氫過飽和度升高，導致氫氣通過膜的滲透增加。

等效巖體三維隨機節理網絡模型構建及其在兩河口水電站中的應用

武娜, 梁正召, 宋文成, 李萬潤

2022, 44(7): 1282-1290. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.11.30.003

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摘要:
節理的存在對水電高陡巖質邊坡的力學性質有重要影響，如何構建反映三維節理分布特征的等效巖體計算模型，是分析與評價巖體力學特性的關鍵。本文基于損傷力學和統計強度理論，在三維巖石破裂過程分析（RFPA^3D）軟件的基礎上，提出了一種計算等效巖體三維隨機節理網絡模型的新方法。首先，基于Baecher模型和Monte-Carlo方法，在RFPA^3D軟件中實現了三維隨機離散節理網絡（Discrete fracture network，DFN）模型的重構。然后，利用RFPA^3D軟件內嵌DFN模型，賦予節理和巖石不同的力學參數，構建了工程尺度等效巖體三維隨機節理網絡模型，實現了三維隨機節理巖體破裂過程、變形和強度等力學性質的分析。最后，以兩河口水電站左岸邊坡壩址區下游節理巖體為研究對象，驗證了三維隨機DFN模型的準確性，開展了研究區內節理巖體尺寸效應研究，并獲得了研究區內巖體的表征單元體（Representative elementary volume，REV）和等效力學參數。該研究成果為等效巖體力學行為分析提供一種新方法。