Journal of Zhejiang University

Current Issue: <JZUS-A>

Journal of Zhejiang University-SCIENCE A (Applied Physics & Engineering)

ISSNs 1673-565X (Print); 1862-1775 (Online); CN 33-1236/O4; started in 2000, Monthly.

JZUS-A is a peer-reviewed physical and engineering journal, indexed by SCI-E, Ei Compendex, INSPEC, CA, SA, JST, AJ, ZM, CABI, ZR, CSA, etc. It mainly covers research in Applied Physics, Mechanical and Civil Engineering, Environmental Science and Energy, Materials Science and Chemical Engineering, etc.

Impact factor: 0.408 (2011), 0.527 (2012), 0.608 (2013), 0.882 (2014), 0.941 (2015), 1.214 (2016), 1.215 (2017), 1.369 (2018), 1.490 (2019), 2.263 (2020).

Journal of Zhejiang University SCIENCE A

ISSN 1673-565X(Print), 1862-1775(Online), Monthly

2022 Vol.23 No.7 P.505-586

Cover:

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Contents:

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CONTENTS

Review

Review: Review of elemental mercury (Hg⁰) removal by CuO-based materials

Dong YE, Xiao-xiang WANG, Run-xian WANG, Xin LIU, Hui LIU, Hai-ning WANG

DOI: 10.1631/jzus.A2100627 Downloaded: 231 Clicked: 207 Cited: 0 Commented: 0(p.505-526) <Full Text> <PPT > 14

Chinese summary <5> 氧化铜基脱汞剂的进展研究

作者：叶栋¹，王晓祥²，王润贤¹，刘欣¹，刘辉¹，王海宁¹
机构：¹中国计量大学，质量与安全工程学院，中国杭州，310018；²浙江大学，化学工程与生物工程学院，工业生态与环境研究所，教育部生物质化工重点实验室，中国杭州，310027
概要：汞作为一种高毒性、生物累积性以及持久性的大气污染物，它的排放对环境安全造成了严重影响。吸附法是一种燃煤烟气汞的有效脱除方法，在这项技术中吸附剂起到了决定性的作用。目前，研究者们在氧化铜基材料脱除气态汞方面进行了详细的研究，并取得了丰硕的成果。在本文中，我们总结了氧化铜基材料脱除气态汞方面的研究进展。首先，文章介绍了氧化铜的基本信息，包括氧化铜的晶体结构以及相应的合成方法。其次，文章介绍了一些典型氧化铜基吸附剂的汞脱除性能。考虑到实际烟气还包含NO、SO₂、H₂O、NH₃以及HCl等组分，我们也介绍了这些组分对吸附剂Hg⁰脱除性能的影响。通过总结Hg⁰脱除机理，可以揭示其中的重要中间产物以及速控步骤。除了Hg⁰之外，烟气中还包含CO、NO_x以及可挥发性有机物等污染物。由于这些污染物具有类似的脱除机理，因此多污染物协同脱除正成为环境领域中的一个热点。本文第六章对这一方面进行了着重讨论。最后，我们得出结论：开发适应复杂烟气工况的新型汞吸附剂是实现燃煤烟气汞减排的有效方法。

关键词组：Hg⁰捕集性能；氧化铜基材料；Hg⁰脱除机理；烟气组分；多污染物协同脱除

Research Articles

A comparison of sensitivity indices for tolerance design of a transmission mechanism

Zhen-yu LIU, Han-chao XU, Guo-dong SA, Yu-feng LYU, Jian-rong TAN

DOI: 10.1631/jzus.A2100461 Downloaded: 308 Clicked: 242 Cited: 0 Commented: 0(p.527-542) <Full Text> <PPT > 17

Chinese summary <6> 面向传动机构公差设计的灵敏度指标对比研究

作者：刘振宇^1,3，徐汉超⁴，撒国栋^2,3，吕玉峰³，谭建荣^1,3
机构：¹浙江大学，计算机辅助设计与图形学国家重点实验室，中国杭州，310027；²浙江大学，宁波研究院，中国宁波，315100；³浙江大学，机械工程学院，中国杭州，310027；⁴浙江大学，工程师学院，中国杭州，310027
目的：在制造和装配的公差设计阶段，应用灵敏度分析方法可以帮助设计人员优化分配公差。然而，不同的灵敏度分析方法得出的灵敏度指标往往导致结果相互矛盾。因此，需要通过对比找到一种适合传动机构公差分配的灵敏度指标，使灵敏度结果能够真实反映传动机构公差对运动学和动力学性能的影响。
创新点：1.建立了一种传动机构的混合仿真模型，既降低了试验成本，也保证了实验精度；2.提出了一种基于传动机构混合仿真模型的灵敏度指标对比方法。
方法：1.建立曲柄滑块机构的混合仿真模型；2.获得含有铰间隙误差和连杆长度误差机构的运动学和动力学响应样本，并使用多项式混沌展开（PCE）法建立其结构参数与动力学响应的代理模型；3.基于PCE模型计算不同的灵敏度指标，并进一步评估铰间隙和连杆长度误差对输出响应的影响；4.结合公差-成本函数，根据不同的灵敏度分析结果得到相应的公差分配方案；5.对采用不同公差分配方案机构的运动学和动力学响应进行模拟，确定最优响应对应的灵敏度指标为最合适的指标。
结论：1.基于曲柄滑块实验平台的实验数据建立了混合仿真模型，并在降低实验成本和自由控制输入变量的情况下，保证了仿真数据的准确性和可靠性。2.基于混合仿真模型的实验数据，建立了基于PCE法的代理模型进行灵敏度计算，从而显著简化了计算。3.根据灵敏度计算结果和成本-公差函数分配公差，得到了每个灵敏度指标对应的公差方案；通过对各公差方案下机构的运动学和动力学性能进行对比，提出了一种具有工程价值的灵敏度评价新方法。4.与本文其他灵敏度指标相比，Sobol指标可以通过公差分配更好地优化传动机构的运动学和动力学性能。

关键词组：传动机构；灵敏度分析；公差分配；混合仿真；混沌多项式展开

Coordinated deformation control technologies for the high sidewall–bottom transfixion zone of large underground hydro-powerhouses

Qi-xiang FAN, Zhi-yun DENG, Peng LIN, Guo LI, Ji-lin FU, Wei HE

DOI: 10.1631/jzus.A2200060 Downloaded: 167 Clicked: 102 Cited: 0 Commented: 0(p.543-563) <Full Text> <PPT > 14

Chinese summary <4> 大型地下厂房高边墙及下部贯通区变形协调控制研究

作者：樊启祥^1,2，邓志云³，林鹏³，李果^1,2，付继林²，何炜²
机构：¹中国华能集团有限公司，中国北京，100031；²中国长江三峡集团有限公司，中国北京，100038；³清华大学水利水电工程系，中国北京，100084
目的：揭示大型地下厂房高边墙及下部贯通区洞群变形协调控制机制，分析并预测全过程围岩变形力学行为，以有效控制大跨度、高地应力条件下大型地下厂房高边墙及下部贯通区洞群围岩变形协调，实现大型地下厂房安全优质有序的建设。
创新点：1.揭示了多种因素联合作用下的地下厂房高边墙及下部贯通区洞群变形时空协调控制机理；2.提出了大型地下厂房高边墙及下部贯通区洞群变形协调控制方法与技术。
方法：1.通过理论分析、数值模拟及案例分析等方法，揭示地下厂房高边墙及下部贯通区洞群围岩变形联动特征及机理；2.通过数值仿真、现场监测及案例分析，应用大型地下厂房高边墙及下部贯通区洞群变形协调控制方法与技术于乌东德大型地下厂房工程，验证所提方法的可行性和有效性。
结论：1.岩体由高围压环境急剧转变为低围压和高应力差环境的力学机制以及工程开挖引致围岩扰动破坏的空间效应是形成大型地下洞室边墙显著时效变形的主要作用机制；2.合理的开挖施工程序、精细爆破控制、复合与及时支护、实时监测和动态反馈等技术是控制复杂地质条件下大型地下洞室群施工开挖围岩稳定的有效手段。

关键词组：地下厂房；协调变形机理；高边墙-下部贯通区；洞室群；控制技术

Numerical analysis of the influence of a river on tunnelling-induced ground deformation in soft soil

Jia-xin LIANG, Xiao-wu TANG, Tian-qi WANG, Yu-hang YE, Ying-jing LIU

DOI: 10.1631/jzus.A2100683 Downloaded: 252 Clicked: 205 Cited: 0 Commented: 0(p.564-578) <Full Text> <PPT > 18

Chinese summary <5> 河流对软土隧道开挖引起的变形的数值分析

作者：梁家馨^1,2，唐晓武^1,2，王天琦^1,2，叶宇航^1,2，刘映晶³
机构：¹浙江大学，滨海与城市岩土工程研究中心，中国杭州，310058；²浙江省城市地下空间开发工程研究中心，中国杭州，310058；³中天建设集团，中国杭州，310020
目的：在沿海城市修建隧道时，不可避免地要穿过河流。本文旨在探究河流对沿海软土隧道掘进变形的影响，地下水渗流引起的孔隙水压力对地表变形的影响，以及围堰施工对控制沉降的作用，为控制穿越河流的隧道开挖引起的过度沉降和保护周边建筑物提供理论参考。
创新点：1.基于紫之隧道现场监测数据系统分析了地铁穿越河流段隧道施工引起的地表沉降在河流影响范围内与外的发展过程和沉降特征；2.建立了数值模型对现场情况进行模拟，并与实测数据进行对比，验证了数值模型的可行性；3.研究了河流影响范围外、河流影响范围内无围堰和河流影响范围内有围堰三种工况对地表沉降及超静孔隙水压的影响。
方法：1.结合隧道施工方案及地表沉降监测数据，分析河流对地表沉降的影响，并对比河流影响范围内外地表及拱顶沉降的发展规律（图5~7）；2.通过Plaxis 3D数值模型，研究河流影响范围内外的沉降及超静孔隙水压发展情况，并与实测数据进行对比（图11，12，16和17）；3.通过模拟围堰施工与否，研究围堰施工对于地表沉降的控制效果，以及对开挖面超静孔隙水压的影响（图14~17）。
结论：1.河流影响范围内外的地表沉降发展规律不同，但都可以分为三个阶段；在第一阶段和第二阶段，河流影响范围内外地表沉降趋势相似，沉降增加，但河流影响范围内第二阶段沉降增长速度较小；在第三阶段，河流影响范围内的沉降继续增加，但在河流影响范围外趋于稳定；河流影响范围内的地表沉降与拱顶沉降不同步增长。2.数值模型揭示了地表沉降受到超静孔隙水压分布与大小的影响，超静孔隙水压主要集中在掌子面钱1.0H_t~3.0H_t的范围内（H_t为隧道高度）；在河流影响范围内，超孔隙水压力的消散需要更多时间，使地表沉降缓慢稳定。3.当隧道施工穿越河流时，需要围堰以减少过度的地面变形，因为围堰的施工可使超孔隙水压力的分布更加分散。

关键词组：隧道；地表变形；数值分析；加固措施

Correspondence

Correspondence: Free-standing MXene/chitosan/Cu₂O electrode: an enzyme-free and efficient biosensor for simultaneous determination of glucose and cholesterol

Tao HU, Man ZHANG, Hui DONG, Tong LI, Xiao-bei ZANG, Xiao LI, Zhong-hua NI

DOI: 10.1631/jzus.A2100584 Downloaded: 311 Clicked: 266 Cited: 0 Commented: 0(p.579-586) <Full Text> <PPT > 21

Chinese summary <4> 自支撑MXene/壳聚糖/Cu₂O电极：一种高效的同时测定葡萄糖和胆固醇的无酶生物传感器

作者：胡涛^1,2，张曼^1,2，董慧^1,2，李彤^1,2，臧晓蓓³，李晓^1,2，倪中华^1,2
机构：¹东南大学，机械工程学院，中国南京，2111892；²东南大学，江苏省微纳生物医学仪器设计与制造重点实验室，中国南京，2111893；³中国石油大学(华东)，材料科学与工程学院，中国青岛，266580
目的：研制低成本、高精度的多种代谢物同时检测的生物传感器对医疗诊断具有重要意义。在本工作中，我们提出了一种基于MXene/壳聚糖（CTS）/Cu₂O纳米复合材料的独立无酶电极，用于同时高精度测定葡萄糖和胆固醇。
创新点：1.利用MXene、CTS和Cu₂O的协同作用，通过电位分离，实现对葡萄糖和胆固醇的无酶同时检测；2.优化检测范围，可用于检测人体血液样本。
方法：1.通过MXene、CTS和Cu₂O纳米材料的协同作用形成有效的界面结，促进反应过程中的电荷转移，进而提高与待测物质的接触面积；2.分析电化学反应过程，构建电流信号与待测物浓度之间的关系，得到传感器的性能参数。
结论：1. MXene/CTS薄膜具有较高的比表面积，为离子的扩散提供了更多的通道，同时Cu₂O纳米粒子可以提供丰富的金属活性边缘，促进了电荷转移，提高了反应活性。2. Cu₂O纳米颗粒在胆固醇检测中发挥了重要作用，而同时作为导电基底和葡萄糖氧化剂的MXene，通过协同作用实现了在不同电位上同时无酶检测葡萄糖和胆固醇。3.在优化的电位范围内（?0.80-0.40 V），该传感器对葡萄糖和胆固醇具有良好的线性响应，灵敏度分别为60.295和215.71μA?L/(mmol?cm²)，而检出限分别为52.4和49.8 μmol/L。4.通过对人血清样品的实时分析，验证了其良好的抗干扰能力和回收率（98.04%-102.94%），所以该传感器具有一定的临床应用前景。

关键词组：无酶电极；多物质同时检测；胆固醇；葡萄糖；MXene

Chinese summary <5> 氧化铜基脱汞剂的进展研究

Chinese summary <6> 面向传动机构公差设计的灵敏度指标对比研究

Chinese summary <4> 大型地下厂房高边墙及下部贯通区变形协调控制研究

Chinese summary <5> 河流对软土隧道开挖引起的变形的数值分析

Chinese summary <4> 自支撑MXene/壳聚糖/Cu2O电极：一种高效的同时测定葡萄糖和胆固醇的无酶生物传感器

Chinese summary <4> 自支撑MXene/壳聚糖/Cu₂O电极：一种高效的同时测定葡萄糖和胆固醇的无酶生物传感器