土木工程

• MICP固定Cd污染垃圾土的工艺参数优化试验

  王启予;章荣军;黄小松;许耀东;郑俊杰;

  【目的】从填埋场开采得到的垃圾土可进一步资源化利用，但重金属污染问题亟待解决。微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）技术具有固定重金属污染土体的潜力，但由于污染垃圾土成分复杂，MICP技术修复污染垃圾土的合理工艺参数尚不明确。【方法】采用简单拌和法，利用巴氏芽孢杆菌固定处理Cd污染垃圾土，并对菌液和反应液（尿素-氯化钙溶液）的体积和浓度，处理次数等工艺参数进行调整，以探究不同试验条件下垃圾土的固定处理效果。【结果】结果显示，经MICP固定处理，污染土中的可交换态Cd可向碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态等更稳定形态转化。提高菌液和反应液的体积和浓度，以及处理次数，可有效提高可交换态Cd减少率，其最高可达91%。矿化碳酸钙沉淀产率与可交换态Cd减少率存在非线性数量关系，当质量增加率达20%，可交换态Cd减少率即可达60%。【结论】证明了MICP技术在固定Cd污染垃圾土方面具有应用前景。

  2025年02期 v.56;No.258 183-190页 [查看摘要][在线阅读][下载 2110K]
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• 博物馆地震响应监测中震相初至实时拾取方法研究

  朱红光;梁世波;白晓彬;许臣;

  【目的】地震初至的实时自动拾取是地震响应监测中的一个关键问题，也是实现地震预警、发出地震警报并启动应急反应系统的基础和前提。针对博物馆环境复杂、信号非平稳、低信噪比、非周期等特点，提出了一种地震初至自动识别的实时拾取算法。【方法】将博物馆可能存在的振动信号，与不同烈度、不同场地等条件下的地震信号进行对比分析，利用二者之间的差异对地震初至进行实时拾取。首先，将信号进行小波包分解重构，用非递归滤波器阈值降噪法对含噪音地震数据进行降噪处理，提高信号信噪比，然后使用改进后的长短时窗均值比法（STA/LTA）求取地震初至时刻。并通过四川泸定6.8级地震中在甘孜藏族博物馆采集到的振动信号进行拾取验证。【结果】结果分析表明，相较于传统的地震初至拾取无论是在初至到时的拾取还是对于噪音的压制都有较大水平的提高，实现了在地震波达到后的前0.2 s内准确识别地震的到来，证明了本文方法的可靠性。

  2025年02期 v.56;No.258 191-198页 [查看摘要][在线阅读][下载 2200K]
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• 阶梯桩竖向承载性能模型试验研究

  刘书杰;刘正;王腾;贺武斌;崔永强;

  【目的】阶梯桩是在等截面桩的基础上改进而来的新桩型，但其受力变形相对复杂，对其侧摩阻力、变截面端阻力及桩端端阻力的发挥过程还不清晰。【方法】通过室内模型试验，采用分级荷载施加法对等截面普通桩和阶梯桩竖向承载性能进行研究。【结果】试验结果表明：在同等条件下，阶梯桩相对于等截面桩降低了33%的沉降，阶梯桩的单方极限承载力比等截面桩提高了19%，说明阶梯桩有减小沉降的优势且单位体积材料发挥得更好；阶梯桩桩身轴力在变截面处发生突变，表明变截面处的端阻力会影响轴力传递；加载初期，随着桩顶荷载的增大，侧摩阻力占桩顶荷载的比率逐渐增大，变截面端阻力以及桩端端阻力分担比率逐渐减小；当侧摩阻力达到极限值后，侧摩阻力占桩顶荷载的比率逐渐减小，桩端端阻力与变截面端阻力分担比率逐渐增大，而变截面处端阻力所占比率最先趋于平稳，表明变截面下方土体最先发生破坏。根据太沙基理论修正了阶梯桩变截面端承力计算公式，并与试验结果进行对比，验证了此理论方法的可靠性。

  2025年02期 v.56;No.258 199-206页 [查看摘要][在线阅读][下载 2635K]
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• 矿渣-硅灰在碱激发作用下固化赤泥的基本工程性能研究

  贺高乐;崔雯雯;杨振;赵睿阳;董晓强;

  【目的】针对协同利用工业固废固化赤泥的需求，通过在赤泥中添加矿渣、硅灰等工业固废材料，并利用NaOH激发反应体系来共同固化赤泥。【方法】利用无侧限抗压强度试验机、数字交流电桥、X射线衍射仪、扫描电子显微镜、同步热分析仪对固化赤泥的强度、电阻率、水化产物、微观结构进行测试。探讨不同固化剂的配比、碱激发剂的用量、养护龄期等对固化赤泥基本性能的影响。【结果】结果表明：矿渣和硅灰无论是单掺还是复掺都可以提高固化赤泥的强度，碱激发剂主要作用是激发赤泥的潜在胶凝活性。通过对试验配比进行优化，赤泥中复掺矿渣和硅灰效果最好，以无侧限抗压强度作为评价指标，当矿渣、氢氧化钠、硅灰的掺量分别为15%、3%、3%的时候，固化赤泥的28 d无侧限抗压强度最高达到13.12 MPa。

  2025年02期 v.56;No.258 207-215页 [查看摘要][在线阅读][下载 3081K]
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• 基于网架结构周期特性的改进设计及振动传递特性分析

  苟海朝;路国运;杨会伟;

  【目的】针对网架结构的三维点阵周期性结构进行动力学特性研究，探索不同周期单元结构的设计与宏观整体特性间的内在联系。【方法】运用有限元法建立网架模型并通过计算其频响特性来评价其隔振性能，依据周期结构带隙原理设计了螺旋杆网架和双材料网架两种网架结构模型，并对两种网架结构模型的隔振效果进行计算与分析。【结果】研究结果表明：设计的两种网架结构和原始网架结构相比可以更好地有选择性地抑制高、低频振动。且文中基于网架结构周期特性中的带隙特性对网架进行隔振设计也可为该类结构健康监测与振动控制提供理论依据。

  2025年02期 v.56;No.258 216-223页 [查看摘要][在线阅读][下载 3154K]
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• L形方钢管高强灌浆料组合异形柱轴压性能试验研究

  常欣昱;周燕;雷宏刚;

  【目的】普通钢管混凝土异形柱适用高度低且阴角处钢管和混凝土易脱离。【方法】将三个方钢管混凝土柱焊接形成L形组合异形柱，并将100 MPa以上的超高强灌浆料应用于组合异形柱中，通过试验研究不同灌浆料强度和钢管壁厚对其轴压性能的影响。【结果】结果表明：含有超高强灌浆料的组合异形柱的轴压承载能力较纯钢异形柱提高92%～170%，且随着高强灌浆料强度的增加，钢管对高强灌浆料的约束作用减小，试件延性提高；钢管壁厚从4 mm增大到6 mm，可有效抑制局部发生鼓曲，构件破坏形式从鼓曲破坏为主变成弯曲变形为主，试件延性平均增大50%以上。最后，将轴压承载力试验结果与国内外8本现行规范中轴压承载力计算公式得到的结果进行对比，采用规范AISC 360所得计算值最接近试验结果。研究结果可提高组合异形柱的轴压承载力与延性，并改善阴角处钢管和混凝土易脱离的问题，助力超高强灌浆料在钢管混凝土异形柱结构中的应用和推广。

  2025年02期 v.56;No.258 224-234页 [查看摘要][在线阅读][下载 2672K]
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• 某单层铝合金网壳结构施工过程的关键问题研究

  郝贤哲;武启宇;闫亚杰;陈冉;王时贵;郭昱;张泽平;

  【目的】针对山西首个单层铝合金网壳结构现场施工的关键问题，开展了下部悬挑长度12.9 m雨篷结构与上部直径58.3 m单层铝合金网壳结构现场施工顺序相互影响分析。【方法】基于现场施工场地条件，建立施工全过程FE模型，进行了4种顶升点布置的对比分析。【结果】确定了“单圈12个顶升点”布置方案、当顶升点水平投影圆的直径取网壳水平投影圆直径的3/5时顶升方案最佳。通过开展同步顶升仿真分析，选取了顶升支架、给出了顶升点临时构造措施，计算确定了不锈钢螺栓的初拧扭矩27 N·m，给出了首次顶升时对网壳缺口应采取的临时措施。通过对“悬空”网壳的分析，给出了网壳落架前后杆件安装顺序及相关临时措施；根据近9年的气象资料及网壳施工月份，选取了11.3℃作为网壳结构的理论“合拢”温度，并分析了升温、降温对网壳内力及变形的影响。研究成果可为铝合金网壳施工方案的制订提供借鉴。

  2025年02期 v.56;No.258 235-245页 [查看摘要][在线阅读][下载 5334K]
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• 组合节点形式群桩基础水平承载特性分析

  许春博 ;郭昭胜 ;贺武斌 ;刘瑞峰 ;

  【目的】对不同节点刚度形式的两类群桩（1×3普通节点群桩、1×2劲性节点群桩）进行研究。【方法】现场试验得到节点刚度与桩数对水平承载性能的影响，在此基础上，利用有限元方法研究节点刚度对其承载性能的影响，并采用不同节点形式组合群桩，研究其承载性能及荷载分配机制。【结果】结果表明：采用1×2劲性节点群桩可提高基桩平均水平极限承载力约17.63%，并改善水平位移减小41.64%；增设T形钢件后，其竖向变形能力可提高54.22%，且可改善节点转动；对于前排承压桩，可取消其锚固钢筋，采用更大的嵌固深度；采用组合节点形式群桩，其整体水平刚度可提高13.07%，同时改善其竖向变形能力，有利于加载后期水平荷载的均匀分配；基桩节点刚度应由该桩与邻桩节点刚度共同确定。

  2025年02期 v.56;No.258 246-256页 [查看摘要][在线阅读][下载 3065K]
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• Q690高强钢圆管构件受弯承载力分析与设计方法

  杜梦星;张昊;谌磊;李洪波;

  【目的】目前对高强钢构件力学性能的大部分研究聚焦于轴压构件，截面形式多为焊接H型截面和箱形截面，对Q690高强钢圆管受弯构件力学性能的研究较少，尤其是长度参数变化时受弯构件所表现出的不同破坏特征及其界限还未有系统研究。【方法】针对中等长度Q690高强钢圆管受弯构件的力学性能和失稳机理进行数值分析，考虑残余应力、前屈曲变形等初始缺陷及材料塑性对构件稳定承载力的影响，对长度参数变化时不同的破坏特征进行界定。【结果】在分析结果基础上基于欧洲钢结构设计规范EN1993-1-6(2007)中的方法得到Q690高强钢管受弯承载能力曲线，确定出承载能力曲线不同阶段的影响参数，提出构件不同阶段极限承载力的计算公式，为将来钢结构设计标准及高强钢设计标准的修订提供科学依据，也为今后在风电塔筒、大跨度输电铁塔及变电构架等工程中广泛采用Q690高强钢圆管构件提供理论支撑和设计依据。

  2025年02期 v.56;No.258 257-267页 [查看摘要][在线阅读][下载 3002K]
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• 不同变刚度构造桩头增强措施水平承载特性研究

  李响;刘嘉琦;郭昭胜;王玮;张泽华;赵靖;

  【目的】为解决刚性连接桩承台与桩头节点处较容易破坏的问题。在土工箱内开展单桩模型试验，研究桩头与承台连接处设置加强环、“桩伴侣”以及连接墙前后的抗震性能。【方法】在此基础上以实际输电线路基础工程2×2低承台PHC弹性中长群桩为背景，进一步阐述上述变刚度构造增强机理，并通过有限元方法研究上述群桩形式下桩头设置变刚度构造前后水平承载特性。【结果】结果表明：桩头外部设置变刚度构造通过扩大桩头截面和提高桩头抗弯刚度、大幅减小桩顶负弯矩来提高桩顶抗震与水平承载性能。在水平荷载施加至1.6H_u（3 200 kN）时，桩头外部设置变刚度构造能提高桩顶水平承载力27.50%～29.92%。同时增大桩周土体的工作范围，使地基土的水平变形减小22.1%～26.53%。圆形套筒和连接墙可以在任何土质情况下发挥作用，实际工程需综合考虑变刚度构造高、厚径比限值，避免建筑材料浪费。

  2025年02期 v.56;No.258 268-280页 [查看摘要][在线阅读][下载 3376K]
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• 中间支撑轴向移动梁的强迫振动

  王则;黄海杰;郝鑫;

  【目的】为了理解含中间支撑约束轴向移动梁的非线性振动响应特征。【方法】基于Hamilton原理建立了系统的动力学方程，并使用伽辽金法将运动方程离散为非线性常微分方程。将改进的弧长延拓法与增量谐波平衡法结合，求解系统的动力学方程，并分析了系统在不同参数下的动力学响应特征。【结果】研究表明，系统响应整体上呈现硬弹簧特征。支撑弹簧对轴向移动梁有重要的影响。此外，当轴向移动速度在一定范围内，系统存在内共振，系统的响应呈现更加复杂的响应特征。

  2025年02期 v.56;No.258 281-287页 [查看摘要][在线阅读][下载 2297K]
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• Rayleigh波作用下海水-层状海床动力响应研究

  王韫戬;章敏;王奇琪;王栋梁;

  【目的】基于耦合的有限元法-解析法的海水-层状海床地基中Rayleigh波的传播特性以及土层动力响应研究不充分。【方法】将上覆沉积层和海水层分离成（二维杆系单元），将下覆半空间表面结点位移和节点力关系与整体刚度矩阵联立，建立波数-相速度（k-c）域内R波弥散特征方程及其二次特征值形式，探究R波的频散特性及不同阶数模态下场地的动力响应。【结果】结果表明，当海水层或上覆沉积层厚度较大时，基阶模态下的R波相速度相对较小，随频率的降低速率也更为明显，但海水层底部水平和竖向位移相对较大；海水动水压力随着频率的增加表现出先增后减的规律，并最终衰减至0；同一频率下，高阶模态的位移相对较大。

  2025年02期 v.56;No.258 288-297页 [查看摘要][在线阅读][下载 2364K]
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• 氧化石墨烯对水泥砂浆耐高温性能的影响及机理分析

  陈雅;李翔宇;杜红秀;刘双双;赵文斌;张文涛;

  【目的】研究氧化石墨烯（Graphene Oxide, GO）对水泥砂浆在常温25℃以及105、200、300和450℃作用后力学性能的影响及机理。【方法】使用聚羧酸减水剂提高GO在水泥基体的分散，并使用紫外光谱证实GO在模拟孔溶液中分散良好。【结果】研究结果表明：掺入0.04%分散良好的GO可以改善水泥砂浆的抗折、抗压强度。掺入GO的水泥砂浆样品抗折强度在25、105、200、300和450℃时比未掺入GO样品分别提高了10%、7.6%、11.43%、16.64%和11.67%；而抗压强度则分别提高了13.95%、3.89%、6.38%、11.14%和4.15%。通过水化产物成分结构分析得出，掺入分散良好的GO可以提高水泥的水化程度；孔结构分析显示，GO的加入抑制了水泥砂浆在高温作用后孔结构的粗化，改善了孔结构，降低了孔隙率；微观结构观察显示水泥砂浆中的界面过渡区得到明显改善。

  2025年02期 v.56;No.258 298-306页 [查看摘要][在线阅读][下载 2775K]
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• 短期荷载作用下玻化微珠再生混凝土梁裂缝宽度试验研究

  娄劲涛;刘元珍;张金平;李香政;王朝旭;

  【目的】为了研究玻化微珠再生混凝土梁的裂缝发展及最大裂缝宽度，并建立在使用荷载下的最大裂缝宽度计算公式，设计了分别采用玻化微珠加50%掺量再生骨料、玻化微珠加天然骨料和只有天然骨料的混凝土梁的正截面弯曲试验。【方法】设置不同混凝土材料和不同配筋率的两个对照组，比较各试验梁使用荷载下的正截面裂缝发展及最大裂缝宽度。【结果】试验表明：相同配筋率下，玻化微珠混凝土梁的最大裂缝宽度比普通混凝土梁减少19.7%，玻化微珠再生混凝土梁的最大裂缝宽度比普通混凝土梁减少25.4%；相同混凝土配合比下，玻化微珠再生混凝土梁的最大裂缝宽度随配筋率的增大而减小。由于再生粗骨料的天然缺陷及玻化微珠表面封闭内部多孔的材料特点，使得玻化微珠再生混凝土梁的断裂行为不同于普通混凝土梁，结合试验实测结果、理论分析与数学分析，修正了现有规范中的最大裂缝宽度计算公式。

  2025年02期 v.56;No.258 307-314页 [查看摘要][在线阅读][下载 2353K]
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• 考虑高温损伤影响玻化微珠混凝土氯离子传输模拟分析

  晋卓阳;李明厚;SELYUTINA Nina;SMIRNOV Ivan;刘元珍;张玉;

  【目的】火灾高温引起的隧道衬砌结构开裂损伤往往会对结构耐久性维持埋下巨大隐患。【方法】基于此，通过MATLAB和COMSOL软件交互使用，建立了包含粗骨料、玻化微珠、砂浆和界面过渡区的玻化微珠混凝土（GIC）凸多边形骨料数值模型，开展了考虑高温影响的氯离子传输模拟并进行了有效性验证。依据钢筋脱钝寿命理论，建立了灾后服役寿命参数影响评价机制。【结果】结果表明：随着玻化微珠体积分数的增加、界面过渡区厚度的减小及最大骨料直径的增大，混凝土灾后服役寿命得到一定改善，其中，玻化微珠体积分数影响尤为显著。【结论】基于参数分析，通过单因素相关性分析及多元非线性分析方法，最终建立了考虑高温影响的耐久性极限状态函数，可为实际工程中建筑结构设计及灾后寿命评估提供参考。

  2025年02期 v.56;No.258 315-326页 [查看摘要][在线阅读][下载 3466K]
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• 考虑THM耦合效应的富水砂层冻结效果评价

  沙立中;叶万军;赵兵;汤明建;浦同茂;周子豪;符晓;

  【目的】地铁隧道穿越富水砂层时常用的人工冻结法在冻土过程中受热、流、力场协同作用，研究多场耦合冻结效果对应用人工冻结法确保土体止水与加固的有效性具有重要意义。【方法】以昆明地铁富水砂层联络通道人工冻结法加固工程背景，建立了三维水平杯型冻结热-流-力耦合场（THM）模型，探明了降温计划、地下水渗流速度、地层饱和度对冻结效果的影响规律，并与实测结果对比分析。【结果】研究结果表明：地下水渗流速度越大，下游冻结区域冻结效果越明显，不同渗流速度下外圈冻结壁交圈时间均发生延期；渗流速度越大，上、下游冻结壁厚度差相差越大；不同降温计划条件下，采用-25℃降温计划的冻结效果最佳；由冻胀引起的竖向位移及水平位移随着饱和度的增大而增大，竖向位移增长率大于水平位移，竖向位移最大可达8.43 mm，水平位移不超过1.80 mm。在实际工程中，冻胀应力对临近建（构）筑物造成影响，可与管片配合通过二次注浆和融沉注浆以规避失稳、渗漏和盾构轴线偏移的危险。

  2025年02期 v.56;No.258 327-337页 [查看摘要][在线阅读][下载 4164K]
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信息与计算机

• 融合空间语义的自动驾驶视觉联合感知算法

  王越;曹家乐;孙学斌;王建;庞彦伟;

  【目的】作为自动驾驶关键部分，视觉联合感知系统可完成自动驾驶场景中的目标检测、可行驶区域分割及车道线检测等多项任务，在实际应用中需实现精度与速率的合理权衡。自动驾驶视觉联合感知框架YOLOP在实时性方面取得了优异表现，但存在特征金字塔不同尺度间的特征冲突及下采样过程的纹理细节损失问题。为缓解这些问题，提出一种融合空间语义的自动驾驶视觉联合感知算法，以空间语义嵌入和融合为核心，从特征增强及特征融合两方面改进YOLOP原有语义融合网络。【方法】在特征增强方面，提出双向注意力信息增强模块，减少多尺度特征图生成过程中的空间信息损失，从水平和垂直两个正交维度对全局上下文先验及对应精确位置信息建模，将通道注意力语义信息嵌入至空间细节，有效突出关键区域，提升特征图纹理细节表征能力；在特征融合方面，设计多分支级联特征融合模块，缓解各层级特征对应空间位置的相互干扰，采用不同扩张率空洞卷积与指数加权池化增大感受野范围，级联融合空间上下文语义信息，利用动态卷积对多尺度场景特征进行自适应交互聚合，实现纹理细节与高层语义的信息互补。此外，针对模型中各子任务训练不均衡问题，引入自适应参数对损失函数加权系数进行改进，有效提升网络检测和分割性能。【结果】在BDD100K数据集的实验表明，相比于YOLOP，所构建自动驾驶视觉联合感知模型保证了网络推理实时性，在车道线检测及目标检测平均精度方面分别提升了8.9%和1.6%。

  2025年02期 v.56;No.258 338-347页 [查看摘要][在线阅读][下载 2567K]
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• 多固定翼无人机的任务分配和路径规划算法

  郭家赫;高岳林;柳迎春;

  【目的】多固定翼无人机（Unmanned Aerial Vehicle, UAV）的任务分配和路径规划问题中，将固定翼UAV简单地视为质点，未考虑自身航向角、初始和终止速度向量等问题。针对多固定翼UAV任务规划问题，将改进的蚁群算法（Ant Colony Optimization, ACO）和自组织映射（Self-Organizing Map, SOM）算法相结合，提出ACO-SOM算法应用于多无人机系统。【方法】通过SOM进行任务分配，引入蚁群状态转移概率方法，调整SOM获胜神经元的权值，使得固定翼UAV按照最优Dubins路线依次到达各个目标点。根据巡航能力和运动学约束合理分配任务，构造多目标优化函数，实现多固定翼UAV的协同执行任务能力。【结果】分别在障碍物、不同起落点场景下对ACO-SOM算法进行仿真验证，实验结果表明，该方法能使多固定翼UAV合理任务分配并规划出最优路径，具有较高的避障和规划能力。

  2025年02期 v.56;No.258 348-355页 [查看摘要][在线阅读][下载 2318K]
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• 基于迭代自适应的多状态约束视觉/惯性融合定位算法

  节笑晗;刘宁;沈凯;戚文昊;刘薛勤;

  【目的】针对现有双目视觉/惯性里程计算法在遮蔽空间下救援人员进行定位计算时无法实时精准捕捉数据的问题，提出了一种迭代自适应多状态约束卡尔曼滤波双目视觉/惯性里程计算法（NN-MSCKF）。【方法】首先分析遮蔽空间下救援人员剧烈、复杂运动的跟踪效率和实时性需求，设计迭代自适应算法，利用窗口数据迭代对激励进行判断，触发初始化条件构造量测更新；其次研究地图点个数和像素区分度评估与筛选方式，引入地图点优化机制，提高对地图点进行评估和筛选的实时性；最后搭建仿真与试验平台对算法进行验证。【结果】实验结果表明，该算法相比MSCKF算法实时性提高1 s，全局精度提升55%，局部精度提升88.9%，验证了本方法的有效性。

  2025年02期 v.56;No.258 356-364页 [查看摘要][在线阅读][下载 3013K]
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• 《太原理工大学学报》投稿简则

  <正>《太原理工大学学报》是由太原理工大学主办的自然科学类综合性学术期刊。主要刊登国内外化学与化学工程、矿业工程、环境科学与工程、机械工程、建筑与土木工程、信息与计算机技术等学科的高水平研究成果。本刊目前采用网络在线投稿与审稿，不接收纸质稿件和E-mail投稿。网络投稿请直接登录《太原理工大学学报》编辑部网站注册投稿，或登录太原理工大学官网→期刊中心→《太原理工大学学报》界面注册投稿，有关稿件要求及注意事项如下：1.来稿应具有创新性的学术观点、研究方法、数据和结论；对于综述型的论文，要求具有较高学术水平的学科带头人撰写，能反映该学科领域最新的学术动态；收稿以国家级、省级以及横向科研基金资助项目所产出的研究性论文为主。2.来稿务必论点明确、论据充分、文字精练、数据可靠，篇幅(包含图和表)一般以8 000～12 000字为宜。

  2025年02期 v.56;No.258 365页 [查看摘要][在线阅读][下载 287K]
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