TJ-1模拟月壤颗粒几何特性

颗粒几何特性是颗粒材料的一个重要物理性质,是决定颗粒材料力学性质的一个重要因素.针对软着陆模型试验所用的TJ-1模拟月壤颗粒进行了体视显微镜扫描,获取数字图像后用图形处理软件对各粒径组的颗粒进行了几何特性各指标参数的量化统计,获得了模拟月壤颗粒在延伸度、圆度和凹凸度等的具体数值,为进一步研究TJ-1模拟月壤物理力学性质与颗粒几何特性的关系提供了相关试验数据.试验结果表明:TJ-1模拟月壤颗粒具有棱角、钩角、锯齿等不规则结构,表面相对凹凸,大粒径颗粒具有明显的蜂窝状气孔结构;颗粒形状各异,主要形状有长条状、类三角形和类四边形.最后对TJ-1模拟月壤颗粒和真实月壤颗粒在几何特性方面进行了对比分析.     

TJ 1模拟月壤承载特性物理模型试验研究

借助现代土力学试验技术研究月壤工程特性,是解决月球上岩土工程问题的一个可行方法.室内载荷物理模型试验是研究土体承载特性的重要方法.本研究自行设计加工了一套可以实现加载速率控制的加载装置,采用试验材料为Tongji-1(简称TJ-1)模拟月壤,对4种不同尺寸的圆盘载荷板进行加载速率控制条件下的载荷模型试验,同时测定了基底土压力分布.试验结果表明:在相同载荷板条件下,TJ-1模拟月壤的地基极限承载力和变形模量随加载速率的增加而增加;在相同加载速率条件下,TJ-1模拟月壤的地基极限承载力和变形模量随载荷板尺寸增加而增加;加载时基底中心土压力最大.     

应力旋转对TJ-1模拟月壤变形特性的影响

登月成功后月球车辆的行驶以及月球基地的建设均涉及到主应力轴旋转问题,为此采用空心圆柱扭剪仪进行了两个系列的主应力轴旋转试验,以研究中主应力系数和平均应力对主应力轴旋转条件下同济一号(TJ-1)模拟月壤变形及非共轴特性的影响.试验系列I中保持平均应力、偏应力比不变,进行了不同中主应力系数的主应力轴旋转试验;系列II则是保持偏应力比、中主应力系数不变,进行了不同平均应力下的主应力轴旋转试验.结果表明中主应力系数、平均应力均对主应力轴旋转过程中TJ-1模拟月壤的变形特性影响显著.着重分析了中主应力系数、平均应力对TJ-1模拟月壤在主应力轴旋转过程中各应变分量、体变的发展趋势以及非共轴特性的影响,以期为登月成功后与月壤相关工程的设计提供参考.     

月壤工程地质特性综述

根据国内外的最新研究成果,综述了近年来月壤工程地质力学特性研究的新进展.首先简述了月壤的矿物特征与化学成分,分析了月壤的级配、颗粒形态与孔隙率等物理性质;然后总结了月壤的变形特性与强度特征,阐述了目前模拟月壤的主要类别,及其内摩擦角、弹性参数等力学参数的研究成果;最后指出月壤研究中存在的问题,即模拟月壤试验必须注意环境变量(如弱重力)及化学成分对于工程地质性质的影响,同时应加强对月壤动力性质方面的研究.     

水玻璃固化模拟月壤抗压强度增长机理分析

月球基地建设需要大量建筑材料,其中原位利用月壤能有效减少材料和运输成本。为了研究水玻璃固化模拟月壤抗压强度增长机理,分别进行了不同水玻璃掺量下的模拟月壤单轴抗压强度试验,X射线衍射和SEM电镜扫描试验,得到了水玻璃固化模拟月壤的单轴抗压强度变化规律,分析了能量变化特征和微观结构。研究结果表明:掺入适量水玻璃能提高模拟月壤的单轴抗压强度;采用掺量为5%的水玻璃,在85℃条件下养护28 d模拟月壤的抗压强度可达到3.23 MPa;此时模拟月壤的总能量和弹性能均达到最大值,随着水玻璃掺量不断增加,耗散能整体上呈现下降趋势。微观结构分析表明:水玻璃的碱激发作用和吸附作用所生成N-A-S-H凝胶、钙矾石（AFt）等水化产物填充在颗粒周围,松散的骨架颗粒通过凝胶胶结成致密的网状结构,从而使模拟月壤的强度得到提高。     

基于计算机图像处理技术的松散砂性土微观结构定量分析方法

土体微观结构是土体宏观力学机制的反映,深入研究土体微观结构对正确评价土体工程性质具有重要的指导意义.针对松散砂性土的微观结构量化研究中存在的难题,提出了一整套样品制备方法和试验方法,基于数字图像处理技术,对土样的扫描电子显微镜图像(scanning electron microscope,SEM)进行了定量分析,并通过自主开发的程序实现了土样微观结构量化指标的快速获取和全自动处理.采用该方法能对松散的砂性土制备出符合扫描电镜观测要求并同时保持原始结构不受扰动的试样,开发的程序能对土样的SEM图像进行去除多余信息、二值化、去噪、参数统计等预处理步骤,快速获取颗粒个数、面积、形态比、表观孔隙率、分形维数等微观结构量化指标.借助统计学方法,对一些关键量化指标的分布特征进行了分析和探讨.研究结果表明,计算机图像处理技术可以高效识别土体的颗粒和孔隙形态,进行土体微观结构参数的精确提取,从而为土体微观结构的定量分析提供了有效的途径.     

模拟月壤颗粒形状特征及其对抗剪强度影响分析

为研究颗粒形状特征对抗剪强度的影响,对模拟月壤颗粒进行体视显微镜扫描拍照,并利用图形处理软件对各粒径组颗粒的形状特征进行量化统计.结果表明:模拟月壤颗粒的主要形状有圆形、类椭圆形、类三角形和类正方形等.利用PFC 3D软件中的"Clump"命令构造出不同形状的模拟月壤颗粒并通过三轴试验数值模型研究其抗剪强度指标值,模拟结果表明:颗粒形状对模拟月壤的抗剪强度指标值有着明显的影响,其中构造出的类椭圆体颗粒试样抗剪强度最大,而规则的球体颗粒试样的抗剪强度最小;当颗粒形状都是类三角体时,凹凸度越大,试样的抗剪强度指标值也越大.     

岩石孔隙结构表征与流体输运可视化研究进展

孔隙结构特征的室内测试技术主要分为间接测试和直接测试两大类。前者主要以获取孔径分布等特征统计参数为主的流体注入法及孔隙流体饱和度的反分析法。后者主要为以获取孔隙结构图像为目的的光学辐射法。微观渗流物理实验可以实现孔隙空间中流体流动形态的可视化监测与分析，获取宏观条件下难以观测的实验现象，有助于孔隙尺度下渗流及驱替过程中复杂流动行为的微观力学机制分析。基于岩芯微观孔隙结构图像的模型重建是一种实现孔隙结构精细化表征与流体输运特性可视化研究的数值分析手段。基于不同的表征思想，多孔介质内流体输运控制方程可分为分子动力学模拟、格子玻尔兹曼模拟和计算流体动力学模拟。主要通过泊肃叶定律和准静态模型实现孔隙尺度流体流动和驱替过程的模拟。     

基于生成对抗网络的砂岩薄片图像视野外重建

利用生成对抗网络(GAN)模型,对砂岩薄片图像的微观颗粒和孔隙结构进行视野外重建,并对预测图像的语义进行评价。结果表明,模型能够预测2.25倍于原始视野的砂岩微观结构,并且针对不同类型的岩石图像语义均具有良好的性能。模型对不同颗粒的表面纹理、颗粒形态以及多颗粒间复杂接触关系等语义的图像视野外预测结果与真实图像较为吻合。但是,在微观特殊现象图像的视野外重建任务中,模型缺乏对特殊现象的敏感性。在孔隙结构重建时,模型对微孔面孔率的预测误差大于粒间孔、裂隙和溶蚀孔等孔隙空间。不同孔隙空间重建图像的预测效果可能与孔隙特征(如孔径大小和连通性)有关。     

尾矿坝变形细观力学机理的颗粒流数值模拟

以新建四川省盐源县平川铁矿黄草坪尾矿库为工程背景,通过堆坝模型试验与室内土工试验,获得尾矿坝干滩面几何特征、颗粒分布规律及尾矿力学性质。基于离散元理论,采用PFC2D数值模拟软件进行双轴试验,与土工试验结果对比,得到尾矿细观力学参数,并分析尾矿坝颗粒接触力分布、颗粒位移与坝体结构变形特征。结果显示:1)初期坝中颗粒间接触力较大,形成的力链大致呈45°倾斜向上;坝体尾矿颗粒接触力随着埋深的增加而增大,在基岩凸起处接触力较大且集中。2)初期坝颗粒位移不明显,堆积坝少数尾矿颗粒沿坡面向下滚动,具有较大位移;尾矿堆积坝存在较为典型的滑移面,滑移面上部区域颗粒位移较大。3)初期坝结构变化不明显,尾矿堆积坝中靠近初期坝内坡面附近结构变形显著。     

基于蒙特卡罗方法的软土微观结构随机几何模型

 软土微观结构的仿真几何模型是进行软土微观数值模拟的前提和基础。根据常规土工试验获得的土样孔隙比和各粒组含量百分比,采用蒙特卡罗方法生成一定数量的随机多边形单元代表软土微观结构中的各类结构单元体和孔隙,然后通过把它们随机分布到给定大小的区域中,建立了软土微观结构的随机几何模型。把上述方法应用到广东省某高速公路工程软土土样的微观结构仿真建模中,结果表明所建立的仿真几何模型与土样实际微观结构图像具有一定的相似度,验证了文中方法的可行性。     

基于微观结构的软土变形计算模型

 基于土体微观结构演化建立其土体沉降计算模型是值得探索的新方法和新途径。研究首先从室内固结试验和三轴固结试验出发,研究不同荷载条件下软土微观结构变化与固结变形特征;并运用图像处理技术,提取微观结构参数,分析微观结构参数与荷载、变形和强度之间的关系,建立基于微观结构的软土沉降计算模型;最后,将这一模型应用于实际工程中,计算结果与监测值对比分析表明：二者具有较好的一致性,验证了该模型的实用价值。     

土壤磷形态的反射光谱特征及其光谱建模

由于对土壤磷的可见-近红外反射光谱的特征认识不足,土壤磷的光谱模型稳定性较差。为此,通过分离不同磷组分,分别以标准白板和残渣样品为参考光谱,间接和直接测定了不同磷组分的反射光谱。通过分析其光谱特征及光谱模型的间接和直接结果,发现各磷形态具有显著不同的反射光谱特征,光谱形状、反射率大小及峰/谷位置均不同,能够被现有可见-近红外光谱（200~1000 nm）定性和定量分析。在现有研究波段内,250 ~750 nm是土壤磷的敏感波段。研究结果为认识全磷的反射光谱特征及预测全磷含量提供了理论依据。     

细磨海砂矿烧结特性及其对烧结矿质量影响机理

通过细磨海砂矿研究其粒级分布、微观结构和烧结高温特性的变化,结合烧结杯试验、扫描电镜能谱分析等研究方法考察海砂矿粒级分布对烧结矿质量的作用机理.经细磨后海砂矿颗粒不规则程度增大,制粒性能得到改善.随着海砂矿粒度变细,其烧结高温特性呈现出与普通铁矿粉相反规律,其中海砂矿3(细磨25 min的海砂矿)与海砂矿1(未经细磨的海砂矿)相比,同化温度升高21℃,1280℃时液相流动性指数减小0.35,细磨后海砂矿与CaO反应生成钙钛矿增多,阻碍同化反应进行,生成的液相黏度增大.配加8%海砂矿3的烧结矿与配加相同比例海砂矿1相比,还原性提高3.8%,细磨后海砂矿在混合料中分布更加均匀,造成烧结矿中含钛物相质点增多,还原中产生众多微细裂纹,利于还原气体扩散.     

基于数字图像的水泥物相特征提取方法的研究

提出了基于数字图像的水泥物相体积分数、表面分数两种微观结构参数的提取方法，该方法可用于水泥物相的特征分析及水泥性能的预测。文本中的图像处理方法也可应用于其它材料数字图像的研究。     

土工静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪研发及应用

为模拟波浪荷载条件下土的动力变形与强度特性，研制开发了能够实施复杂应力路径试验的土工设备土工静力—动力液压三轴—扭转多功能剪切仪。该设备能够实现多种固结条件、多种静力与循环剪切的复杂应力路径试验，具有广泛的适用性。对设备研制与开发及技术参数确定中的若干具体问题进行了探讨，有关经验对于类似土工设备研制具有一定的参考价值。初步的试验结果表明：竖向—扭转双向耦合循环剪切试验能够较好地模拟主应力轴连续旋转的复杂应力路径条件；采用内置式的荷载传感器和微小位移传感器，能够较大地提高试验测量精度。     

脲酶抑制剂作用下微生物加固某金属尾砂试验研究

微生物诱导碳酸钙沉淀过程是基于微生物产生脲酶而发生的。因此脲酶是影响该过程的重要因素。为了改善微生物加固尾砂的效果,考虑脲酶抑制剂能有效抑制脲酶活性、延缓尿素水解的作用,本文通过在微生物加固尾砂试验过程中引入了不同掺量的脲酶抑制剂,并对加固后的尾砂柱体进行宏观力学试验与微细观检测,系统分析了脲酶抑制剂对微生物加固尾砂的效果。结果表明:适量的脲酶抑制剂可较大程度地延长巴氏芽孢杆菌迟滞期,可改善碳酸钙沉淀分布的均匀性,可提升微生物固化后尾砂试样的力学性能。其中,脲酶抑制剂的掺量为0.1%时,砂柱试样具有明显的剪切破坏模式,其剪切峰增长13.26%,有效黏聚力增长11.82%,有效内摩擦角增长6.85%,碳酸钙生成率同比增长了34.17%,孔隙率降低了46.90%。     

基于灰度计算饱和粘土的孔隙率

基于灰度计算饱和粘土的孔隙率@李强$华南师范大学计算机系!广州510631 @鲍苏苏$华南师范大学计算机系!广州510631~~~~     

粗粒土类别的分形图解

基于分形理论,同时考虑粗粒土的随机性、非规则性,应用随机模糊方法研究了粗粒土的粒度分布分维,讨论了粒度分布分维与粗粒土的均一性、粗度和级配的相互关系。研究发现粗粒土是分形粒子,具有分形效应,细粒土是以分形分布的方式充填到粗粒土之间的,粗粒土组成的结构为分形结构,据此给出了5种粗粒土的典型分形图形并揭示了其特有的性质。结果表明,粒度分布分维是刻画粗粒土特征的有效参数,应用该参数可以控制集料颗粒粒径,达到优化级配、增大集料密度的目的。最后给出了应用粒度分布分维控制颗粒粒径的理想分形级配图形。     

深基坑支护结构施工工艺优化设计

将地层损失法与文克勒模型基础上的杆系有限元增量法非线性分析结合，协调支护力与土体变形计算，对多支点支护结构，通过变形曲线面积积分建立比较系统的多目标优化模型，并运用复合形法实现优化计算，求出满足目标要求的最优开挖与支撑工艺。