散装铁精矿流态化宏细观机理

基于室内小型振动台对散装铁精矿进行动力试验,研究了散装铁精矿流态化发生的过程和机理.基于数字图像采集和分析系统,分析了流态化过程中铁精矿位移场、水分迁移以及颗粒运动规律,从宏细观两方面揭示了散装铁精矿的流态化演化规律.试验结果表明:铁精矿产生流态化的主要原因是在动力荷载作用下,铁精矿细颗粒沿着粗颗粒孔隙向下迁移和颗粒表面水下落汇集形成水膜后向上流动.该结论为进一步探究铁精矿的流态化预防措施提供了理论依据.     

基于模型试验的散装铁精矿流态化细观规律

利用室内振动台模型试验,对散装铁精矿流态化细观规律进行了研究.基于细观图像采集分析系统,研究了铁精矿在流态化演化过程中颗粒间及颗粒与水分间的相互作用,分析了颗粒长轴方向、平均接触数、平面孔隙率等演化规律,探讨了铁精矿流态化细观规律及其与宏观现象间的联系.结果表明:水分迁移在铁精矿流态化演化过程中至关重要,其宏观表现是水液面上升;细观组构是控制铁精矿宏观力学行为的重要参数,其所反映的规律与宏观现象一致.     

基于三维离散元法的强夯动力响应研究

为了从宏细观结合入手研究粗粒土在强夯作用下的动力响应机理,以干砂强夯室内模型试验为基础,通过引进和二次开发颗粒流程序(PFC3D),首次采用三维离散元法建立土体和重锤数值模型,模拟了强夯的动力冲击过程,研究了夯锤及土体的动力响应,并初步分析了土体颗粒运动规律.结果表明:强夯振动属于单峰值冲击振动,土体动应力峰值沿深度具有一定的滞后性,动应力的衰减在水平方向较竖直方向快,锤底土体颗粒以竖向运动为主,锤底斜下方颗粒主要做斜向下运动,锤侧颗粒以水平或斜向上运动为主,出现松动和飞起现象,数值模拟结果与室内模型试验基本吻合.研究工作为揭示强夯加固粗粒土细观机理及模拟实际工程问题提供了一种新的思路.     

粗砂滑坡离心模型试验及离散元细观模拟

为了探明砂土滑坡的力学机理，采用自行研制的降雨诱发滑坡离心模型试验装置，进行粗砂滑坡离心模型试验，基于试验结果，采用改进后的离散元数值模拟程序对滑坡过程进行细观研究，从细观和非饱和角度对离心模型试验进行补充。研究结果表明：粗砂滑坡发生的细观机理为坡体中的水无法及时排出，导致土颗粒悬浮在水颗粒中，土颗粒间的接触减少甚至脱离，土颗粒间的相互作用力转化为土颗粒与水颗粒之间的作用力，土体出现流体特征，抗剪强度丧失。滑坡的发展表现为两种可能的形式：各处水颗粒施加给土颗粒的作用力与此位置土颗粒的接触力正好相等，表现为整体滑动；水颗粒施加给土颗粒的作用力等于土颗粒重力和前部土颗粒的接触力之和，表现为后部滑坡向前部发展。     

饱和砂土液化过程中细观组构的模型试验研究

采用室内振动台模型试验对液化过程中饱和砂土颗粒的细观组构进行研究.分析了砂土颗粒在液化破坏过程中颗粒长轴方向、平均配位数、孔隙率的演化规律及其与宏观现象之间的联系.应用表征上述量的组构参数分析了砂土的诱发各向异性,指出在循环荷载的作用下,砂土颗粒不断重新排列定向以适应新的应力状态,导致累积配位数的丧失、孔隙率增大,继而导致液化的发生.研究成果对于揭示砂土变形(液化)的细观机理以及建立砂土的细观力学模型都具有重要意义.     

泥石流“锚杆-护坡”防治模型试验宏细观机理

通过滑坡型泥石流“锚杆-护坡”防治室内模型试验，分析了泥石流防治的宏细观机理.试验结果表明，雨水渗出量和降雨量差异造成孔隙水在坡体内积蓄、孔隙水压增高，但坡体未出现分层滑动现象，仅发生了入渗软化和小规模蠕动.细观机理分析表明，坡体中水土细观运动分为“水在颗粒中渗透”和“颗粒在水中浮动”2种模式，细颗粒随雨水渗流在颗粒骨架间下沉并发生平行于坡底的运动，最后因“锚杆-护坡”的滤水固土作用而逐渐沉积并保持稳定.试验宏细观分析表明：颗粒的细观运动改变了模型试验坡体的破坏机理，坡体结构由不同粒径颗粒均匀分布变为“底部细颗粒积聚密实，上部粗颗粒骨架稳定”结构，降低了滑坡型泥石流的发生概率.     

泥石流启动试验的数值模拟研究

采用离散元颗粒流程序PFC3D(Particle Flow Code)对泥石流启动过程的模型试验进行数值模拟研究.考虑泥石流启动过程中砂土的非饱和特性,在前期研究的基础上对模型进行改进,利用微小颗粒模拟水团,并通过设置黏结模型模拟土颗粒间的基质吸力.将数值模拟结果与室内模型试验进行对比分析,分析得出泥石流的启动表现为后部土体推挤前部土体快速下滑.非饱和状态下,颗粒间的基质吸力提供了一定的土体强度,当渗透力和重力引起的下滑力克服这种颗粒间的黏结力时,土体由非饱和状态逐渐转变为饱和状态,泥石流才会启动.与原有未考虑非饱和特性的数值模拟方法对比,结果表明,使用PFC3D并考虑土体非饱和特性,可以更接近地模拟流滑型泥石流的破坏形态和启动过程.     

非稳定流作用下管涌发生发展的细观数值模型试验研究

为了揭示非稳定流作用管涌发生后的发展过程及其破坏规律,进行管涌砂槽模型试验和颗粒流数值模拟,建立6组模型研究水头抬升速率对颗粒运移过程的影响,分析不同条件下土体内部细颗粒运移引起管涌破坏的动态过程。根据数值模拟结果,揭示管涌发展过程中颗粒细观变化规律及流体的变化规律,并与砂槽模型试验结果进行比较。研究结果表明:一次加载方式对孔口区域的影响最大,也最不安全,此结论与工程实际相吻合,模型试验结果证实了该数值模型的合理性。     

铁路基床翻浆冒泥病害成因的细观机理分析

基于朔黄铁路基床填料动力响应特性试验数据,建立PFC2D饱和粗颗粒土动三轴数值模型,选用线性黏结颗粒接触反映粗颗粒土的黏结特性,从细观力学和几何学角度研究翻浆冒泥病害形成的细观机理。结果表明:该数值模型能较好地反映粗颗粒土的动力响应特性。振动荷载通过改变土体颗粒与颗粒之间的接触荷载,破坏颗粒间的黏结键,形成自由颗粒和孔隙,造成基床软化,并最终形成翻浆冒泥病害。围压和土体颗粒间黏结作用越小,试样越容易发生软化,形成翻浆冒泥病害,基床强化应从改善基床表层和道床的围压状态以及提高颗粒间的黏结强度两方面采取措施。     

土石坝动力离心模型试验颗粒流数值模拟

以长河坝离心模型试验为基础,开展颗粒流细观数值模拟研究,分析大坝在不同地震加速度和离心加速度下的动力响应(加速度和位移)和破坏模式,并对长河坝双向振动台模型试验进行了数值模拟分析.数值模拟结果表明:数值模拟规律与离心振动台试验规律基本一致,坝体的地震破坏模式为坝顶局部滑动破坏;同一高程坝坡位置的动力响应大于心墙位置;随...     

动荷载作用下高温冻土路基的动力响应分析

采用有限元计算和模拟试验相结合的方法,研究了高温冻土路基在列车动荷载作用下的动力响应。首先,通过数值计算分析了路基的地表变形、内部土压力的变化规律。根据相似理论确定并没计了冻土路基模拟试验装置,通过在路基周围地表及其内部布设压力和变形传感器,并用自行设计的列车动荷载加载装置对路基施加模拟荷载,进行了冻土路基的模拟试验。模拟试验和数值计算的结果分析表明:采用的数值计算模型和模拟试验方法基本可行,研究结果可为青藏铁路的安全运营以及维护提供参考。     

一种难选铁矿石磁选精矿直接反浮选的分散特征

介绍了一种处理难选铁矿石磁选精矿的直接反浮选工艺.采用XRD,SEM和EDS等手段对原矿、精矿和尾矿的形貌及矿物组成进行了表征,重点探讨了分离过程中矿物的分散特征,为含碳酸盐难选铁矿石磁选精矿的直接反浮选技术提供理论基础.研究结果表明,采用添加分散剂直接反浮选技术可以获得合格铁精矿;有用铁矿物和脉石矿物细颗粒无选择性粘附在有用铁矿物和脉石粗颗粒表面,是造成铁矿石分离困难的主要原因;分散剂的加入有利于颗粒分散,从而实现了有用铁矿物与脉石矿物的选择性分离.     

大颗粒流化床传热数值模拟与气固传热模型比较

采用欧拉-欧拉模型对GeldartD类颗粒气固流化床的非定常传热过程进行了模拟,比较了包括Gunn模型在内的6种不同的气固传热系数模型.通过模拟二维流化床发现,基于6种气固传热模型得出的平均壁面传热系数与文献的实验关联式相差不大,但是6种模型给出的局部气固传热系数呈现较大的差别,其原因在于不同模型中的两个主要影响参数颗粒雷诺数和床层空隙率的贡献不同.比较了6种气固传热模型之后,采用Gunn模型对D类颗粒的流化床进行了模拟和分析,结果表明:尽管存在较大的气泡和一定程度的腾涌,D类颗粒流化床可以实现稳定的流化.从流化床内的温度分布的演化来看,D类颗粒流化床的传热均匀性不存在问题,较大的颗粒直径和较大的气泡并未造成传热问题.     

海砂矿球磨微观解离与细粒级磁选受力分析

为拓宽铁矿石来源,提高海砂品位以应用于长流程炼铁系统,对一种印尼海砂矿进行了球磨磁选实验,并利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)以及激光粒度分析(LPSA)等方法,研究了其在不同球磨阶段的微观解离特点、粒度与磁感应强度对精矿品位与回收率的影响以及细粒级下磁选过程中的受力机理.结果表明:球磨至一定阶段后,矿石粒度已较小,连生体基本以包裹体形式存在,很难继续解离,故此时继续降低矿石粒度对精矿品位的提升意义不大;另外,当矿石较细时,水阻力将成为磁选过程中的主要作用力,细粒级矿粒将不能到达磁鼓表面,故此时精矿回收率较低.     

磁流化床中铁磁颗粒流化特性的数值模拟

针对磁流化床中颗粒浓度高,相互作用强的特点,在双流体模型的基础上,引入颗粒流的动力学理论,对床内铁磁颗粒在不同工况下的流化特性进行数值模拟.计算结果表明:在无磁场或弱磁场作用下,床内多处产生气泡,颗粒呈鼓泡流化状态;在适度磁场作用下,磁场对颗粒的作用明显,可以抑制床内气泡生成,实现颗粒的稳定流化.增大气体表观流速比后,磁场的调节作用相对减弱,颗粒不能实现稳定流化.与试验数据比对,二者吻合较好,数值模拟结果较好地反映磁流化床中颗粒的流化行为.     

Oxide coating mechanism during fluidized bed reduction: solid-state reaction characteristics between iron ore particles and MgO

Experiments on the solid-state reaction between iron ore particles and MgO were performed to investigate the coating mechanism of MgO on the iron ore particles’ surface during fluidized bed reduction. MgO powders and iron ore particles were mixed and compressed into briquettes and, subsequently, roasted at different temperatures and for different time periods. A Mg-containing layer was observed on the outer edge of the iron ore particles when the roasting temperature was greater than 1173 K. The concentration of Fe in the Mg-containing layer was evenly distributed and was approximately 10wt%, regardless of the temperature change. Boundary layers of Mg and Fe were observed outside of the iron ore particles. The change in concentration of Fe in the boundary layers was simulated using a gas–solid diffusion model, and the diffusion coefficients of Fe and Mg in these layers at different temperatures were calculated. The diffusion activation energies of Fe and Mg in the boundary layers in these experiments were evaluated to be approximately 176 and 172 kJ/mol, respectively.     

多因素作用对模拟铀矿岩气体渗透率影响的实验研究

空气渗流对铀矿岩氡析出率具有显著影响.为保证试样之间初始条件一致,选取南方某铀尾砂、石英砂为骨料,水泥为胶结料,辅以掺和料(精铁粉、微硅粉)、改性外加剂(早强剂、减水剂)和蒸馏水,基于相似理论及正交实验制备并优选最符合实验要求的模拟铀矿岩试样.通过设计实验方案,综合考虑温度、围压和含水饱和度等影响因素,开展了多因素作用下模拟铀矿岩气体渗透性变化规律的研究.实验结果表明:随着围压、温度和含水饱和度的增大,试样气体渗透率均呈降低趋势;就试样气体渗透率降幅而言,含水饱和度的影响最为明显,围压次之,温度的影响相对较小;含水饱和度、围压与温度在对试样气体渗透率影响时,存在明显的耦合作用.本研究填补了铀矿开采领域在此方面的研究空白.