云南红土室内滑坡模型相似材料的特性研究

针对云南典型红土,考虑掺合红土含量和养护时间的影响,通过比重、颗粒分析、直剪、压缩等试验,研究了掺合红土的物理和力学特性。试验结果表明:红土中掺入仿瓷粉、砂后,比重降低;随掺入含量的增大,红土颗粒中砂粒的含量逐渐增大,黏粒含量逐渐降低;红土中掺入还原铁粉后,比重显著增大,随掺入含量的增大,红土颗粒中砂粒的含量逐渐增大,黏粒含量逐渐降低。随掺入仿瓷粉含量的增加,养护时间的延长,总体上,红土的抗剪强度呈减小趋势,压缩系数呈增大趋势;随掺砂含量的增加,红土的抗剪强度呈增大趋势,压缩系数呈降低趋势,且变化存在一个合理的掺砂含量,尤其掺砂含量在10%～20%时,抗剪强度出现峰值,压缩系数出现谷值,养护时间对掺砂红土影响不明显。随掺入还原铁粉含量的增加,红土的抗剪强度逐渐增大、压缩系数逐渐减小,随养护时间的延长,其抗剪强度呈减小趋势,压缩系数没有明显的变化规律。     

粗颗粒组分含量对中细砂抗剪强度的影响

粒径级配决定了砂体颗粒结构特征,影响着砂体的剪切力学行为。为查明粗颗粒组分含量对中细砂抗剪强度的影响,在中细砂中逐级加入粗颗粒组分,配制了5组混合砂样,并对其进行了直剪试验研究。结果表明:随着法向应力的增大,各组混合砂样的抗剪强度也随之增大;直剪试验中各混合砂样直剪峰值强度后均出现略微软化,随剪切位移的增大又发生硬化;当法向应力的增大时,各组混合砂样硬化现象更加明显;在同一法向应力作用下,增加粗颗粒含量,各组混合砂样抗剪强度均表现出先降低后升高的趋势,在粗颗粒含量由0%增加到20%时,混合砂样抗剪强度持续降低,在20%粗颗粒含量时达到最小,之后开始增大;在不同的级配及法向应力作用下,混合砂样的摩擦系数等强度指标变化均在20%粗颗粒含量时发生改变。     

滚筒内颗粒混合过程的实验研究

通过自行设计搭建的滚筒实验平台,以玻璃珠为颗粒材料,探究了不同尺寸颗粒的混合/分离过程,并测量不同操作参数下的滚筒功率消耗.实验结果表明:高填充比时颗粒分离现象更明显,呈现典型的小颗粒被大颗粒包围的现象.在低填充比时,对于尺寸接近的颗粒不同转速下的颗粒分离现象不明显.颗粒粒径差距越大,颗粒分离现象越明显.随着滚筒转速和填充比的逐渐增大,功率消耗逐渐增大,而相比之下功率消耗对粒径比的敏感性比较低.     

基于EDEM-FLUENT耦合的滚筒冷渣机颗粒轴向扩散运动

基于欧拉-拉格朗日、离散单元法理论,利用EDEM-FLUENT耦合方法,考虑了气相对颗粒的相互作用,以及颗粒与颗粒之间的碰撞,对滚筒冷渣机六棱形冷渣管料床中灰渣颗粒轴向扩散进行了数值模拟分析,得出了灰渣颗粒在填充度25%,颗粒滚落状态下的动态休止角θd=29°,安装倾斜角3°工况下,轴向扩散运动随滚筒转速n(5 r/min ~ 10 r/min)、颗粒粒径d(1.5 mm ~ 3.5 mm)的变化规律。实验结果表明：当粒径一定时,轴向扩散系数随着转速n的增大而增大,相比5 r/min转速,10 r/min转速下颗粒轴向扩散系数增大了23.6%;当滚筒转速一定时,轴向扩散系数随着粒径的增大而增大。粒径d从1.5 mm增加到3 mm及3.5 mm时,轴向扩散系数分别增大了3倍和7.06倍。轴向扩散系数越大,颗粒轴向运动就越剧烈,滚筒出力越强,炉渣处理效率越高。     

鼓泡流化床异质颗粒混合特性微观研究

开发了一种基于电容探针的稠密气固两相流中异质颗粒混合特性测试新方法。研究了鼓泡流化床内异质颗粒混合过程中微观混合比的变化规律,分析了流化床一系列位置处对流与扩散机制对于混合过程的作用规律及其微观机理。结果表明:随着流化床床层高度的增加,对流机制对于颗粒混合的作用先增大后减小;壁面处微观混合比随着混合时间出现小幅波动,主要表现出扩散混合行为;不同高度处颗粒达到混合平衡所需时间无明显差异,而壁面处颗粒达到混合平衡所需时间是轴线处颗粒混合时间的2倍左右;混合平衡状态下最终微观混合指数相近。     

水流作用下裂隙内沉积颗粒起动临界流速研究

为了优化阻塞裂隙的水力冲刷工艺参数,采用物理试验和理论分析相结合的方法,建立了水流作用下颗粒起动有效作用流速数学模型,研究了水流作用下裂隙内不同形状颗粒的起动方式和颗粒起动临界流速随颗粒粒径、流体密度和裂隙高度的变化特性。结果表明：近圆颗粒和椭球颗粒主要以滚动方式起动,扁平颗粒以滑动方式起动;颗粒起动临界流速随颗粒粒径的增大呈现对数增大的变化规律,随流体密度的增大呈减小的变化规律;进一步地,由于颗粒起动有效作用流速与裂隙高度的增大呈负相关的变化规律,因此颗粒起动临界流速随裂隙高度的增大而增大。为提升阻塞裂隙的水力冲刷效果,应采用的方法是增加流体介质的密度,促使裂隙内更多的沉积颗粒发生起动。此外,当水力冲刷工艺运用至裂隙发育的地带时,应该适当提高水力冲刷工艺的注水量,提高堵塞裂隙的水力冲刷工艺效果。     

黏砂混合土孔隙特性的试验研究

通过制备不同干质量比例的黏砂混合土,开展混合土的压缩试验和压汞试验,探求含砂量对混合土压缩性和孔隙特性的影响,并采用孔隙体积分维数对孔隙的变化规律进行了描述。结果表明:含砂量的增加改变了混合土的初始进汞体积,降低了汞突破"瓶颈"阶段的进汞压力值;混合土的累积孔隙体积随含砂量的增加而增大,累积孔隙体积增长"瓶颈"阶段的孔径变化区间随含砂量的增加而降低;含砂量的增加使得土中孔隙分布从单峰值分布曲线向双峰值分布曲线过渡,混合土中孔隙体积也从以颗粒间孔隙为主向以团粒内孔隙为主变化;颗粒间孔隙体积含量随含砂量的增加而降低,团粒内孔隙和团粒间孔隙的体积含量随含砂量增加而增大;混合土中孔隙的体积含量越大孔隙的体积分维数越低,团粒内孔隙和团粒间孔隙的增加降低了混合土的压缩性。     

颗粒破碎在直剪试验中的研究

通过引入颗粒破碎指标Bg,设计8组室内土体直剪试验,研究直剪过程中颗粒的破碎随试样饱和度以及干密度的变化情况。对试验数据进行分析处理,得出以下结论:1直剪过程中土颗粒总是大颗粒减小细颗粒增加;2随着饱和度增大,颗粒破碎指标逐渐减小,并趋于稳定;3随着试样干密度增大,颗粒破碎指标逐渐增大。     

废旧轮胎颗粒掺量对黏性土压缩特性的影响

通过压缩试验研究了废旧轮胎橡胶颗粒与黏性土混合土的压缩特性,及竖向压力、橡胶颗粒掺量对混合土各参数的影响。研究结果表明:混合土的压缩性介于黏性土与纯橡胶颗粒之间,在低掺量下呈现出中压缩性,而在高掺量下呈现出高压缩性;随竖向压力增大,混合土的孔隙比与压缩系数减小、压缩模量增大;随橡胶颗粒掺量增加,混合土的孔隙比与压缩系数均先减小后增大,且以30%掺量混合土的孔隙比与压缩系数最小,而混合土的压缩模量先增大后减小,当掺量为30%时,其值最大;掺入轮胎橡胶颗粒可使黏性土的固结速率提高400%,当橡胶颗粒掺量为30%~40%时,混合土的压实效果最好。     

橡胶颗粒掺量对砂土抗剪强度的影响

将废旧轮胎加工为橡胶颗粒,并与砂土混合成为混合土,使之更适合作为路堤、挡墙、桥台等填筑工程的填料。通过直剪试验研究了不同废旧轮胎橡胶颗粒掺量(如10%、20%、30%、40%及50%)对细海砂以及中粗砂抗剪强度的影响,探讨了剪切位移与剪应力的关系,分析并比较细砂、中粗砂改良后的抗剪强度变化特征。试验结果表明:当橡胶颗粒掺量小于20%时,细海砂-橡胶颗粒混合土和中粗砂-橡胶颗粒混合土的抗剪强度随废旧轮胎橡胶颗粒掺量增加而增大;反之,细海砂-橡胶颗粒混合土和中粗砂-橡胶颗粒混合土的抗剪强度随着废旧轮胎橡胶颗粒掺量的增加而减小。     

丝状颗粒在滚筒横向截面中的传热传质特性

针对丝状物料在滚筒内干燥不均等问题,从干燥机理出发,建立了一种基于离散单元法的丝状颗粒传热传质数学模型.利用该模型对滚筒横向截面中丝状物料的温度和含水率的变化过程进行了分析计算,并通过实验验证了数学模型的有效性.研究结果表明:筒壁温度的变化对丝状颗粒传热传质特性有着直接且重要的影响;在干燥的初始阶段,颗粒彼此间温度的不均匀性迅速增大,但随着干燥的进行,颗粒之间的温度差别又呈现出逐渐缩小的趋势.颗粒间含水率的不均匀性在干燥的初始阶段同样迅速增大,当满足一定的干燥条件或一定的干燥时间,筒体内部丝状颗粒的干燥程度将会越来越均匀;丝状颗粒在滚筒中所获取的热量主要来自于与高温壁面(特别是与筒体之间)的接触导热;与升举式抄板相比,均布式抄板可使颗粒在滚筒横截面上的分布及颗粒间的温度和含水率更加均匀.     

球磨过程中Fe/Al混合粉末的摩擦化学效应

利用ZJM 10T型搅拌式球磨机和X射线衍射仪研究了Fe/Al元素混合粉末在机械球磨过程中的摩擦化学效应.结果表明,Fe粉颗粒摩擦化学效应的变化规律与球磨机的转速无关,即无论低速或是高速,随着时间的延长,Fe粉颗粒的颗粒尺寸变小,显微应变增大,有效温度系数增大.而Al粉颗粒的摩擦化学效应的变化规律却与转速关系密切,低速时,其变化规律与Fe粉颗粒的变化规律一致;高转速时,随着时间的延长,Al粉颗粒的颗粒尺寸变大,显微应变增大,有效温度系数降低.     

滚筒干燥器中杆状颗粒混合特性的三维数值模拟

为研究杆状颗粒在滚筒干燥器中的混合运动,建立了杆状颗粒运动特性的三维数值实验平台.采用离散元法直接跟踪滚筒中的每一个颗粒,对杆状颗粒在滚筒干燥器中碰撞、摩擦的混合运动过程进行数值模拟,并把杆状颗粒和球形颗粒在滚筒中的混合特性进行对比.结果表明:随着转速的增加,颗粒混合均匀的速度加快;滚筒内杆状颗粒和球形颗粒均在近壁区域混合程度好;杆状颗粒混合达到均匀的速度较球形颗粒快;杆状颗粒整体混合均匀程度优于球形颗粒.模拟结果还表明,杆状颗粒的混合特性与球状颗粒的混合特性存在很大区别,在以往数值模拟中将杆状颗粒假设成球形颗粒存在较大误差,对杆状颗粒所建立的模型能更好地符合杆状颗粒的运动规律.     

橡胶颗粒粒径对砂土抗剪强度的影响

随着汽车工业的飞速发展,由此产生的废旧轮胎数量将会激增,废旧轮胎的处理不当会对环境产生不利影响。将废旧轮胎加工成橡胶颗粒并与砂土掺和成为混合土,与单一砂土填料比较,混合土具有自重轻、强度高的特点,可作为路基、码头、储油库等填筑工程的填料。通过直剪试验研究废旧轮胎橡胶颗粒粒径对砂土抗剪强度的影响,分析了砂土改良后的抗剪强度变化特征。试验结果表明:在10%掺量条件下,2~4 mm粒径的废旧轮胎橡胶颗粒与砂土混合,可以显著提高砂土的抗剪强度;2~4 mm粒径的废旧轮胎橡胶颗粒与砂土混合,可以增大砂土的内摩擦角;然而掺入粒径小于0.5 mm的废旧轮胎橡胶颗粒,砂土的内摩擦角随掺量的增加逐渐减小。     

硬岩颗粒含量对昔格达填料压缩指标影响试验研究

为研究掺入砂岩颗粒含量对昔格达地层填料压缩特性影响规律,设计7组试验方案,依据级配等效替代,采用等质量比替换方式向昔格达填料中掺入砂岩颗粒的方式,探究了是否掺砂粒、掺后干密度变化及掺砂粒比例对红层填料压缩特性影响;分析了其应力应变曲线及压缩指标变化规律。试验结果表明,昔格达填料中掺入20%砂岩颗粒将增大填料压缩模量,降低其压缩系数及压缩指数;且其压缩模量随掺砂粒比例增大而逐渐增大,压缩系数与压缩指数随掺砂粒比例增大而逐渐减小。填料掺入20%砂粒后,当干密度不同时,其压缩曲线随应力增大呈扫帚状,且有汇聚趋势。若干密度为2.0 g·cm~(-3),按不同比例掺砂粒的填料压缩曲线,在应力为0.20 MPa附近存在汇集趋势。建议实际工程可通过增大掺砂粒比例,且增加压实重量方式改善昔格达路基填料压缩特性。     

基于分形理论的海相固化土强度劣化分析

为了对海相固化土的劣化机理进行更深入的研究，采用Python+OpenCV图像处理软件对不同固化类型、不同侵蚀时间的海相固化土扫描电子显微镜(scanning electron microscope，SEM) 像进行处理和数据提取，在考虑图片亮度差异影响的基础上，引入分形理论定量分析固化土微观颗粒的变化规律，同时结合无侧限抗压强度试验结果，建立了海相固化土微观颗粒结构变化与宏观力学性能之间的关系。研究结果表明:(1)不同SEM图像由于亮度的差异会对研究结果产生影响，在进行二值化处理时可通过控制其整体像素量的方法减小误差；(2)受海水侵蚀的固化土其微观颗粒变化规律具有分形特点，对于水泥固化土(CS)和掺激发剂的钢渣粉+水泥固化土(A-SSP-CS)随着侵蚀时间的延长，其微观颗粒分形维数逐渐降低，而对于钢渣粉+水泥固化土(SSP-CS)其微观颗粒分形维数则随着侵蚀时间的延长而逐渐增大；(3)对于CS和A-SSP-CS其无侧限抗压强度(unconfined compression strength，UCS)会随着海水侵蚀时间的延长而逐渐降低，其微观颗粒分形维数也在逐渐降低，对于SSP-CS其UCS会随着海水侵蚀时间的延长而逐渐增强，其颗粒分形维数也逐渐增大。     

柴油机排气颗粒的结构特征

为研究柴油机排气管内颗粒的微观结构及其变化规律,运用Fluent软件模拟186F柴油机排气管内废气温度、压力、流速的变化趋势,并采集柴油机排气管不同位置的颗粒,采用高倍透射电镜分析颗粒的微晶结构特征的变化规律.结果表明:排气管内压力最高达0.3MPa,温度由500℃降至400℃时,排气弯管附近的气流运动方向发生反弹;随着颗粒运动,其基本碳粒子的微晶碳层排列结构趋于无序,内核与外壳边界逐渐模糊;颗粒从排气管进口运动3m后,微晶尺寸减小约19.6%,颗粒弯曲度增大约15.0%,分形维数逐渐减小,颗粒结构疏松,更容易被氧化.     

侧加热腔体内对流特性的研究

本文通过二维流体力学方程组数值模拟,研究了侧加热腔体内的自然对流。探讨了格拉晓夫数对流场、温度场以及热边界层厚度的影响,普朗特数对流速的影响。结果表明:压强梯度促使入侵流的分离。热边界层厚度在初始阶段只随时间变化,与格拉晓夫数无关,在对流稳定阶段,随格拉晓夫数增大而减小,随腔体高度线性增大。普朗特数为常数时,铅垂方向最大流速随格拉晓夫数增大而增大;普朗特数和格拉晓夫数都为常数时,铅垂方向最大流速随时间先增大后减小,最后达到稳定。     

延安地区降雨入渗对黄土抗剪强度影响研究

延安地区土体多为湿陷性黄土,发生强降雨时,易发生滑坡、崩塌、窑洞垮塌等灾害,构成巨大安全隐患。通过室外现场试验,研究了不同日降雨量下入渗深度随入渗时间的变化规律,及含水率随深度的变化规律;通过室内直剪试验研究了含水率、干密度对粘聚力和内摩擦角的影响。结果表明:降雨对浅层土体含水率影响大,对深层土体影响较小,入渗深度随着入渗时间的增大而增大;黄土的抗剪强度随含水率的增大而减小,且是干密度越大减小的越快。     

摩擦对二维颗粒体系中临界阻塞态的影响

采用离散元法(discrete element method,DEM)对双分散圆盘颗粒体系在均匀压缩过程中的阻塞转变进行数值模拟,讨论了摩擦对临界阻塞态的影响。随着摩擦系数的增大,临界阻塞态的体积分数与平均接触数减小,其力学平均接触数与几何平均接触数的差异增大,同时各种接触类型的百分比也在发生改变。模拟结果还表明,摩擦系数为零以及无穷大的临界阻塞态是等静态堆积,临界阻塞态的体积分数随力学平均接触数呈线性增长的关系。