恒剪速下胶凝原油初始结构破坏过程力学特性

恒剪切速率下,胶凝原油的受力变形过程分为两个阶段:一是应力递增的初始结构破坏过程;二是屈服后应力递减的触变过程.以试验为基础,研究不同剪切速率条件下,大庆、襄樊和苏丹GNPOC原油初始结构破坏过程的力学响应特性,同时以粘弹性Maxwell体为基础,推导描述胶凝原油初始结构破坏阶段应力-应变关系的本构方程,此外,推导了同轴圆筒式流变仪用于计算剪切应变的理论公式,并对同轴圆筒式流变仪所测剪切应变的物理涵义进行了分析.结果表明:推导的本构方程具有较高的预测精度和较好的普及性;在初始结构破坏阶段,胶凝原油具有非线性的应力-应变关系,且呈递减硬化特性;在试验选用的剪切速率范围内,剪切速率越大,胶凝原油的屈服应力和屈服应变也越大.     

剪切历史对含蜡原油流变性的影响

利用DV3T流变仪通过控制剪切速率和小振幅振荡剪切的试验方法,分别研究了不同剪切历史对含蜡原油流变性的影响。结果表明:原油的表观黏度不仅受降温方式的影响,还与测量过程中选取的剪切速率有关;即使原油降温过程中所经受的剪切速率很小,其恒温静止达到平衡时的储能模量与静态降温的原油相比也有很大的差距;但随着剪切速率的增加,这种差距并不会有明显的变化;降温过程中剪切时间越长,原油的表观黏度越大;但恒温静止阶段的最终胶凝结构却越弱;此外原油在降温过程中存在着一个使其流变性恶化的最差高速剪切温度。     

大庆胶凝原油启动屈服应力研究

准确预测胶凝原油管道的启动压力，是实现热含蜡原油管道安全经济输送、避免“凝管”事故发生的关键问题。根据原油流变性研究中剪切率和屈服值的定义，提出了胶凝原油启动剪切率和启动屈服应力两个新概念。研究认为，对应热油管道最低临界启输流量，管道存在启动剪切率，对应启动剪切率的屈服应力定义为启动屈服应力。使用室内模型环道，对大庆胶凝原油的启动特性进行了实验研究。结果表明，原油析出的蜡晶对静态降温过程胶凝原油结构强度的作用远大于对动态降温过程生成结构强度的作用。原油静态降温幅度越大，新生长的结构越强。胶凝原油启动屈服应力的主要影响因素有启动温度、启动剪切率和静态降温幅度，它们之间的关系可用三元线性方程描述。     

大庆胶凝原油启动屈服应力研究

准确预测胶凝原油管道的启动压力,是实现热含蜡原油管道安全经济输送、避免“凝管”事故发生的关键问题。根据原油流变性研究中剪切率和屈服值的定义,提出了胶凝原油启动剪切率和启动屈服应力两个新概念。研究认为,对应热油管道最低临界启输流量,管道存在启动剪切率,对应启动剪切率的屈服应力定义为启动屈服应力。使用室内模型环道,对大庆胶凝原油的启动特性进行了实验研究。结果表明,原油析出的蜡晶对静态降温过程胶凝原油结构强度的作用远大于对动态降温过程生成结构强度的作用。原油静态降温幅度越大,新生长的结构越强。胶凝原油启动屈服应力的主要影响因素有启动温度、启动剪切率和静态降温幅度,它们之间的关系可用三元线性方程描述。     

胶凝原油初始应力递增过程的力学模型

考虑胶凝原油具有蠕变与松弛特性,将Maxwell线性黏弹性体与幂律流体元件进行并联,得到机械比拟模型。在幂律流体元件应力项中引入与应变相关的损伤因子,Maxwell黏弹性体剪切应力项中引入完整性因子,得到胶凝原油初始应力递增阶段的描述公式。分别对大庆原油、南阳原油进行恒剪切速率试验测试,利用模型公式拟合初始应力递增阶段的试验数据,计算胶凝原油应力松弛过程。结果表明:拟合效果良好,模型参数不随剪切测试条件改变,能够反映胶凝原油的物性特征。该模型可以表述胶凝原油的松弛特性;应变幅值越大,结构损伤越明显,对应的剪切模量数值越小,符合胶凝原油的真实流变特性。     

用碱矿渣胶凝材料粘贴FRP布加固混凝土结构的剪切性能

为解决环氧类有机胶耐火性差的问题,选择工业副产品粒化高炉矿渣为原料,水玻璃为碱性激活剂,制备了一种用于FRP加固混凝土结构的耐高温无机胶——碱矿渣胶凝材料.通过考察水玻璃模数与用量,以及水用量对胶块抗压强度的影响,优选出碱矿渣胶凝材料的最佳配比为:水玻璃模数Ms=1.0,水玻璃用量为矿渣粉质量的12％,水用量为矿渣粉质量的42％.通过面内剪切试验,研究了FRP布和胶黏剂类型对FRP布与混凝土基材的界面剪切性能的影响,建议了2种CFRP布的有效黏结长度为160和220 mm.试验结果表明:碱矿渣胶凝材料用于粘贴CFRP布加固混凝土结构效果良好,其面内剪切强度与有机胶相当,界面破坏呈现胶层下混凝土大面积剥离的理想破坏模式.     

含蜡原油低温粘弹性研究的现状与分析

我国盛产含蜡原油，在低温(凝点温度附近)条件下，含蜡原油具有一定的粘弹性。概述了国内外含蜡原油低温粘弹性研究的主要进展。含蜡原油粘弹性起因于其内部形成的蜡晶结构。振荡剪切实验方法最适合于含蜡原油的粘弹性测量。粘弹性与胶凝温度、胶凝强度、屈服应力和触变性等参数有关。含蜡原油经历的热历史、剪切历史以及析蜡特性是影响粘弹性的主要因素。分析了在含蜡原油低温粘弹性认识上和研究中存在的问题。建议进一步研究含蜡原油粘弹性与屈服应力、触变性的关系，在机理研究方面加大力度；通过研究粘弹性与热历史、剪切历史的关系。建立管道运行和停输期间含蜡原油胶凝特性的预测模型，以更加有效地指导管道的安全运行。     

热历史和剪切历史对含蜡原油流变性的影响

热历史和剪切历史对含蜡原油的非牛顿低温流变性影响显著。以具有代表性的番禺原油为例,通过一系列的热处理和剪切处理试验,对含蜡原油进行了流变性能试验。试验结果表明:热处理温度、加热次数、剪切速率、降温速率等对于含蜡原油的低温流变性均具有一定的影响。当热处理温度为65℃时,原油的低温流变性最好,其凝点降幅高达13℃左右;当热处理温度为55℃时,含蜡原油低温流变性严重恶化;在0.5~1.5℃/min的降温区间内,剪切速率越大,降温速率越小,对含蜡原油流变性影响程度越大,最大降黏幅度达73%左右。     

矿渣-水泥-膨润土剪切模量龄期效应 及其影响因素的试验研究

采用压电陶瓷弯曲元测试矿渣-水泥-膨润土(S-CB)试样剪切波速的方法,研究了复合胶凝材料含量、矿渣替代率、龄期对S-CB的剪切波速(V_s)与剪切模量(G_0)的影响规律.试验结果表明,S-CB的V_s随龄期的增长、矿渣替代率的减小、复合胶凝材料含量的增大而增大;试验中,S-CB的V_s明显低于同龄期水泥土的V_s,这主要归因于S-CB含水量显著高于水泥土;发现S-CB的硬化发展规律与矿渣替代率紧密相关,与复合胶凝材料含量相关性不明显,基于试验结果提出了矿渣-水泥-膨润土的剪切模量随龄期的预测公式,若测试获得某一复合胶凝材料含量的矿渣-水泥-膨润土的归一公式,可推测相同矿渣替代率的其他复合胶凝材料含量的矿渣-水泥-膨润土的剪切模量.     

胶凝原油的粘弹触变方程

粘弹性和触变性是胶凝原油重要的依时行为 ,能将胶凝原油的触变性和粘弹性统一起来的本构方程较为少见。利用机械比拟原理 ,建立了适用于胶凝原油的粘弹触变方程。分别对文献报道的以及旋转粘度计实验中获得的实验数据进行了拟合。结果表明 ,此方程能够较准确地描述恒剪切速率实验中胶凝原油的应力裂降过程 ,粘弹-触变方程中的参数可以反映出胶凝原油的相关特性     

改进直剪仪在沉井侧摩阻力研究中的应用

改进大型直剪仪在传统直剪仪的基础上将局部底部剪切盒面积增大,用于沉井当中的侧摩阻力试验研究,解决了传统直剪仪局限性和剪切过程中实际剪切面积不断减小、上下盒边缘处的应力集中明显等问题,能较好地用于沉井侧摩阻力的研究。     

冻土直剪仪多功能改进与试验研究

为从更多角度、更准确进行冻土接触面力学性能试验研究,对原冻土直剪仪进行多功能改进完善:对温度采集、位移测量、冻土盒装卸等装置进行改进,使冻土直剪仪能更好地满足冻土接触面力学性能试验要求;在原冻土直剪仪基础平台上集成冻土接触面冻结强度试验、冻土界面层力学特性试验模块,满足多功能试验要求;新功能开发采用模块化设计,注重各功能模块的兼容性和功能切换的方便性。试验结果表明改进后的冻土直剪仪能满足冻土接触面冻结强度、接触界面层力学特性等多功能试验要求,试验数据稳定可靠。     

考虑应力修正的麦秆土直剪试验抗剪强度指标研究

为了分析麦秆含量对土壤抗剪强度指标的影响,获取更可靠的抗剪强度指标,推广能源节约型农业耕作生产,用TMS-PRO计算机控制质构仪做麦秆剪切试验。用应变控制式直剪试验研究原状与重塑麦秆土抗剪强度指标,分析麦秆含量对土壤抗剪强度指标的影响。应用应力修正法对直剪试验的正应力与剪应力进行修正,研究修正前、后麦秆土抗剪强度指标的变化量及随麦秆含量的变化规律,并对原状与重塑麦秆土修正前、后的黏聚力、内摩擦角拟合线分别进行叠加。试验结果表明:麦秆抗剪强度随含水量的增加而增大,麦秆土抗剪强度指标随麦秆含量的增加而增大,黏聚力符合线性拟合的规律、内摩擦角符合二次函数拟合的规律。考虑应力修正后原状与重塑麦秆土黏聚力较修正前提高了24%、内摩擦角较修正前提高了18%;未经修正的原状与重塑麦秆土在麦秆含量为0.58%时具有相同的黏聚力,在麦秆含量为0.37%时具有相同的内摩擦角;考虑应力修正后的原状与重塑麦秆土在麦秆含量为0.65%时具有相同的黏聚力,在麦秆含量为0.40%时具有相同的内摩擦角;在交汇点之后麦秆土抗剪强度指标增速表现为原状大于重塑。     

非饱和膨胀土总应力强度的确定方法及其应用

建立在有效应力基础上的非饱和土强度理论公式虽得到了普遍的认同,但其参数确定的复杂性却妨碍了它在工程中的应用．而包含了吸附强度的总强度指标也能反映非饱和土的强度特性,且易于获取．为此,通过研究用常规直剪仪确定非饱和土总强度指标的试验方法,得到了宁明原状膨胀土抗剪强度指标随饱和度和含水量的变化而变化的规律,探讨了非饱和膨胀土总应力强度指标在路堑边坡稳定性分析中的应用．     

基于蠕变试验及Burgers模型参数分析的三趾马红土长期强度确定

为了确定重塑三趾马红土的长期强度,首先利用改进的直剪蠕变仪,对甘肃陇东地区三趾马红土进行了剪切蠕变试验,得到了三组固结压力下蠕变曲线。在对各级固结压力蠕变曲线的Burgers模型拟合参数分析的基础上,提出了利用Burgers模型参数中的Maxwell体的黏滞系数与相应的剪应力加载等级之间曲线的最大曲率点确定三趾马红土的长期强度的方法,得到了三趾马红土的长期强度。通过与过渡蠕变法及等时曲线法确定的长期强度值对比,表明基于Burgers拟合参数分析的三趾马红土的长期强度确定方法较为合理。提出的长期强度确定方法及试验结果可对黄土地区受三趾马红土层控制的滑坡的稳定性评价及工程防治提供参考。     

有效剪切面积对直剪试验结果的影响分析

我国现行土工试验的国家标准和行业规程中,对于直剪试验数据的整理和分析均未考虑剪切过程中土体本身或土体与其他材料接触面上剪切面积的变化.为此,推导了剪切过程中接触面剪切位移与有效剪切面积之间的关系,分析了现行数据整理方法引起的计算误差.结果表明,现行数据整理方法低估了土体或土体与其他材料接触面上的剪切应力和抗剪强度指标;直剪试验的剪切方向应沿着试样盒的长边方向布置.     

剪切试验中筋土界面土颗粒运动的细观量测

基于互相关理论,将粒子图像测速(PIV)技术应用到筋土界面直剪试验中,从细观角度来研究试验过程中土颗粒的运动情况.筋土界面的剪切试验分别在法向应力为50和87.5 kPa下进行.通过对一系列试验结果的分析,可以得到:界面附近砂颗粒的水平位移和竖向位移均随着剪切位移的增加而增加,但增加的速率随剪切位移逐渐减小;试验中砂颗粒的水平变位较为明显,但随着距离筋土界面高度的增加,变位的程度有所减弱;试验中界面附近发生变位的砂颗粒范围不超过45 mm,即剪切带的范围大致为45 mm,相当于试验用砂平均粒径的7～9倍.     

土质边坡土体抗剪强度室内外试验研究

结合具体的滑坡工程,通过8个现场水平推剪试验和4组室内反复直剪试验研究了滑带土的抗剪强度指标变化规律、含水量变化对土体强度参数的影响、峰值强度和残余强度之间的差异等.试验结果表明,对于渐进式滑坡,坡体一般有足够的时间形成其滑动面,因此这类边坡的稳定性依靠的应该是它的残余强度,而不是峰值强度.同时,含水量的变化对土样抗剪强度有很大的影响,遇水作用后其强度下降很快,并随着含水量的增加,土体的峰值强度降低,剪切变形增加,这些特性对边坡稳定性非常不利.最后,与室内直剪试验相比,现场水平推剪试验更能按土体实际受力情况来确定试验应力路径,能保证土样的原始结构和含水状态,并沿潜在的滑动方向进行大面积剪切,是一种合理有效的试验方法,试验所得结果值与土体真实值较接近,其结果一般对工程设计是可靠的.图9,表4,参7.