爆破冲击荷载下花岗岩残积土的力学响应试验研究

地铁隧道盾构施工前,通常需要对风化层中的孤石进行爆破处理,爆破荷载不可避免地对周围土体产生扰动.为了调查爆破冲击荷载对花岗岩残积土力学行为的影响,开展了不同冲击速率、频率、振动峰值应力及有效围压作用下花岗岩残积土的冲击动力试验,分析冲击荷载引起的超静孔隙水压力和变形的发展规律与破坏模式.结果表明:高速冲击引起的颗粒重排会增大土的内摩擦角,但强度增大的同时也会破坏原生结构强度,土体产生更多裂缝;振动峰值应力与频率对残积土的影响均存在着临界值,振动峰值应力与频率超过临界值时,强度软化且变形量增大;低围压下残积土可能会出现剪胀与剪切带破坏;提出的3种爆破冲击破坏类型中,低频高振动峰值应力的冲击条件下易出现严重的冲击破坏,频率3 Hz、振动峰值应力400 kPa是厦门花岗岩残积土介于破坏型与亚稳定型的临界影响值,因此,工程实践中应关注低频、高振动峰值应力的爆破冲击对周围土体带来的危害.研究可为花岗岩风化层中爆破法处理孤石提供施工参数,也可为考虑爆破振动影响的土层的力学参数确定与评价提供技术支持.     

温度梯度荷载作用下CRTS Ⅱ型板式无砟轨道砂浆层界面损伤分析

温度荷载引起的轨道板与砂浆层之间界面的损伤影响轨道结构的传力与受力特性,是服役期内高速铁路无砟轨道需要重点关注的问题.建立CRTS Ⅱ型板式无砟轨道有限元模型,采用内聚力模型模拟分析了极端温度梯度荷载作用下砂浆层界面的损伤行为,以及温度梯度荷载循环作用下不同黏结状态界面的累积损伤特性.结果表明:在极端温度梯度荷载作用下,沿轨道板边缘出现环状的界面损伤区域,边角处产生离缝,损伤发生后界面内应力重新分布,在边缘附近形成应力集中带.在温度梯度荷载循环作用下,黏结性能良好界面的损伤区域较小,损伤区随循环作用次数的增加没有明显扩展;对于黏结性能不良的界面,其损伤区域和离缝面积均随循环作用次数增大而加快发展,离缝区越靠近轨道板中心,界面损伤发展速率越大.     

焦炭颗粒群氧燃烧速率特性

富氧燃烧技术是一种有效的低碳排放洁净燃烧技术且已受到国内外广泛关注.但其二氧化碳和水分固有的物化本质引发的燃烧和火焰传播等诸多特性有待深入研究.本文仅针对二氧化碳气化对富氧焦炭燃烧速率影响机制进行研究,探讨二氧化碳气化吸热反应、氧气氧化放热反应和富氧交叉竞争反应中二氧化碳气化对焦炭燃烧速率贡献作用和层流火焰传播特性.基于自行搭建的高温富氧燃烧实验平台,研究中高温燃烧环境(1273 K,1773 K)二氧化碳气化对焦炭富氧燃烧速率贡献率和火焰传播特性影响,并与空气燃烧基准工况对比,即27%O_2/CO_2/Ar,27%O_2/Ar,73%CO_2/Ar和21%O_2/N_2/Ar.结果表明:中温燃烧且煤灰非熔融态时气化和氧化反应对焦炭氧燃烧最大燃烧速率贡献率近似相同,分别为47.1%和52.9%.高温富氧燃烧且煤灰熔融态时两者贡献比相差较大,分别为34.8%和65.2%,高温富氧燃烧的焦炭最大燃烧速率高于中温燃烧1.72倍;中温富氧燃烧时颗粒群最大燃烧温度几近相同且略高环境温度27 K,火焰从煤焦外缘传播至焦炭核心.高温富氧燃烧时熔融态颗粒群表面温度略低于环境温度60 K,高于空气燃烧55 K,存在化学发光无火焰锋面.     

脱硫肠状菌合成纳米硫化铅

在脱硫肠状菌作用下,均匀的纳米PbS颗粒能够在温和的条件下合成,并利用TEM和XRD对所得产物进行了详细的表征,考察了制备过程中pH值和温度对产物的物相和形貌的影响．结果表明：不同温度下制备的PbS晶体具有相同的结构、形状和大小,但是随着pH值的增加,产物的形状由杆状逐渐变为球状．在生物法合成纳米PbS的过程中,脱硫肠状菌能利用硫酸盐作为最终电子受体产生硫化物,作为纳米PbS合成的硫源．     

单个微米级SnAgCu金属微滴的大冷速快速热分析研究

利用最新开发的快速热分析技术,对Sn-3.0Ag-0.5Cu（wt%）合金微米尺度单个微滴的凝固过冷度进行了研究.该技术可以实现对单个金属微滴的高速加热和冷却处理,其加热或冷却速率可达到1×10^2～1×10^4K/s.由于单个金属凝固微滴在不同加热和冷却过程中始终保持为球状,基本上保证了颗粒的几何形状的稳定性,使得同一实验条件下微滴尺寸的影响因素可以剔除,初步解决了长期以来困扰快速凝固领域金属微滴凝固尺寸和冷却速率2个因素相互影响的问题,使得研究冷却速度和微滴尺寸对快速微滴凝固过程的独立影响成为可能.同时,本研究成功实现了大冷速条件下的金属微滴过冷度的原位检测,有别于以往仅靠理论计算估计快速凝固过冷度的研究.研究结果发现,随冷却速率的提高,微滴凝固的过冷度会随之增大.本实验条件下的最大原位过冷度可以达到116.9K,当冷却速度达到2×10^3K/s以上时,凝固过冷度会发生突变,但冷速一直提高到1×10^4K/s时,过冷度的提高幅度均不大,意味着仅靠冷却速率的提高无法获得大过冷的凝固条件.     

不同体系中甲烷水合物储气特性实验研究

为了研究不同体系甲烷水合物的储气特性,利用自行设计的小型水舍物合成装置,分别合成了一系列不同体系下的甲烷水合物（包括不同压力下的十二烷基硫酸钠（SDS）水溶液-甲烷体系、粉末冰-甲烷体系以及粉末冰-不同粒度砂-甲烷体系）;并采用真空容积法分别测定了三种不同体系条件下水合物样品的储气量;结合水合物生成动力学知识,探讨了不同反应时间、压力和环境介质对形成笼状结构水合物储气量的影响。结果表明,在SDS-水-甲烷体系中,相同的反应时间内,随着体系甲烷初始压力的增大,水合物储气量逐渐增大;冰粉-甲烷体系中,合成方式（静止或振摇）较初始压力对储气量影响更大;冰粉-沉积物-甲烷体系中。甲烷水合物储气量与沉积物粒度的变化无明显关系。     

分子马达集体运行机制及肌小节动态力学模型

分子马达的集体协作运行机制尚未有效揭示清楚,本文以骨骼肌中的肌小节为研究对象,利用非平衡态统计力学方法分析肌球蛋白分子马达的集体运行特性,构建肌小节系统的动力学方程和概率密度函数的Fokker-Planck方程,推导出肌小节主动收缩力学模型.根据分子马达的实际状态对模型进行化简,利用状态跃迁速率计算分子马达位移变量的概率密度分布,重点讨论了[ATP]和负载力对概率密度、主动收缩力以及收缩速度的影响,分析可知随着[ATP]的增大,收缩力和收缩速度也逐渐增大,在[ATP]饱和后,肌小节的收缩力和收缩速度保持不变;收缩速度随着负载力的增大逐渐减小到零;收缩力与肌小节的长度关系和粗细肌丝的有效作用长度有关,随着有效长度减小而减小.以上分析与Hill描述的肌肉宏观特性比较吻合,验证了模型的有效性.     

Co/Cu多层膜沉积过程中结构和形貌的变化

从原子结合能和位错生成能入手,分别计算了在Co基底上沉积Cu薄膜和在Cu基底上沉积Co薄膜时,薄膜结构随沉积厚度增加所发生的变化.结果表明,在{100}纤维织构的Co基底上沉积Cu薄膜,当薄膜厚度达到3.33 nm时会在薄膜与基底界面产生错配位错,且随薄膜厚度增加,错配位错密度逐渐增大.在{100}纤维织构Cu基底上沉积Co薄膜,当薄膜厚度达到4.90 nm时,薄膜生长模式会由层状向岛状转变,薄膜为fcc结构.当厚度超过12.64 nm后会出现hcp结构.计算结果与实验得出的结论基本相符.     

粗糙圆柱水平入水的界面流动分离特性试验研究

针对具有微米级颗粒的粗糙圆柱水平入水开展试验研究,通过以高速摄影为工具的流动显示技术研究了粗糙圆柱以不同初速度入水后,水与圆柱表面的界面流动发生的几何形态、运动的变化,对流动分离位置进行了较准确的测量.研究表明,粗糙表面会导致圆柱入水时气-固-液三相接触线出现锯齿形失稳,接触线速度明显降低,液面更容易与圆柱表面分离.其次,对液面分离的影响因素开展研究,发现随着表面颗粒尺寸减小和单位面积的颗粒数目增加,分离角呈现先增大后减小再增加的变化规律;随着入水速度的增加,分离角度减小,界面流动更容易发生分离.最后,通过对不同粗糙表面静态及动态接触角的测量,对粗糙表面动态接触角滞后特性与入水界面流动分离的相关性问题开展了研究.     

干凝胶法制备惯性约束聚变靶用厚壁空心玻璃微球

为实现惯性约束聚变靶用厚壁（5～10μm）空心玻璃微球（Hollow Glass Microsphere,HGM）的干凝胶法制备,从数值模拟和工艺实验两个方面研究了玻璃配方发泡剂种类和含量、炉内载气组分、压力和温度对厚壁HGM制备过程及其壁厚的影响.结果表明,针对厚壁HGM在炉内成球过程中停留时间短的特点,需要对玻璃配方以高表面张力和低高温粘度为目标进行优化设计,需选用分解温度高和分解速率慢的发泡剂,并对发泡剂含量进行精确控制.提高载气中氩气的体积比例有利于增加HGM的厚壁.由于载气压力可调范围有限,提高载气压力不能显著增大HGM的壁厚.升高载气温度将减小HGM的壁厚,但有利于提高HGM的品质和合格率.当载气中氩气的体积分数在80%～95%、载气压力在1.0×105～1.25×105Pa、炉温在1600°C～1800°C时,能制备得到壁厚5～10μm、直径200～300μm的HGM,其球形度、壁厚均匀性和表面光洁度较好,但合格率还有待进一步提高.厚壁HGM的抗压强度、抗张强度和对氘气的渗透系数都随着壁厚的增大而逐渐下降.     

顺德强风化岩层预应力管桩桩端土软化的现场试验研究

顺德地区以强风化花岗片麻岩和强风化粉砂质泥岩为桩端持力层的预应力管桩,成桩一段时间内常出现静荷载试验异常沉降,复压管桩超送的现象,工程界对这一现象是否是桩端土软化引起争论不一.针对这一问题,在两个试验场设计不同桩尖的试验桩,利用静力触探、旁压试验、高应变测试、静载试验的原位技术检验压桩后一段时间内桩端土强度、水平应力与承载力的变化,结合室内试验结果系统评价预应力管桩桩端土是否会出现软化.研究表明,虽然顺德地区的强风化花岗片麻岩与粉砂质泥岩具有一定的遇水或扰动软化的潜势,但成桩后没有发现桩端土软化现象.以这两种地层作为桩端持力层的预应力管桩,桩尖是否开口,桩管是否采用混凝土封底,对预应力管桩的承载力影响不大.研究还指出,顺德地区残积土层具有明显的互层性,开展基础施工前重视勘察工作.本研究对于准确评价残积土地区的基桩承载力及保证工程质量具有重要意义.     

β-BaB2O4枝蔓晶的形成机理

晶体生长实时观察中发现了BBO晶体的枝蔓晶生长习性. 根据β-BBO晶体生长熔体的激光Raman高温光谱测试的结果, 指出了β-BBO晶体的生长基元为[B₃-O₆]^3-六边环. 随着熔体过冷度的增加, 六边环上的桥氧与Ba²⁺联结构成三联、六联分子. 在低过冷度的熔体中以[B₃-O₆]^3-六边环为主. 由于不同维度的生长基元往晶体m₁{10ī0}和m₂{ī010}各面族的叠合速率是不同的, 所以晶体形态会发生变化, 而且会导致枝蔓晶的形成.     

油、纸老化状态对油纸绝缘中空间电荷的影响特性研究

高压直流输电系统出现潮流反转时,换流变压器会经受极性反转电压,内部积聚的空间电荷导致电场畸变,威胁绝缘安全.为了探究油、纸二者在老化过程中对油纸试样空间电荷的作用,将130℃, 140℃, 150℃, 160℃加速热老化实验后的油纸试样解耦,即取出部分老化油纸试样中的绝缘油保存,用石油醚浸泡除去油浸纸试样中残留的变压器油,进而制备出老化变压器油浸渍的未老化绝缘纸及未老化变压器油浸渍的老化绝缘纸试样.油、纸二者耐热等级不同,其在高温热老化时,随着老化温度的升高,会发生不同的物理化学反应,利用电声脉冲法测量了不同油纸组合在极性反转电压下的空间电荷特性,讨论了高温老化及变压器油老化、绝缘纸老化对极性反转电压下油纸绝缘系统的影响.实验结果表明,极性反转前,变压器油老化与油纸共同老化对油纸复合绝缘空间电荷特性具有相同的影响,均在地电极附近出现同极性电荷的积聚,随着老化状态的加深,同极性电荷积聚现象逐渐明显,去极化时电荷消散速率变慢;绝缘纸老化对油纸复合绝缘空间电荷特性的影响与油老化截然相反,在试样地电极附近出现了异极性电荷的积聚,试样内部电荷积聚现象未随着绝缘纸老化状态的加深而发生明显的变化.综...     

改性白云石制备CO_2吸收剂的活化条件优化

为了确定利用NaNO_3改性白云石制备CO_2吸收剂MgO-CaCO_3的制备工艺,本文利用热重分析仪研究了活化条件对钙镁复盐吸收剂活化程度及活化后所得吸收剂吸收性能的影响.研究结果表明活化温度越高、活化时间越长、活化气氛用空气代替N_2时,NaNO_3改性白云石制备的钙镁复盐在活化过程中的失重量越大.然而活化后所得吸收剂的CO_2吸收性能并不与样品在活化过程中的失重量成正比.结合钙镁复盐MgCO_3-CaCO_3的分解反应机制和熔融的NaNO_3通过离子液体通道促进离子扩散机制,分析了活化条件对吸收剂吸收性能的影响机理.样品活化过程过于剧烈会增大CaCO_3晶粒和MgO晶粒之间的间距,减弱CaCO_3对MgO基吸收剂CO_2吸收能力的促进作用,得到在高温条件下基本无CO_2吸收能力的独立的MgO吸收剂.     

污染物通过有缺陷膜复合衬垫的一维运移解析解

为了研究污染物通过有缺陷膜复合衬垫的运移特性及为复合衬垫的性能评价提供一个简便方法,建立了污染物通过复合衬垫中的一维渗漏扩散模型.在假设污染物通过土工膜为稳态运移的基础上,结合拉氏变换得到了模型的解析解.和数值方法的比较验证了该解析解的合理性和正确性.分析结果表明,对于重金属离子,土工膜的施工质量和渗滤液水头对复合衬垫的防污性能具有很大的影响,水头从0.3m增大到10m时,击穿时间从50a减少到19a;对于挥发性有机污染物,高水头及土工膜施工质量较差情形下,污染物通过土工膜缺陷的渗漏量亦不容忽视.仅考虑重金属离子通过土工膜缺陷的渗漏会导致不保守的结果.即使在低水头作用下,GCL复合衬垫对挥发性有机污染物的防污性能亦较差.该解相对简单,能用于复合衬垫的初步设计、拟合试验数据及验证较复杂数值模型等.     

表面催化特性对火星进入气固耦合热效应的影响研究

高超声速进入火星大气层过程特殊且复杂的高温真实气体效应及气固界面热化学作用给火星进入器耦合气动热环境的精准预测带来巨大挑战.针对火星进入气固耦合问题,建立非平衡气动热环境和结构热响应的耦合计算方法,开展进入器防热大底高超声速非平衡气动加热和结构传热的耦合计算分析,获得了典型弹道点上气固界面非平衡热化学作用对耦合加热的影响规律.耦合分析表明,壁温梯度所致的对流热流和组分扩散热流均对高超声速非平衡气动加热有较大影响;当前耦合计算状态下组分扩散热流占总热流的主要部分,尤其CO2部分影响最大;所计算的热防护系统能够有效阻止气动热向舱内传递,防隔热性能良好,表面热流与辐射散热可快速趋于局部热辐射平衡,可采用辐射平衡壁面条件解耦模拟气动热环境;完全非催化/完全催化壁面热流随耦合时间逐渐降低,但有限速率催化热流因界面非平衡热化学效应而先增后降;壁面热流与壁温的线性度因界面非平衡热化学所致扩散热流的引入而减弱.     

准噶尔盆地南缘中-下侏罗统浅水三角洲类型及其构造和气候指示意义

大型坳陷湖盆浅水三角洲砂体已成为我国陆相盆地岩性油气藏勘探的重要目标.中生代,准噶尔盆地开始全面进入陆相坳陷湖盆发展阶段,早-中侏罗世天山逐步的准平原化,为准噶尔盆地南缘(简称准南)浅水三角洲的发育提供了非常有利的地形条件.但目前准南中-下侏罗统沉积相研究仍缺乏系统性且存在较大的争议.本文对准南多条剖面中-下侏罗统地层进行了精细的沉积特征观察,并结合粒度分析,最终识别出3种不同的湖泊浅水三角洲相:(1)浅水辫状河平原三角洲,见于八道湾组,具有线状近物源,砂砾岩为主,发育广阔的水上和水下分支河道,河口坝和远砂坝欠发育;(2)浅水河口坝型曲流河三角洲,见于三工河组,河口坝非常发育,受湖浪影响横向延展性强;(3)极浅水曲流河三角洲,见于西山窑组,以发育广阔的三角洲平原为特征,前缘欠发育.中-下侏罗统三角洲相模式的转变体现了一个先湖侵后湖退的过程,与物源区持续后退、盆地持续扩张相矛盾,指示了中侏罗统西山窑组相较于下侏罗统八道湾组和三工河组相对干旱的气候或盆地基底的整体抬升.侏罗纪气候变化和盆地内部缓慢隆起共同控制了准噶尔盆地南缘可容纳空间的变化.     

基于石墨烯/PEDOT:PSS复合材料制备的可穿戴柔性传感器

随着智能设备的普及,可穿戴电子设备呈现出巨大的市场前景.电阻式柔性应变传感器因具备较高的灵敏度与良好的生物兼容性等优点使其成为受关注的电学传感器.本文基于溶液共混法,制备一种新型的石墨烯(GR)/PEDOT:PSS多组分混合墨水材料,用直写喷墨打印技术制备了"电阻式"柔性应变传感器.该传感器以聚酰亚胺(PI)柔性薄膜为基底材料,以GR/PEDOT:PSS多组分混合墨水为导电材料,通过直写喷墨打印技术在柔性基底上打印导电图形.实验利用SEM、电学测试平台等表征手段分析了不同的GR掺加量对复合墨水材料性能与打印工艺的影响.实验结果表明:采用乙醇超声分散的GR材料可有效分布在PEDOT:PSS中,进而改善其在导电聚合物中的分散性;提高打印速率可明显降低线宽;随着GR掺加量的增大,柔性传感器阻值逐渐降低,器件的灵敏度下降;由此推断出相对疏松、分散性较好的墨水材料更有利于灵敏度的提高;提高柔性传感器的深宽比,可显著提高传感器的灵敏度.当弯折角度为80°时,电阻变化率(R/R0)最高为3.414,有望应用于柔性可穿戴设备新兴领域.     

深亚微米纤锌矿相AlGaN/GaN MODFET输出特性的微分负阻效应

用全带组合Monte Carlo方法模拟了Al_0.15Ga_0.85N/GaN MODFET 的直流特性. 模拟器件的栅极长度L_g为0.2 μm, 沟道长度LDS为0.4 mm. 在模拟得到的I_DS-V_DS输出特性曲线中, 发现了微分负阻效应, 即V_GS为固定值时, 当V_DS逐渐增加, 并达到某一阈值时, I_DS会随着VDS的增大而减小. 对GaN体材料的速度-电场特性和对器件的二维电子气沟道内的电场和速度分布的分析表明, 沟道内电子平均漂移速度的负阻效应导致了输出特性的微分负阻效应, 二维电子气沟道内的瞬态输运对微分负阻特性也有一定影响. 这种效应只有在超短沟道MODFET中才能发生.