常温、常压、常态的大气环境下黏性土微观孔隙的缓慢变异特征

作为建筑材料和地基的土体处于常温、常压、常态的大气环境下,大气氧化过程是缓慢的、不易察觉的,但对土质长期劣化效果不容忽视.本文以此命题为出发点,以大气氧化过程中微观孔隙变化特征为突破口,联合扫描电镜测试、压汞法及氮吸附法研究大气环境作用对湛江黏土的微观结构改造作用及其对土性影响机理.研究表明,大气氧化后土色由青灰色、绿灰色变为淡黄棕、黄棕色,颗粒团聚程度增强,塑性降低,膨胀性与收缩性减弱,灵敏性与结构屈服强度明显降低.大气环境作用对d0.1?m孔隙组产生"缩合"效果,对d1?m孔隙组产生"胀散"效果,表现为氧化土的总孔隙体积减小,但d1?m的孔隙体积明显增大,局部出现断裂孔隙,"墨水瓶"型孔隙减少,开放性孔隙向封闭性孔隙转化.湛江黏土在大气影响下土性发生异变并不是土的矿物本性变化所引起,而是水-土-电解质-大气间的化学反应与运动导致颗粒联结形式更改进而重塑微观结构所导致,土的超微观结构形态变化是发生这一现象的根本因素.鉴于大气氧化过程导致的结构强度的减损效果对土体稳定性的影响是长期的且潜在危害较大,应加强监测环境物化因素变化对岩土工程的影响.     

磁性液体表面形貌与颗粒排列结构的电子显微镜观察

采用特殊的制样技术并通过扫描电子显微镜和透射电子显微镜观察分析了磁性液体表面形貌和磁性纳米颗粒的排列结构. 在外加垂直磁场作用下, 磁性液体液膜表面呈现一种准周期性的条带状峰峦分布, 内部纳米颗粒呈现出准直线链状定向排布. 它们都与外磁场分布、颗粒的磁相互作用及与载液的相互作用有关, 且最终受到外磁场分布的制约.     

基于CT扫描的花岗岩残积土3D大孔隙定量表征及流动模拟全文替换

为深入理解含大孔隙土体内部水分运移机理,本文基于计算机断层扫描(CT)与图像处理技术,构建了含大孔隙(>0.15 mm)的三维(3D)等效孔隙网络模型(PNM),并确定了最优代表性体积单元(REV)的尺寸为300×300×300体素,最后进行了大孔隙空间拓扑结构特征定量表征、PNM单相流动及3D大孔隙水-气两相流动模拟.研究结果表明,孔径较小的孔隙数量较多,超过80%的大孔隙孔径集中在0.15～1.00 mm.孔隙拓扑空间结构差异性较大,配位数主要集中在20以内,但部分可达60以上.孔隙平均配位数在3～7之间,平均连通孔隙半径>2 mm.单相流仿真表明,孔隙结构的复杂程度与CT扫描分辨率,共同导致模拟渗透率与测试结果出现一定差异,但主渗流方向误差仅为3.81%.两相流仿真表明,渗流初期驱替前缘近乎呈直线状,随后呈指进状,之后直至结束,呈不规则状.孔隙残余气主要以块状分布于孔隙边、死角和孔喉突变部位.随渗流时间增加,水相饱和度呈上升趋势(气相饱和度呈下降趋势),之后逐渐趋于稳定状态,最终水相和残余气相饱和度分别趋于94.92%和5.08%.该研究能较好地揭示重构土的细观渗流机...     

横观各向同性饱和弹性多孔介质三维非轴对称Lamb问题

基于孔隙介质的Biot理论, 首先引入位移函数, 将圆柱坐标系下横观各向同性饱和弹性多孔介质的Biot波动方程转化为两个解耦的6阶和2阶控制方程.然后根据方位角的Fourier展开和径向Hankel变换, 求解了Biot波动方程, 得到了以土骨架位移和孔隙水压力为基本未知量的积分形式的一般解, 并用一般解给出了饱和多孔介质总应力分量的表达式. 在此基础上研究了横观各向同性饱和半空间体的Lamb问题. 考虑表面排水和不排水两种情况, 得到了横观各向同性饱和弹性半空间体在表面竖向和水平谐振力作用下, 表面径向位移、竖向位移和周向位移的积分形式解, 给出了算例.     

冻融作用对土的工程性质影响的研究进展

冻融作用是诱发寒区工程构筑物破坏与失稳的主要原因.近十年来,采用室内试验研究冻融作用对土的工程性质的影响取得了长足进步.在分析并归纳现有冻融试验方法的基础上,从冻融作用对土的结构、基本物理参数、工程力学性质等的影响及抗冻融改良措施等方面综述了该领域的研究成果,取得如下主要认识:(1)统一冻融试验方法是系统地分析冻融作用对土的工程性质影响规律的前提,也是建立土体抗冻性能数据库的基础;(2)土的粒径分布、孔隙形态以及初始含水率等三方面因素决定着冻融作用对土结构的影响程度;(3)冻融试验方法和土的初始状态是决定冻融作用对土的物理性质影响程度的主要因素,当土的物理参数处于临界状态值时,相应的物理性质将不受冻融作用影响;(4)冻融循环作用导致土的强度及模量先降低随后趋于稳定,但土的抗剪强度指标的变化规律差异较大,可从试验条件及土的初始状态存在差异等方面查找原因.融化过程中出现的"温度阈值"现象值得引起关注;(5)提高土的抗冻融性能应该从改善土的颗粒级配、孔隙形态以及初始含水率等三方面入手来筛选改性剂及改良方法.     

铜合金三酸抛光微观效果研究

通过扫描电子显微镜微观观察的方法对三酸化学抛光液中各组分对铜合金表面抛光效果的影响进行了研究.结果表明,采用微观观察法能够更直观有效地研究各组分对铜合金表面抛光效果的影响,在此基础上,获得铜合金表面最佳抛光液:磷酸200~300ml/L、硫酸200~400ml/L(磷酸+硫酸500~600ml/L)、硝酸200~250ml/L(紫铜)、40~150ml/L(黄铜)、盐酸5~15ml/L.经处理的铜合金表面不仅外观光亮、微观平整,而且铜合金表面制备的转化膜中性盐雾测试时间更长、防腐性能更好.根据扫描电子显微镜观察铜合金微观形貌获得最佳抛光液组成的方法,简单方便、准确有效     

基于核磁共振技术的石膏粉末型3D打印试样水理特性及裂隙渗流特性初探

基于石膏粉末的3D打印技术目前在岩石力学领域及石油领域应用广泛.为使该技术更广泛应用于有水条件下的岩石和油气工程,对真空渗透固化改进的石膏粉末型3D打印试样进行了水理特性和裂隙渗流特性研究.首先,借助SEM和低场核磁共振技术(NMR)研究了该3D打印试样的微观结构特征和孔隙分布特征.其次,分别对试样在自然吸水和有压饱和条件下开展了吸水→饱和→干燥的干湿过程试验,并借助NMR技术研究了试样干湿过程中的水分迁移特征.在此基础上,分别对干燥和饱和试样开展了单轴压缩试验,研究试样遇水软化特征.最后,基于NMR岩石驱替渗流分析成像系统,对4种含不同粗糙度(JRC)的裂隙打印试样开展了恒围压、渗透压的渗流试验,借助实时核磁T₂谱和成像研究了试样的裂隙渗流规律.结果表明,渗透固化的石膏粉末型3D打印试样内部大小孔隙分布均匀且连通性好,总孔隙度为18.4%;试样自然吸水时以中、大孔隙充水为主,有压饱和时其大、中和小三种孔隙均充水饱和;试样的自然吸水率、饱和吸水率以及饱水系数分别为6.01%, 8.8%和0.68,与一般砂岩很接近;相比干燥时,饱和试样的变形大、峰值强度降低明显,其...     

密实及稀疏泥石流的流动性控制因素

泥石流是山区常见的地质灾害之一,固-液两相协同作用使泥石流明显区别于崩塌碎屑流、洪水等其他地质流体.由于泥石流固-液两相相互作用的复杂性,现阶段泥石流流动性研究主要集中在密实泥石流(体积固相浓度～0.6,也称为黏性泥石流).然而,对密实泥石流向稀疏泥石流转变(体积固相浓度0.6～0.4)中的物理过程研究较少.本研究以体积固相浓度和液相黏度为变量,通过一系列泥石流水槽实验对应力状态和孔隙水压的精准测量,探究体积固相浓度的变化对孔隙水压及泥石流流动性的影响,揭示密实泥石流及稀疏泥石流的流动机理.实验结果表明,泥石流的高流动性与液化程度密切相关.在密实泥石流向稀疏泥石流的转变过程中,固相颗粒从剪胀状态过渡到剪缩状态,孔隙水压上升导致泥石流液化,流动性激增.剪应力的计算值和实测值对比表明,密实泥石流的剪切阻力由颗粒间摩擦主导,而稀疏泥石流的剪切阻力则部分来源于液相黏性,因此表征密实流体剪切阻力的流变关系不足以完全描述稀疏流体的流变行为,充分考虑颗粒间相互作用(摩擦、碰撞)和液相黏性的模型有助于揭示稀疏泥石流的流动机理,这一点有待进一步研究.     

柴油高压喷雾燃烧火焰碳烟颗粒形貌及其纳观结构分析

柴油机是热效率最高、单位体积和比功率密度最大、应用最广泛的动力装置之一.但柴油机喷雾混合扩散燃烧的本质会导致颗粒物的大量产生.为了深入了解柴油机缸内温度和压力条件下喷雾火焰中碳烟颗粒的生成及其演化的详细机制,本研究利用热泳探针采样及高分辨透射电子显微镜成像(HRTEM)的方法对定容燃烧弹(CVCC)中柴油喷雾火焰中生成的颗粒进行了采集并结合成像分析研究了其表观形貌、纳观结构的特性,并进一步提取了其形貌结构的参数.本文还详细考察了不同负荷(喷油量)对基元颗粒和团聚体的形态特征及分形几何参数的影响.结果表明,随着喷油量的升高,团聚体分形维数增加,团聚体颗粒结构越来越紧凑.不同喷油量下的基元粒径呈正态分布,粒径随喷油量的增加而增加.颗粒的微晶长度随喷油量增加而增加,但微晶曲率和微晶碳层间距随喷油量增加而减少,由此表明随着喷油量的增加,颗粒样品的石墨化程度提高,氧化活性下降.我们在此基础之上还进一步分析了回转半径、颗粒投影面积、圆度和球度、基元粒子数等相关参数的结果.     

聚丙烯腈原丝在预氧化过程中的HRTEM组织演变

采用高分辨透射电子显微镜(HRTEM)研究了聚丙烯腈原丝和预氧丝横截面超薄切片的微观组织,揭示了预氧化过程中原丝组织结构的演变机理。结果表明,晶区的非晶化转变是原丝在预氧化过程中组织结构演变的主要形式;而晶面间距的逐渐变宽则是导致非晶化转变的直接原因。     

高速铁路用水泥乳化沥青浆体的物理结构

基于硬化硅酸盐水泥浆体的Powers理论和水泥乳化沥青浆体的配合比,通过理论计算和X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线谱仪(EDAX)等相分析方法,分析了硬化水泥乳化沥青浆体的物相组成与微结构.结果表明,硬化水泥乳化沥青浆体的物相组成与微结构取决于沥灰比和水灰比.提出了表征硬化水泥乳化沥青浆体物理结构的两种结构模型,以沥青为连续相、水泥相为分散相的有机-无机复合胶凝体结构模型—I型模型;以水泥相为基体、沥青嵌入其中的无机-有机复合胶凝体结构模型—II型模型.为深入分析高速铁路板式无砟轨道结构中水泥乳化沥青砂浆的微结构参数和力学性能及其衰变规律奠定了基础.     

岩石孔隙结构的统计模型

通过砂岩CT扫描实验研究了岩石孔隙的几何特征与分布规律,给出了孔隙的形心坐标,孔隙间距、孔隙数和孔径的统计特征与各自分布的概率密度函数．利用Monte Carlo法和随机数算法生成了具有相同统计参数和概率密度函数的随机数序列来模拟孔隙位置、数量和孔径的随机分布．借助FLAC如程序按照随机数序列分配的孔隙位置和统计特征构建了岩石三维孔隙结构模型．在此基础上,应用该模型研究了巴西圆盘劈裂破坏时的应力分布、单元破坏方式以及破裂单元的连通情况．研究表明：孔隙模型具有与真实岩石孔隙结构一致的孔隙统计特征和较好的几何相似性,该模型可以直观地反映孔隙特征对应力分布、破坏方式以及破裂连通性的影响．     

层状二硫化钼纳米薄膜的制备及其光学特性

通过化学气相沉积法(CVD),以三氧化钼(MoO_3)粉末和硫(S)粉末作为反应物,将二硫化钼(MoS_2)纳米薄膜直接沉积到石英衬底上.通过光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对薄膜的表面形貌进行了观察.发现所生长的MoS_2薄膜为纳米层状结构.通过拉曼光谱和光致发光光谱对生长的薄膜进行结构及光学性能分析.结果表明生长的纳米薄膜中有单层、双层和三层MoS_2薄膜的存在,同时在单层、双层和三层MoS_2薄膜中观察到了光致发光现象.并分析解释了MoS_2纳米薄膜从体材料向单层转变时能带结构的变化.     

缓冲层生长压力对MOCVD GaN性能的影响

利用自制的在位监测系统, 研究了用金属有机物化学气相外延法(MOCVD)在蓝宝石衬底上生长GaN时, GaN低温缓冲层的生长压力对高温生长GaN外延层性能的影响规律. 在位监测曲线及扫描电子显微镜(SEM)分析结果表明, 缓冲层生长压力越大, GaN缓冲层退火后成核中心体积越小, 表面粗糙度越大, 高温生长GaN岛间合并延迟. X射线衍射(XRD)和光致发光谱(PL)测量结果表明, GaN缓冲层生长压力增大时外延的GaN结晶质量得到改善.     

RPC高温爆裂的微细观孔隙结构与蒸汽压变化机制的研究

活性粉末混凝土(RPC)高温下易发生爆裂破坏,升温时RPC微细观孔隙结构与内部蒸汽压的变化与爆裂密切相关.本文采用压汞和SEM方法测试了素RPC200在室温至350°C七个温度水平下的微细观孔隙结构特征,分析了比孔体积、阀值孔径、最可几孔径等孔隙特征参数随温度变化的规律.通过自行研制的蒸汽压装置量测并分析了温升过程中素RPC200内部蒸汽压的变化机制.采用"薄壁球"模型定量分析了孔隙内部蒸汽压引发RPC爆裂的力学机理,并给出了球壁任意点的应力随饱和蒸汽压q(T)、球壁特征尺寸K变化的力学计算模型.研究表明:随温度升高,素RPC200的比孔体积、平均孔径、阈值孔径、最可几孔径等孔隙特征参数明显增大,200°C是阈值孔径和最可几孔径明显增加的门槛温度.单位质量的RPC孔隙体积增大主要来自于过渡孔与毛细孔的数量与体积增加.由于未形成有利于蒸发水逃逸的孔隙通道,快速达到饱和且难以有效释放的内部蒸汽压是导致RPC高温爆裂的直接原因.作者利用"薄壁球"模型给出了对爆裂起控制作用的壁厚范围.     

颗粒断层泥黏滑运动的研究进展

地震是一种常见的地质灾害,是地层突然加速运动并释放能量的过程.由于自然界断层交界面的剪切滑动、碎裂、碾磨和黏土矿化等物理化学作用,大多数成熟地层交界面都充满着一层磨损颗粒材料,也即断层泥.已有研究表明断层泥的黏滑运动是浅源地震发生的可能机制,国内外大量学者将颗粒体系作为研究地震的模型体系.本文总结了近年来颗粒断层泥黏滑运动的研究进展,着重对颗粒断层泥黏滑运动的微观机制、黏滑运动的影响因素、机器学习在颗粒断层泥研究中的应用等方面的研究进行系统介绍,并对后续颗粒断层泥黏滑运动的研究趋势进行展望.     

应力波作用下岩石类孔隙介质变形破坏与能量耗散机制的数值模拟研究

通过CT扫描、X射线衍射和物理实验等方法获取了天然砂岩的孔隙结构参数、矿物组成和物理力学性质,研制了具有与天然砂岩相同的孔隙结构特征和基体性质、但孔隙率不同的岩石类孔隙介质的物理模型．利用孔隙介质物理模型的CT扫描图像和MIMICS构建了具有不同孔隙率的孔隙结构三维有限元模型．通过设定应力波动理论假设的条件模拟了孔隙介质SHPB冲击破坏过程,分析了波动应力作用下岩石类孔隙介质的动力学响应、应力传递模式和变形破坏机制．研究表明：利用孔隙介质三维有限元模型可以直观定量地分析应力波传播过程中岩石类介质内部孔隙和基体的应力、应变状态及变形破坏机制．一定压强和波速的应力波传播过程中,孔隙率低于15％的岩石介质内部的孔隙未发生明显变形,变形主要体现为孔隙周边基体的微塑性（剪切变形）和开裂（横向拉应变）,以及孔隙周边开裂区域的相互连通．剪应力使基体单元产生微塑性,拉应力使基体单元开裂．孔隙周边基体单元的破坏及相互贯通主要是由于基体单元的横向拉应力或拉应变超过材料的极限值．模拟得到的孔隙介质的应力波传播规律、变形与破坏模式以及能量耗散性质与物理模型的实验结果相吻合．本文研究为解析岩石类孔隙介质的复杂多变动力学响应的内在机制、应力传递模式、变形破坏与致灾机理提供了参考．     

高吸水性能的新型复合吸附剂SiO2·xH2O·yCaCl2的孔隙结构测试与分析

介绍了一种由粗孔球形硅胶和氯化钙组成的新型复合吸附剂SiO₂·xH₂O·yCaCl₂. 为了分析它的吸附机理, 对粗孔球形硅胶和4个不同氯化钙含量的复合吸附剂, 采用扫描电子显微镜技术和ASAP2010吸附仪测试了它们的氮气吸附/解吸等温线、BET比表面积、孔径分布、孔容和平均孔径. 通过分析吸附、解吸等温线和滞后圈的形状, 推断出了粗孔球形硅胶和复合吸附剂的孔道结构主要包括两种类型: 一端开口的圆锥形和两端开口的圆锥形或双曲锥形管状孔隙. 通过对比分析孔径的分布, 结合滞后圈的形状, 给出了氯化钙在粗孔球形硅胶孔隙中填充过程的示意图. 实验测得了复合吸附剂和常用吸附剂(粗孔球形硅胶、细孔球形硅胶和分子筛13X)的25℃吸水等温线, 结果表明: 复合吸附剂的吸水量明显高于常用吸附剂的吸水量, 并结合孔隙分析结果对吸附等温线和液解现象进行了分析.     

C+Ti双注入钢中纳米抗腐蚀相的形成和抗腐蚀特性

C+Ti注入样品经过腐蚀和点蚀后用透射电子显微镜发现了抗腐蚀的丝状纳米相. 多重电位扫描法研究表明这种相具有抗腐蚀和抗点蚀特性,其腐蚀电流密度下降10～26倍. X射线分析表明这种相为直径10～30 nm的FeTi和FeTi₂相,这种相密集的镶嵌在注入层中,其长度大约为150～320 nm. 腐蚀后用扫描电子显微镜观察到密集的丝状的抗腐蚀和抗点蚀的纳米结构. 这种丝状纳米相是金属碳化物,这些相构成了具有优异抗腐蚀特性的钝化层.     

冻融循环作用下超高性能混凝土界面过渡区微观力学性能劣化研究

为了探究冻融作用下超高性能混凝土(UHPC)的抗冻性机理,利用纳米压痕技术对钢纤维-浆体以及细砂-浆体两种界面过渡区的微观结构和微观力学性能进行研究.研究表明:钢纤维-浆体界面过渡区中存在明显薄弱带,微观结构受冻融影响较大.冻融作用下水化硅酸钙、氢氧化钙的弹性模量和硬度相对变化幅度小于0.2.微孔洞体积分数随冻融循环次数增加呈指数增长,且孔径逐渐扩展到几十微米.钢纤维界面过渡区厚度经0～1500次冻融后从20μm逐渐扩展到65μm左右.随冻融循环次数增加,微孔洞体积分数呈指数函数增长,钢纤维界面过渡区厚度也逐渐扩展,因此可以用来有效地表征冻融作用下UHPC界面过渡区的微观力学性能劣化机理.