膨润土膨胀变形的分形模型

膨润土的膨胀变形计算一直是核废料处置库垫层设计的关键难题之一,膨润土的膨胀变形过程就是膨润土吸水过程,膨润土吸附水体积与膨润土的表面特征有关,膨润土的表面特性可以采用分形模型描述,由此可以建立膨润土吸附水体积与上覆压力的关系.根据膨润土表面和膨润土膨胀后的团粒(aggregate)的分形模型,建立了膨润土膨胀变形、膨胀压力、侵蚀(自由膨胀)和饱和膨润土压缩变形的计算理论,导出由溶质吸力产生的有效应力表达式,建立了有效应力表示的盐溶液中膨润土膨胀变形方程,并得到膨胀变形试验数据的验证.结果表明,膨润土吸水体积是上覆压力的幂函数,指数为Ds-3;侵蚀临界剪切应力是膨润土团粒的有效密度、直径的幂函数,膨润土侵蚀质量是水流量的幂函数,指数是团粒分维的函数.     

无黏性土的冲刷机理

无黏性土的剪切强度主要来源于颗粒间的摩擦力,无黏性土的抗冲刷主要来源于土粒重量。根据无黏性土颗粒冲刷过程中的受力平衡分析,无黏性土颗粒冲刷临界剪切应力(冲刷启动剪切应力)与颗粒粒径成正比,已有的砂、砾冲刷试验结果验证了无黏性土颗粒冲刷临界剪切应力理论。     

基于数值试验的混凝土单轴压缩裂纹分布多重分形特征

基于ABAQUS软件,利用多重分形理论对混凝土单轴压缩数值试验表面裂纹分布多重分形谱进行了定量计算.探讨了粗骨料粒径、数值试样尺寸对混凝土表面裂纹分布多重分形谱的影响.建立了基于混凝土数值试样表面裂纹分布多重分形谱峰值的混凝土弹性分形损伤本构方程.结果表明,混凝土在单轴压缩数值试验条件下表面裂纹分布具有多重分形特征,满足自相似性;混凝土数值试样表面裂纹分布多重分形谱峰值介于1.9～2.0,随粗骨料粒径、模型尺寸的增加呈降低的趋势;基于混凝土数值试样表面裂纹分布多重分形谱峰值的混凝土弹性分形损伤本构方程拟合曲线与数值试验应力-应变试验曲线吻合良好.     

黄河三角洲沉积物含盐量与其临界剪切应力的关系研究

黄河入海径流量变化引起河口区盐度场的改变,从而影响沉积物的动力学行为和工程性质。在黄河三角洲4个不同沉积年代的叶瓣采集柱状样,采用统计和相关性分析的方法对不同深度原状沉积物的含盐量、临界剪切应力以及其他物理力学性质进行分析。结果表明:黄河三角洲不同沉积年代、不同深度沉积物含盐量变化范围是0.2‰~2.0‰,整体剖面定义为"均匀型";在研究区范围内,沉积物临界剪切应力呈现空间不均匀分布,并随沉积物含盐量的增大而增大。表层沉积物临界剪切应力偏小,高容重、低含水率的沉积物偏大。研究对于黄河口冲淤研究具有重要意义。     

管道回填土粒径级配对土体侵蚀影响试验研究

为了深入探究排水管道回填土颗粒粒径与级配对土体侵蚀的影响，文章搭建长0.5 m、宽0.2 m、高0.7 m的排水管道沟槽试验模型，研究干燥状态下4种单一粒径均质砂层和3种不连续级配砂层的侵蚀敏感性。试验结果表明，对于均质砂层，随着颗粒粒径减小，依次出现直接阻塞、不完全侵蚀、完全侵蚀3种不同侵蚀类型，且不同侵蚀类型可以用临界孔口颗粒尺寸比来划分。通过对临界颗粒粒径砂层的50次重复试验，得出发生3种不同侵蚀类型的概率分别为0.38、0.26、0.36。对于不连续级配砂层，侵蚀量与细颗粒质量比呈正相关关系，和粗颗粒与细颗粒的粒径之比(反映粗颗粒粒径的作用)呈负相关关系。研究成果可为排水管道周围地面塌陷灾害防治及风险评估提供理论依据。     

考虑临界变形量变化的结合面法向接触刚度计算模型

考虑微凸体接触过程中临界变形量变化,建立结合面法向接触刚度计算模型.采用分形几何表征结合面的形貌特征,由表面形貌测量数据得到分形函数的分形参数D和G.采用弹塑性变形接触理论分析微凸体的接触变形特征,得到微凸体的临界变形量估计模型,其是分形参数和微凸体接触变形量的函数,进而得到考虑临界变形量变化的单个微凸体的接触刚度计算模型.由分形理论得到粗糙表面微凸体分布函数,微凸体分布函数与单个微凸体接触刚度计算模型结合得到结合面的法向接触刚度计算模型.通过对比计算结果与实验数据,验证了所提模型的合理性.     

粗粒土级配及颗粒破碎分形特性

验证颗粒质量-粒径分布分形模型用于表示粗粒土级配的适用性,研究粗粒土在不同缩尺粒径的情况下,采用不同缩尺方法缩尺后土体分形维数的变化规律;基于分形维数建立缩尺级配与原始级配之间的联系,分析不同母岩材料、级配和颗粒形状粗粒土三轴试验资料,推算粗粒土的相对破碎率,并探讨分形维数与相对破碎率的关系。研究结果表明:分形维数能定量描述粗粒土的原始级配和缩尺级配,不同缩尺方法得到的粒度分形曲线形态有较大差别,与原始级配的粒度分形曲线有不同程度的偏离,缩尺粒径越小偏离程度越大。在所研究的4种缩尺方法中,分形维数与缩尺粒径的对数呈较好的线性关系;围压越大,破碎分形维数和相对破碎率越大,试验前粗粒土的分形维数越大,剪切试验后相对颗粒破碎率越小。不同母岩、级配和颗粒形状的破碎分形维数与相对破碎率呈幂函数关系,通过分形维数和拟合参数可估算不同围压下的相对破碎率。     

坡面土壤侵蚀力学模型

坡面土壤颗粒发生侵蚀分离是坡面流侵蚀的起始阶段,因此分析导致坡面土壤颗粒分离的临界水流剪切应力及其影响因素对了解坡面流侵蚀有重要现实和理论意义。通过对坡面流土壤颗粒发生分离进行受力分析,指出导致土壤发生分离的动力因素和阻力因素,建立坡面土壤颗粒受力力学模型。通过对模型求解得出土壤发生侵蚀的临界水流切应力并对其影响因素进行分析,对坡面流土壤侵蚀的微观力学机理作初步的探讨,以期对防治上壤侵蚀和水土保持工作有所借鉴。     

纳米颗粒悬浮液有效导热系数的分形模型

运用有效介质近似和分形理论描述纳米颗粒团聚体及其粒径分布,同时考虑颗粒表面吸附作用和颗粒本身尺寸效应的影响,建立起纳米颗粒悬浮液有效导热系数的预示计算模型、计算结果表明,分形模型能够反映低浓度纳米颗粒悬浮液有效导热系数的变化趋势,并与直径50nmCuO颗粒悬浮在去离子水中的实测结果相符.     

电离作用下黏性细颗粒泥沙絮凝沉降数值模拟

基于分形理论构建泥沙颗粒的絮凝沉降模型,从三维角度动态模拟絮团在布朗运动、颗粒静电力和重力作用下的发育、沉降过程.研究结果表明:絮团形态与泥沙颗粒的表面电荷量有关,电荷量越大,絮团形态越开放;不同带电量泥沙颗粒的絮凝速度与沉降速度具有差异性,表面电荷量越大絮凝沉降速度越缓慢;泥沙颗粒的带电量对絮团平均粒径分布有显著影响,不同带电量下絮团达到最大直径所需时间不同.研究成果进一步揭示了天然河流中黏性细颗粒泥沙絮凝现象的内在机理.     

明渠流中分形絮团破裂的格子Boltzmann方法模拟

应用格子Boltzmann方法模拟了黏性泥沙三维分形絮团在明渠水流中的沉降、破裂过程,揭示了絮团在水流剪切作用下的破裂机理．结果表明,水流流速较小时,絮团将不发生破裂而沉积到海床;在水流流速较大的情况下,强度较小的絮团将在水流剪切作用下发生破裂,破裂后的单个泥沙颗粒或小絮团随水流一起运动,不会沉降到床面,而强度较大的絮团在经受近底剪切变形后仍可沉降到床面．絮团沉降破裂过程的格子Boltzmann模拟结果与已有的直观认识一致．     

水动力作用下河湖沉积物污染物释放研究进展

水动力作用会增强底泥沉积物-水界面的剪切效应,并引起上覆水和沉积物的理化性质(溶解氧、pH、氧化还原电位等)发生变化,从而影响甚至改变污染物的释放规律。鉴于水动力的重要性,对动水作用下营养盐、重金属、持久性有机物的释放机制以及影响释放过程的主要因素进行了阐述,解析了过去研究中存在的不足,指出多次水动力扰动下沉积物再悬浮以及再分配行为响应机制、水动力作用与沉积物中多种污染物释放的协同或拮抗的耦合机制、水动力与水生植物共同胁迫作用下污染物释放的微观机制以及基于复杂条件下的沉积物污染物释放动力学模型构建是本领域需进一步研究的重点。     

基于均匀设计的混凝土细集料级配分形试验研究

利用均匀设计安排试验,运用分形几何学原理对混凝土细集料级配进行了研究.在各种材料用量不变的情况下,研究了不同分形维数的细集料级配对砂浆扩展度,28d抗压、抗折强度,细度模数和最大密度曲线理论n值的影响.结果表明,不同分形维数对应的砂浆扩展度、强度不同,对应细集料的细度模数和最大密度曲线理论n值不同.不同级配细集料的分形维数和最大密度曲线理论n值两者之间存在着对应的线性关系.     

沉积物团聚体稳定性和总磷释放特征

沉积物内源磷释放会对水体造成二次污染,研究表明沉积物团聚体的稳定性与水体污染关系密切。以秦淮河石头城的沉积物为研究对象,探究沉积物总磷释放与团聚体稳定性的关系以及影响总磷释放和团聚度的因素。结果表明,不同pH值的上覆水,沉积物总磷释放浓度最大可达0.91 mg·L-1,一定时间内团聚度下降最大幅度为27.27%;沉积物有机质含量越高（1.0%）,总磷释放浓度和团聚度最大下降幅度越小（分别为1.48 mg·L-1和62.84%）,;扰动强度越大（200 r·min-1）,总磷释放浓度和团聚度下降最大幅度越大（分别为2.32 mg·L-1和65.23%）。颗粒内扩散模型和Boxlucasl模型的拟合结果表明沉积物释放总磷过程中,总磷释放量越大,团聚度越小;颗粒物理吸附-解吸作用比沉积物颗粒的扩散作用强;有机质在沉积物释放总磷过程中起着重要作用,且对沉积物团聚度有着重大影响。     

含甲烷水合物松散沉积物的力学特性

通过含甲烷水合物松散沉积物三轴测试,首次基于临界状态原理探讨水合物沉积物发生应变软化、硬化破坏形式的机制,重点分析各强度参数变化规律及其对破坏模式的敏感性。结果表明:三轴剪切试验过程中沉积物破坏模式受有效围压、水合物饱和度等因素共同控制;破坏模式对峰值强度、起始屈服强度、起始屈服模量、内聚力、内摩擦角等参数的影响较小;不同破坏模式条件下水合物沉积物切线模量、峰值剪切模量等参数变化规律完全不同,其计算模型须在不同破坏模式框架内分别分析,而不能忽略破坏模式的影响建立笼统的水合物沉积物强度参数计算模型。     

碎石土地基的大型原位水平推剪试验与单环注水试验研究

为研究广州地铁十八号线陇枕停车场碎石土地基的力学强度特性及渗透规律,在典型的碎石土地基上选取了7个原位试验点,分别进行了颗粒级配分析、大型水平推剪试验和单环注水试验。研究结果表明:陇枕停车场碎石土地基呈现出缺乏中间粒径的不连续级配特征;碎石土地基强度指标与含石量关系密切,当含石量小于63%时,有效黏聚力随着含石量的增加迅速下降,有效内摩擦角随着含石量的增加迅速增加;当含石量超过临界值63%时,有效黏聚力和有效内摩擦角几乎没有变化;碎石土地基的渗透系数和含石量呈正相关关系;含石量为63%是陇枕停车场碎石土地基抗剪强度参数和渗透稳定性的关键特征值。     

粘性细泥沙的临界起动公式

用上海港杭州湾深水航道试挖航槽的淤泥泥样,进行不同沉积密度条件下的起动试验。论文叙述了试验的条件、情况和主要结果。用实测数据检验张瑞瑾公式窦国仁公式,唐存本公式和沙玉清公式,并加以分析和评述。从粘性细泥沙絮凝的电化学理论出发,导出细泥沙颗粒之间粘着力的表达式,建立包括粗、细泥沙在内的统一的临界起动切应力和临界起动流速公式。该式与已有的公式和实测资料进行比较,符合良好。能较好地描述淤泥不同沉积密度时起动条件的变化,应用建议的起动公式,只需用常规试验测定几项基本参数,便可预报淤泥在不同沉积密度时的临界起动切应力或临界起动流速。     

凤阳山主要林分类型土壤团聚体及其稳定性研究

【目的】探究凤阳山自然保护区的林地土壤团聚体组成及其影响因素,为恢复与保护土壤资源提供一定的理论依据。【方法】以浙江省凤阳山自然保护区内海拔1 300～1 400 m范围内主要林分类型(阔叶混交林、针阔混交林、杉木林、竹林)林地为对象,测定不同土层土壤基本理化性质和水稳定性团聚体粒径分布及其含量,分析土壤理化性质对土壤团聚体及其稳定性的影响。【结果】①4种林分土壤水稳定性大团聚体(WSA)(≥0.250 mm)含量均在90%以上。土壤水稳定性大团聚体含量及平均质量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)均以杉木林的最大,竹林的最小。②通过非度量多维标度(NMDS)排序分析,阔叶混交林、针阔混交林和杉木林对≥2.000 mm粒级土壤团聚体影响较大,竹林对≥0.053～0.106 mm粒级的土壤团聚体的影响较大。③土壤密度与土壤MWD及GMD之间均呈显著正相关,与土壤分形维数(D)呈显著负相关。非毛管孔隙度与土壤MWD及GMD之间均呈显著负相关,与土壤D呈显著负相关。【结论】林分类型较土层深度对土壤团聚体粒级组成及稳定性的影响更显著,土壤密度及非毛管孔隙度等土壤理化性质较土壤总孔隙度、毛管孔隙度及总有机碳含量等对土壤团聚体粒级组成及稳定性的影响更显著。     

基于剑桥模型破坏准则黄土高边坡稳定性研究

对剑桥模型的破坏准则并进行了补充改进,使其适用于黄土高边坡稳定性分析。通过室内试验取得了不同含水量下黄土的抗剪强度参数及对应的临界应力比。采用FLAC有限差分软件对不同坡角的边坡进行数值计算;并用MAPGIS软件DTM空间分析功能对计算结果进行图形后处理。基于以上工作,研究黄土高边坡体内应力分布特点、黄土高边坡稳定的应力影响因素、潜在不稳定区域和边坡破坏模式。探讨含水量变化对边坡临界应力比和实际应力比的影响规律,分析应力比变化对边坡稳定性影响程度。揭示随着含水量的增加,内摩擦角和黏聚力减小对边坡稳定性影响的不同力学意义。     

Viscosity and aggregation structure of nanocolloidal dispersions

In this work,the effects of nanoparticle size,particle volume fraction and pH on the viscosity of silicon dioxide nanocolloidal dispersions are investigated.Both size and pH are found to significantly affect nanocolloid viscosity.Two models are used to study the effect of aggregate structure on the viscosity of the nanocolloidal dispersion.The fractal concept is introduced to describe the irregular and dynamic aggregate structure.The structure of aggregates,which is considered to play an important role in viscosity,is affected by both intermolecular and electrostatic forces.The particle interaction is primarily affected by particle distance and becomes stronger with decreasing particle size and increasing volume fraction.The aggregate structure is also affected by the pH of the solution.Studying the relationship between pH and zeta-potential shows that with the neutralization of charges on the particle surface and decreasing electrical repulsion force,the particle interaction becomes dominated by attractive forces and the aggregates form a more compact structure.