钙质砂颗粒内孔隙三维表征

南海钙质砂颗粒形状复杂,颗粒棱角突出且面孔隙与内孔隙结构发达.为了准确表征钙质砂内孔隙三维形态,本文借助高精度X射线μCT扫描技术,得到钙质砂颗粒高精度断层图像.通过对原始CT扫描断层图像切割、除噪、二值化等一系列操作,重构得到钙质砂颗粒三维图像.由于钙质砂颗粒外形不规则,因此直接提取其内部孔隙较为困难,本文通过对钙质砂颗粒的三维图像进行三维闭合运算等一系列算法的处理,较好地重构了钙质砂内部的三维孔隙.根据块状钙质砂颗粒的外表特征、内孔隙孔隙率的大小、孔径分布曲线形状以及分形维数的大小,可以大致将块状钙质砂颗粒分为两种类型.第1种类型块状钙质砂颗粒外表存在较多沟壑且内孔隙较为发达,第2种类型块状钙质砂颗粒内孔隙较不发达且连通性较低.两种类型块状钙质砂颗粒内孔隙的孔隙率与孔径分布曲线存在明显差异.同时研究发现,钙质砂颗粒内孔隙较好地符合三维分形特征,且分形维数的大小与孔隙率大小成正相关关系.为了深入地研究钙质砂颗粒内部孔隙的连通性,本文通过计算其距离图获得颗粒内孔隙的空间网络模型,对其分析得出,钙质砂颗粒网络模型的配位数分布大体趋势相同,由于两种钙质砂颗粒内孔隙形态的差异,配位数的分布也略有差异.     

珊瑚砂剪切特性试验分析

为了研究珊瑚砂及其与结构接触面的剪切特性,从南海珊瑚岛礁取样,对试样进行颗分试验、直剪试验和扫描电镜观测,进行了珊瑚砂与钢材、混凝土及纤维增强(FRP)复合材料接触面的剪切特性试验。结果表明:试验珊瑚砂样的粒径主要分布在0.3~4.5mm,约占试样总质量的88%;珊瑚砂表现特殊的剪应力-位移曲线,且内摩擦角随粒径的增大而增大;珊瑚砂与FRP复合材料接触面摩擦角小于与混凝土接触面的摩擦角,大于与钢材接触面摩擦角,珊瑚砂与结构接触面摩擦角较石英砂稍大。通过扫描电镜观测发现,大粒径珊瑚砂颗粒有明显的孔洞,粒径较小的颗粒组织结构疏松。将珊瑚砂破碎颗粒质量占试样总质量的比重定义为颗粒破碎率,颗粒破碎率随珊瑚砂粒径的增大而对数增大,随轴向应力的增大而指数增大。     

南海钙质砂单颗粒破碎试验研究

采用自制的高精度单颗粒加载仪器,对不同粒径、形状的南海钙质砂颗粒进行了单颗粒破碎试验,探究静载作用下钙质砂单颗粒强度特征.运用Weibull经验公式对钙质砂单颗粒强度进行统计学分析,对单颗粒强度进行归一化.试验结果表明:钙质砂单颗粒的力-位移曲线形式可分为类"硬化"型、类"软化"型与"平坦"型三种;单颗粒强度的分布与粒径有关,粒径越大,强度越低;粒径相同时,块状颗粒的单颗粒强度高于片状颗粒;单颗粒强度分布服从Weibull分布,Weibull模量m介于1～3之间.     

砂细度模数计算方法的探析

随着混凝土用砂中大于5mm颗粒含量的增加,使砂细度模数的计算越来越不准确,而在相同配合比中,硬化混凝土的抗压强度却随着砂的细度模数的变化而发生显著变化。本文通过对不同方法计算砂的细度模数在实际工程中对混凝土抗压强度影响的分析,得出在混凝土施工中,准确计算砂的细度模数,认真分析砂的细度模数与砂率、颗粒级配之间的关系,是保证和提高混凝土强度的一个非常有效的手段。     

基于DEM-CFD耦合方法的水合物与砂颗粒运动分析

采用离散元素法(discrete element method,DEM)和计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)的耦合方法,对海底水合物中砂颗粒和水合物颗粒运动进行了研究。利用球形颗粒沉降模拟实验验证了耦合方法的可行性,分别分析了单个砂颗粒和单个水合物颗粒运动过程中颗粒位置、速度、受力及角速度的变化规律。结果表明:砂颗粒向容器底部沉降,在到达底部时发生碰撞,同时颗粒发生旋转;水合物颗粒向上运动,颗粒没有发生旋转。最后对颗粒群进行了模拟仿真,结果表明,DEM-CFD耦合法能够模拟大量颗粒运动的复杂流动,并且能从微观尺度分析颗粒受力和运动情况,对水合物颗粒和砂颗粒运动的研究提供了一种可靠有效的方法。     

机制砂在混凝土中的应用研究进展

近年来我国基础设施建设日益发展,致使天然砂严重短缺,造成了一系列社会问题和环境问题。机制砂具有的石粉岩性、颗粒级配、颗粒形状和石粉等特征与天然砂不同,使其对混凝土性能具有特定的影响,本文从分析机制砂的特性出发,概述了国内外研究机制砂特性对混凝土工作性能、力学性能、体积稳定性、耐久性的影响及其作用机理。     

钙质砂颗粒破碎的研究进展

钙质砂因在较低压力下就会发生颗粒破碎而常给珊瑚岛礁岩土工程设计与施工带来许多麻烦.为满足南海岛礁大规模工程建设的要求,需要全面深入地研究颗粒破碎对钙质砂力学性质的影响,以便正确评价钙质砂地层的工程性质,解决施工、运营中可能出现的工程地质问题.本文总结了钙质砂颗粒破碎的影响因素、研究方法及进展,指出了研究中尚存在的不足以及下一步的研究方向.     

颗粒形状对砂性土宏细观力学性质的影响

针对多数关于颗粒形状对砂性土宏细观力学性质的影响方面的研究中忽略的两个问题,天然砂性土中颗粒的随机不规则形状和对比试验中颗粒的体积不相等问题,基于已有的研究成果,对天然的硅质粗砂做了直剪试验,然后通过离散元程序PFC对其进行模拟,并设计了基于圆形颗粒的对比试验。试验结果表明,颗粒形状只有在较高的法向应力下才可以增加砂性土的剪切峰值强度,当法向应力较低时,不规则形状颗粒组成的砂性土的剪切峰值强度还不如圆形颗粒组成的砂性土,且当颗粒间的摩擦作用较弱时会有类似的现象,临界值强度并没有因颗粒形状的不规则而有明显差别。对此结果的细观机理也做了浅析,认为在较低法向应力时,圆形砂性土较大的剪胀角是其剪切峰值强度较大的主要原因。     

橡胶颗粒沥青砂非线性蠕变模型试验研究

为了研究橡胶颗粒沥青砂非线性蠕变回复行为,基于Schapery黏弹性模型理论,并结合改进型Swchartz黏塑性模型,提出一种改进的积分型本构模型;开展一系列橡胶颗粒沥青砂压缩蠕变试验,通过最小二乘法与改进欧拉法对实验数据进行拟合,确定模型中各参数;最后,利用模型对不同应力水平下橡胶颗粒沥青砂的蠕变回复行为进行预测。研究结果表明:该蠕变本构模型不仅能准确描述橡胶颗粒沥青砂蠕变过程中复杂的非线性黏弹塑性行为,并且可用来预测不同应力水平橡胶颗粒沥青砂蠕变特性;相比于其他模型,本文模型中参数的确定简单、方便。     

莆田和晋江县全新世海滩岩与砂丘岩的探讨

福建莆田、晋江两县的苦鹅头、后石井等地,前人所指的海滩岩中,有一部分其实是砂丘岩;时代为中晚全新世,~(14)C年代测定为1881±81——4820±120年. 海滩岩向海倾斜8°—11°,层面发育溶沟、不规则浅盆等微地貌.颗粒分选差,以中粒石英砂为主,多含砾石,常见海绿石团粒.生物贝壳多为完整个体,石英砂表面见V形撞击坑.胶结物为文石和高镁方解石. 砂丘岩直接覆在花岗岩风化壳之上,前积层高角度倾斜(30—35°).颗粒分选好,以中细粒石英砂为主,多贝壳碎片,石英表面具碟形坑,胶结物为亮晶方解石,具新月型、悬垂组构. 二者的地球化学特征也不相同.     

扰流锥对立式涡流空气分级机流场和颗粒分级性能的影响

立式涡流空气分级机淘洗区内部结构是影响其流场分布的重要因素之一,采用数值模拟方法对淘洗区内有、无扰流锥两种不同结构下的空气分级机流场分布及颗粒分级效果进行对比分析。数值模拟结果表明：扰流锥可以阻碍旋涡的形成,使得淘洗区筒体内气流绝对速度整体变小,高频脉动湍涡数量减少;扰流锥减小了环形区和转笼叶片间通道气流径向的速度波动,使得流场分布均匀,有利于提高分级精度。然而,扰流锥的存在使得气流上升过程中的能量消耗增大,导致气流速度降低。碳酸钙粉体分级实验和离散相模拟结果相吻合,物料分级实验结果表明,当进风口风速29 m/s、转速800 r/min时,扰流锥的存在可以使分级粒径减小13.2%,分级精度提高4.2%;然而扰流锥的存在会妨碍粉体在淘洗区筒体内充分分散,导致粗粉中残留较多细粉,旁路值增大1.4%,产生“鱼钩效应”。     

铝粉分级中主管道流量控制

微细铝粉在现代工业和军事中有重要的应用。而分级过程中的主管道流量对分级效果有非常重要的影响。本文结合铝粉厂的实际需求，针对主管道流量波动较大的问题，对阀门设计了模糊-PID控制，使主管道流量在受到干扰后能快速回到设定值，风机频率适时调整的方法在减小了总流量波动的同时使主管道阀门保持在较大开度，有效节省了能源。实际的运行效果验证了算法的有效性。     

基于点火药颗粒的固体火箭发动机点火瞬态过程数值研究

为研究固体火箭发动机点火时点火药颗粒在燃烧室内流动与燃烧特性,以N-S方程,k-ε湍流模型为基础,采用颗粒轨道模型+UDF接口进行二次开发编程,对某型固体火箭发动机点火瞬态过程进行数值仿真分析.计算结果表明:发动机点火过程中,点火药颗粒呈链式反应;点火药颗粒在喷入燃烧室后迅速燃烧,有利于推进剂点火,缩短点火延迟时间;点火药颗粒在燃烧室内运动复杂,在发动机内流场中出现压强震荡、局部高温区域和内外通压强差等复杂现象,这些现象随点火药量的不同而变化,对推进剂点火、药柱结构完整性产生较大的影响.      

天然气水合物非成岩出砂储层砂流数值模拟

天然气水合物(可燃冰)作为新兴洁净能源,受到全世界的重视,由中国地质调查局组织实施的中国海域天然气水合物第二轮试采取得成功,并超额完成目标任务.当前,中外天然气水合物模拟器开发和相关研究虽然有通过力学耦合描述"砂"的行为,但大部分都没有涉及"砂"的流动过程.针对天然气水合物分解后,储层多孔介质中"砂"流动过程的数值模拟,通过通用储层渗流模拟器GPSFLOW,实现水、气(甲烷)、砂三相三组分模拟,把砂当做一种非牛顿流体,即为一组分也是一个相态,按宾汉流体进行模拟,初步探讨砂流过程模拟的理论方法和模型实现方案,并通过理想模型进行验证.结果表明:相较于其他出砂数值模拟研究方法,提出的砂流模拟方法简单高效,能够有效地模拟砂流过程,后续通过耦合水合物开采渗流模型,有望实现对水合物开采过程中砂流的准确模拟.     

基于自组织特征映射的软土震陷动态分级

为解决软土震陷分级中存在的问题,基于以往研究,通过建立以自组织特征映射（Self-Organizing Feature Map）与动态分级控制（DT）为基础的耦合式分级模型,为软土震陷分级提供了一种新的思路。通过SOM方法进行仿真分析,筛选出具有关联性的影响因素,根据其相关性强弱,可剔除个别因素,保证各因素之间的独立性。再应用动态分级法对震陷分级控制进行研究,得到了不同分类数下的震陷分级。计算结果与模糊综合评判法进行了对比分析,其结果表明耦合式分析模型具有良好的分级效果。     

风沙流中基于宏观颗粒模型的沙粒浓度分布

风沙侵蚀是造成土地沙化和干旱区地貌的主要原因,其中沙粒的浓度分布是研究输沙量、颗粒碰撞、风沙流结构等特征的主要影响因素,也是了解颗粒碰撞过程和风沙两相流耦合过程的重要研究内容。为了考虑沙粒与气流的力平衡、阻力和扭矩的变化、碰撞及摩擦等影响,运用了一种新的宏观颗粒模型(macroscopic particle model, MPM)研究沙粒在气流中的运动。与前人研究结果进行比较后发现,宏观颗粒模型在不需要任何附加模型的前提下,能实现风沙两相耦合的准直接数值模拟,根据沙粒运动速度云图所示的风沙流运动状态的不同,沙粒浓度的垂向分布会出现结论不一致的现象。颗粒流系统的内在非线性是造成风沙流运动状态不均匀、不一致的主要因素。数值模拟结果表明,利用MPM模型中的离散颗粒追踪、颗粒速度和位置等信息能够研究多相流条件下的风沙运动机理。     

高石粉人工砂原级配混凝土干缩性能试验研究

结合水电站建设工程，对高石粉人工砂原级配大尺寸试件混凝土干缩性能进行试验研究，探讨了人工砂中石粉含量，滑料级配，试件尺寸等对混凝土干缩性能的影响以及相关性分析，其结果对工程建设具有参考价值。     

沙粒粗糙度和粒径分布的分形特性

提出了一种度量沙粒粗糙度和沙粒粒径分布的分形维数的计算方法,用分规法和周长面积法度量沙粒平面剖面线的不规则性,用Ｗｅｉｂｕｌｌ分布模型分析研究沙粒粒径分布的规律。结果表明：沙粒的表面粗糙度越大,其分形维数越大;沙粒组成中的细沙越多,其分形维数越大。同时表明分形几何可用于不规则图形和破碎模型的定量研究。     

水砂混相流运动的CIP-DEM耦合数值模型

为建立精确模拟水砂混合流(如:挟砂溃坝溢流)问题的数值计算方法,提出了模拟固液混相流运动的垂向二维CIPDEM法耦合数值计算模型。模型采用CIP(constrained interpolation profile scheme)法求解描述水体运动的Navier-Stokes流体运动方程,采用DEM(discrete element method)法求解描述泥沙粒子团运动的牛顿力学方程;并通过水砂间的相互作用关系将水-砂运动进行耦合。通过分别对溃坝溢流和砂体下落的单相体运动进行数值模拟并与前人的实验结果进行对比,验证了CIP法流体计算模型和DEM法砂体计算模型妥当。在此基础上,采用所建立的CIP-DEM水砂耦合数值计算模型对干床面上的挟砂溃坝溢流问题进行了数值模拟,计算得出的挟砂溃坝溢流中的水、砂运动形态和运动过程与Zhang(2009)等的实验结果吻合良好,表明提出的CIP-DEM耦合模型在对具有大自由表面变形的水砂运动问题的模拟中具有较好的适用性。     

机制砂混凝土抗滑性能的影响因素分析

为了研究机制砂混凝土路面抗滑性能的影响规律,采用摆式摩擦法与表面回弹法,研究了水灰比、砂率、机制砂掺率、石粉含量等因素的影响,基于灰色系统理论对各影响因素进行了重要性排列。研究表明,机制砂抗滑性能低于天然河砂,石粉会显著改变机制砂混凝土的表观构造,各影响因素之间灰色关联排序为砂率水灰比石粉含量机制砂掺率,根据以上结论设计了机制砂混凝土抗滑性能预测模型,经验证此模型与试验实测值相关性较好。