泥石流体屈服应力与粘土矿物关系的试验研究

泥石流体的屈服应力是泥石流体抗剪强度的一个重要指标,但目前为止对泥石流体屈服应力和粘土矿物的关系研究还不完善。本文通过简易泥石流排导槽装置,选取蒙脱石、伊利石、绿泥石、高岭土4种常见的粘粒矿物为研究变量,以泥石流体屈服应力为研究目标,依次改变泥石流体中泥沙颗粒体积浓度、粘粒矿物成分及百分含量得出：(1)同等条件下,不同粘土成分对屈服应力的影响不同,蒙脱石影响最强,伊利石次之,绿泥石、高岭土最弱;(2)单一粘土矿物条件下,屈服应力与粘土矿物关系呈正向指数关系;(3)混合粘土矿物条件下,屈服应力与粘粒矿物的关系与单一粘土矿物条件下关系一致,但变化速率比单一粘土矿物小;(4)通过国内外学者资料验证本文泥石流屈服应力与粘土矿物的关系,具有一定的准确性和可用性。     

水玻璃固化黏土矿物的试验研究

采用扫描电镜(SEM)、X线衍射(XRD)和X线光电子能谱(XPS),对常温下不同密度水玻璃固化的蒙脱石、伊利石和高岭石试样进行测试与分析.结果表明:黏土矿物由固化前的粒状、片状结构转变为固化后的团块状的网状结构.黏土矿物固化样中出现明显的非晶态弥散峰群,未出现新的晶体;固化样衍射强度变小、晶层间距变小、颗粒变得更细小,结晶构造有序性变差,但晶体主体依然是黏土矿物的晶体.固化样中,仅1.15 g/cm3水玻璃固化的蒙脱石样的Ca-2p电子结合能减少了0.624 6 eV,其余元素的相应值未变化.水玻璃固化黏土矿物的机理是:硅酸盐离子和硅酸胶粒在黏土矿物表面如蒙脱石的晶层平面与端面存在复杂的吸附作用,形成了团粒,具有很大表面能的团粒进一步失水缩聚,形成非晶质硅酸盐凝胶和晶质黏土矿物共存的网状结构产物,限制了黏土矿物的活性,固化了黏土矿物.     

屈服应力对泥石流动稳定性的影响

本文讨论了在二维扰动情况下，屈服应力对泥石流动的稳定性影响，得到了稳定性方程和长波解情况下临界雷诺数的近似表示。     

基于低黏土矿物含量泥岩的膨胀力试验研究

针对某高速铁路地基中低黏土矿物泥岩进行不同初始含水率与不同干密度条件下的膨胀力试验,结果表明:规范中判定为无膨胀性的泥岩实质上是具有一定的膨胀性;在干密度不变的条件下,膨胀力随着初始含水率的增大而减小;在初始含水率不变的条件下,膨胀力随着干密度的增大而增大。并且根据试验结果拟合出适用于低黏土矿物泥岩的考虑干密度与初始含水率的膨胀力公式。     

橡胶粉改良非饱和黏土体直剪试验研究

橡胶粉用于非饱和黏土体的改性,有望提高土体的强度。然而目前国内外对该课题的研究甚少,且其相关成果不足以支撑工程实践。为研究橡胶粉掺量对非饱和黏土体强度的影响,通过理论分析与试验研究相结合的方法,对0%、2%、4%、6%、8%、10%、15%、20%八组不同橡胶粉掺比下的固结黏土进行了一系列控制基质吸力的直剪试验。分析了有效黏聚力、有效内摩擦角、吸应力等抗剪强度参数的变化规律,并探究了最佳橡胶粉配比。试验结果表明:向非饱和黏土体中掺加2%或4%的橡胶粉可以有效改善土体抗剪强度;基质吸力恒定时,抗剪强度越大,吸应力对其影响越小。试验可为岩土工程加固、无支护挖方安全设计等领域的工程实践提供理论基础。     

有机质和黏土矿物对软土流变性质影响对比试验研究

采用改进的直剪蠕变仪,对有机质、膨润土对软土流变性质影响显著程度进行对比试验研究,在相同试验条件下完成了两组含有机质、膨润土百分比相同的试样的流变性质的测试。测试结果表明,有机质和膨润土所含蒙脱石是影响软土流变性质的重要因素之一,且有机质对软土流变性质的影响较膨润土所含蒙脱石的影响显著,在其他条件相同时,含有机质或膨润土试样的黏滞系数均比不含有机质和膨润土试样的小,且含有机质试样的黏滞系数比含膨润土试样的小,即有机质和膨润土使土样流变变形阻力减小,且前者使土样流变变形阻力减少的幅度较后者的大。试验结果分析认为,有机质和膨润土所含蒙脱石通过吸附于颗粒表面的结合水影响土的流变性质,其中强结合水是土体产生流变的主要因素,而弱结合水则是相对次要因素。文中的试验结果有助于进一步认清土体流变的起因,对改进和完善现有流变变形计算理论有一定指导意义。     

结构材料维氏硬度与屈服应力的关系分析

利用传统力学试验方式直接获取实际工程结构的(如焊接接头)材料力学性能有时相当困难,而准确的材料力学参数是分析实际工程结构完整性的重要基础依据。鉴于获取材料表面维氏硬度相对容易,文中利用维氏硬度试验和ABAQUS有限元分析相结合的方式,分析了304奥氏体不锈钢维氏硬度与材料屈服应力的相关性,为复杂工程结构的材料力学参数确定提供了一条新的途径。     

裂纹体小范围屈服应力场的分析

本文从钝角裂纹应力场的精确解出发，分析了Ｉｒｗｉｎ理论在用平移法计算小范围屈服应力场中的近似性和精确程度，得出了计算钝角裂纹的平面应力和平面应变的弹塑性应力场的公式。在本文中放弃了Ｉｒｗｉｎ理论认为应力强度因子Ｋ１在应力场中是一个常量的假定，而是采用了广义应力强度因子ＫＩｇ理论的概念［１］，认为在裂纹应力场中各点的ＫＩｇ是一个多变量函数。这样所获得的结果，在理论上将比Ｉｒｗｉｎ理论严格。虽然本文的计算公式要比 Ｉｒｗｉｎ理论复杂得多，但是在运用电子计算机之后就容易获得数值结果。本文的计算结果表明，在平面应力情况下两种理论的结果有较大的差别，而平而应变的结果则比较接近。但是，运用本文的方法可以考虑裂纹在钝化过程中的应力场的变化规律，同时也可以考虑不同的载荷条件（例如，孔内受均压张开和双向均匀拉伸）在尖角裂纹的钝化过程中对于塑性区的形状和大小的影响。所有这些分析用奇性解理论是难以做到的。     

金属矿尾砂浆压缩与剪切屈服应力的关系

膏体流变学的研究是矿业浆体流变学的热点和难点。膏体技术包括脱水、搅拌、输送、堆存(充填)4个阶段,均涉及到非牛顿流体流变特性。在脱水阶段,全尾砂的压缩屈服应力影响了尾砂浆的脱水浓度,浓度是剪切屈服应力的宏观表现,继而影响了混合搅拌和管道输送过程中浆体的剪切屈服应力。所以,压缩屈服应力和剪切屈服应力之间的关系成为了膏体充填技术领域中的关键问题。在压滤理论指导下,开展相关实验,提出了全浓度范围内床层脱水阻力和浆体输送性能表征方法,以表征全尾砂浆的可浓密性能。对全尾砂高压力作用下的可浓密性能进行测试,得到高压力下全尾砂浆体的压缩屈服应力;使用控制剪切速率法(CSR)操作桨式流变仪检测剪切屈服应力;继而得到两者之间的关系为：浆体屈服应力为剪切应力,压缩屈服应力为压缩应力;浆体的压缩屈服应力、剪切屈服应力与浓度指数均呈指数关系。并且压缩屈服应力远大于剪切屈服应力,因此剪切作用更易破坏絮团,是脱水的主要外部动力,从而解释了搅拌脱水的力学机理。     

纳米固体材料的屈服应力与微观结构的关系

研究了金属基纳米颗粒结构固体材料的屈服应力、显微硬度等力学性能及其与构成物质的颗粒度、界面微观结构之间的关系,并从理论上分析了规律产生的原因,为材料的设计提供科学依据。     

炭黑混炼胶的屈服应力与挤出破裂行为的关系

本文主要研究了丁苯炭黑混炼胶的屈服应力与挤出破裂行为的关系。通过分析胶料在挤出过程中的拉伸流动,进一步讨论了在挤出时胶料的破坏过程;指出当拉伸流动时所需的应力值超过胶料本身的应力极限时,会产生破裂现象;建立了挤出破裂现象与宏观力学性能之间的联系。并用实验证明,炭黑胶的屈服应力高者,挤出物外观好;炭黑结构性高,用量多则混炼胶屈服强度大,挤出物外观好;而在本实验条件下,粒径影响不明显。     

黏土矿物在石油初次运移中的作用研究

从黏土矿物的结构、成岩过程中脱水转化条件以及脱水转化阶段等几个方面讨论了不同转化类型的黏土矿物在石油初次运移中的作用.研究结果表明:并不是所有的黏土矿物都对油气的初次运移起作用,不同的黏土矿物对油气初次运移的作用也不同,其中蒙皂石的脱水、转化对油气初次运移的作用最为显著;黏土矿物的脱水转化是在温度、压力、时间等因素的综合作用下发生的,这就决定了黏土矿物脱水转化的不确定性.只有那些与油气的生成阶段相匹配的转化才会对油气的初次运移产生作用,而早于或晚于油气生成阶段的转化对油气初次运移的作用甚微或没有作用.     

黏土矿物在石油初次运移中的作用研究

从黏土矿物的结构、成岩过程中脱水转化条件以及脱水转化阶段等几个方面讨论了不同转化类型的黏土矿物在石油初次运移中的作用．研究结果表明：并不是所有的黏土矿物都对油气的初次运移起作用，不同的黏土矿物对油气初次运移的作用也不同，其中蒙皂石的脱水、转化对油气初次运移的作用最为显著；黏土矿物的脱水转化是在温度、压力、时间等因素的综合作用下发生的，这就决定了黏土矿物脱水转化的不确定性．只有那些与油气的生成阶段相匹配的转化才会对油气的初次运移产生作用，而早于或晚于油气生成阶段的转化对油气初次运移的作用甚微或没有作用．     

黏土矿物为原料絮凝剂的制备及应用研究

以蛭石为原料,以硫酸为改性剂,制备无机絮凝剂.使用扫描电子显微镜和XRD分析仪对其进行表征分析.对混浊的河水进行初步絮凝实验,效果较好.在此基础上,研究絮凝剂投加量、体系p H、搅拌速率、搅拌时间、沉淀时间以及温度对絮凝效果的影响.由实验结果可知:在水温30,℃、调节水样p H为8、絮凝剂投加量为300,mg/L条件下,120,r/min快速搅拌2,min,40,r/min慢速搅拌15,min,静置20,min后浊度由189.3,NTU降至0.6,NTU,浊度去除率达到99.7%.     

泥石流启动过程试验与数值模拟研究

利用自制模型槽结构,结合PFC2D数值模拟软件,对坡度为25°固定单宽流量下泥石流的启动过程进行了试验和数值模拟,结果表明:坡趾处土体最先发生溯源侵蚀,泥石流的启动过程存在短暂的相对平静期和雍高现象,破坏形式是自上而下发生坍塌式破坏,利用PFC2D数值模拟能很好地模拟泥石流的启动、运动及堆积过程,研究结果可为以后数值模拟与工程实践提供指导。     

黏土矿物微观孔隙结构的分形特征

以深部软岩中黏土矿物为研究对象,运用Image-proplus专业图像分析软件,对黏土矿物微观结构SEM图像进行处理,提取孔隙信息,结合分形理论,对微观孔隙结构进行分形数值分析。研究表明：软岩中黏土矿物微观孔隙结构分布具有分形特征,试样的分形维数在1~2。具有不同微观结构形态的相同类型黏土矿物和具有同种微观结构形态的不同类型黏土矿物,其分形维数均有差异。孔隙分布均匀程度与分形维数成反比。     

关于黏土矿物粒级提取的方法探讨

全球气候变化是关系人类的可持续发展和我国资源环境战略的重大科学问题。近年来，黏土矿物分析逐步被应用到气候和环境演化分析中，并取得了较好的研究成果。但黏土矿物的提取方法比较复杂，影响因素较多。就柴达木盆地东北部瑙格地区黏土矿物粒级提取的实验过程做了详细的阐述，采用去除碳酸盐、有机质、样品分散和提取等方法分离出黏土矿物，为黏土矿物提取实验提供借鉴。     

老黏土地基承载力的试验研究

湘江两岸广泛分布着老黏土,为了在该地区能有效利用老黏土地基的高承载力,编制相关规范,节约工程造价,通过原位测试、直剪试验和力学指标查表等方法确定地基承载力,并进行比较和分析,分别建立本地区承载力的理论值、原位测试值与力学指标确定值之间的线性回归关系.图2,表5,参5.     

纯黏土矿物甲烷吸附研究及吸附模型评价

黏土矿物在页岩储层无机矿物中占有重要的比例,其是页岩气吸附的重要场所。由于不同页岩储层成藏条件不同,黏土矿物相对含量存在较大差异,因此也影响页岩气的吸附能力。以X射线衍射(XRD)、低压氮气吸附实验及甲烷等温吸附实验为主要研究手段,XRD结果表明:4种样品(伊利石,蒙脱石,绿泥石,高岭石)纯度较高,均大于94%。低压氮气吸附结果表明:蒙脱石以微孔与中孔为主,孔隙形态主要为四边都开口的平行板状、狭缝状等,含有墨水瓶状的孔;伊利石主要发育有中孔与大孔,绿泥石主要发育有微孔和大孔,高岭石主要发育有中孔和大孔,其的孔隙形态同样都平行板状、狭缝状等为主;比表面积与孔隙体积的依次为高岭石伊利石蒙脱石绿泥石,且两者呈正相关。在61℃,压力为0～25 MPa条件下进行5组甲烷等温吸附试验,包括4组纯黏土矿物及1组由4种纯矿物等质量混合的矿物。纯黏土矿物甲烷吸附量依次为高岭石伊利石蒙脱石绿泥石,黏土矿物的比表面积越大,其甲烷吸附量也越大。对等温吸附实验数据进行拟合发现:Langmuir、Toth及Langmuir-Freundlich吸附模型对于不同矿物总体拟合效果都极好,对黏土矿物吸附模型精确选择具有一定意义。     

稀性泥石流沟道侵蚀试验研究

泥石流对沟道的侵蚀破坏作用比一般水流强烈,由于对其侵蚀深度的估计不足,往往导致防治工程的失效。通过室内等比模拟稀性泥石流沟道侵蚀试验来探究其规律。试验研究表明:坡度变化对侵蚀效果的影响大于流量的影响;在一定范围内,侵蚀深度随泥石流的磨损力增大呈线性增加,并给出经验公式。结合野外调查,对于松散堆积物源较厚的沟道流通区,该经验公式具备一定的适用性。