侧限条件下路基压实黏土的水平残余应力试验分析

路基填土是一种松散的土体材料,经压实才能体现出良好的力学性质。路基填土被压实后,土体中会产生较大的水平残余应力。掌握路基压实黏土水平残余应力的主要特征是进一步研究路基结构工程性质的关键。为此,本文研制了一套在侧限条件下测试压实黏土水平残余应力的试验装置,进行了高液限黏土在不同压实度和含水率条件下的水平残余应力变化规律试验分析。试验表明:在相同含水率条件下,压实黏土水平残余应力随压实度的提高呈折线形增大;在同一压实度下,压实黏土的水平残余应力随含水率的升高近似呈线性减小趋势;对比分析可知,压实度对压实黏土水平残余应力的影响程度明显大于含水率。     

含水率对非饱和黏土动态压缩特性的影响

为探讨含水率对非饱和黏土动态压缩特性的影响规律,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)实验装 置,针对不同含水率非饱和黏土试样开展了侧限条件下的动态压缩实验。实验结果表明,在径向变形受到约 束时,当黏土中含有少量水时,比干黏土更容易压缩;而当含水率进一步增加时,试样在受压过程中逐渐接近 饱和状态,黏土的抗压性能则明显提升。从能量吸收与分配角度来看,随着含水率的增加,试样所吸收的总能 量在逐渐下降,体积改变能所占的比例逐渐增大,而形状改变能所占比例则逐渐减小。     

蒸发液层对流稳定性理论与实验研究进展

综述了蒸发液层稳定性理论分析和蒸发对流实验研究方面的最新进展. 首先回顾历史上经典的单层流Marangoni不稳定性分析.利用经典的单层流模型可以很好解释无蒸发液层的稳定性特性, 但是由于经典的单层流模型没有考虑蒸汽层与液层之间的动力学耦合关系,所以不能完全解释蒸发液层的Marangoni不稳定性特性.有的学者建立了考虑蒸汽层与液层的热耦合与动力学耦合关系的两层流模型, 并采用了界面温度连续这样的假设. 而在实验的观测中, 蒸发界面处的温度是不连续的, 特别是在蒸发量比较大的情况下, 汽/液界面处温度跳跃很明显. 由于界面温度连续假设在处于非平衡状态的系统中是不成立的, 所以这些模型虽然能给出一些新的有关系统稳定性的特性,但还是不能完全解释蒸发液层的Marangoni不稳定性的特性, 特别是为什么从底部冷却液层的时候, 在实验中仍然能够观察到Marangoni对流涡胞的出现的原因. 本文总结了前人的研究成果, 同时给出了蒸发系统的动力学建模过程和实验研究方法,并对各种模型的稳定性特性进行了总结. 最后, 指出了现有理论中存在的问题和有待进一步研究的问题.      

武（汉）广（州）客专武汉-韶关段红黏土工程特性研究

通过对武（汉）广（州）客运专线武汉—韶关段红黏土的工程特性研究,认为该地区红黏土液塑限高,饱和度和孔隙比大;具有较好的力学性能,压实性较低;先期固结压力远大于上覆土层自重压力,具有超固结性,具有“固而不密”特征;红黏土呈现出特殊的“上硬下软”的工程特性,超固结比和先期固结压力随深度增加而减小。这些研究成果为客运专线实体工程的修建提供了重要的指导和依据。     

膨胀土判别与分类的Bayes判别分析法

基于Bayes判别分析法以建立膨胀土判别与胀缩等级分类的Bayes判别分析模型. 模型 选用液限,胀缩总率,塑性指数,天然含水率,自由膨胀率等5个指标作为判别因子;将膨 胀土的胀缩性分为极强、强、中、弱4个等级并作为Bayes判别分析的4个正态总体;以训 练样本建立Bayes线性判别函数,以该函数计算待判样品的Bayes判别函数值,以最大值对 应的总体作为样品的归属;以刀切法对判别准则进行评价. 研究表明,该模型以刀切法计算 的误判率为13.3%.     

饱和蒸发和热毛细力作用下低雷诺数液膜在波纹竖壁上的流动

考虑表面蒸发压力和热毛细力作用情况下,对饱和蒸发状态下低雷诺数自由降落液膜在小波幅正弦型波纹壁面上的流动进行理论分析。对控制微分方程及边界条件进行量纲一化并引入流函数,对微分方程及边界条件进行摄动展开,得到了这种情况下液膜流动的简化分析模型,求出了近似解析解。讨论了壁面波纹、表面张力、蒸发压力、热毛细力对液膜流动的影响。研究表明:液膜的波动幅度随蒸发强度和热毛细力的增大而增大;液膜波动与壁面波纹的相位差随蒸发强度增大而增大,随热毛细力增大而减小。     

不同含水率和压实度铅锌尾砂抗剪强度试验研究

尾砂的抗剪强度是分析尾矿坝失稳问题的重要参数。为了探究含水率和压实度对铅锌尾砂抗剪强度的影响,开展三种压实度(80%、90%、100%)情况下五组不同含水率(3%、6%、9%、12%、15%)铅锌尾砂试样的抗剪强度试验。结果表明:铅锌尾砂的剪应力随压实度的增大而增大,随含水率的增大先增大后减小;随着含水率的增大,铅锌尾砂的内摩擦角先减小后增大,粘聚力先增大后减小;在含水率为6%时,粘聚力最大;随着压实度的增大,铅锌尾砂内摩擦角和粘聚力均呈线性增长,含水率为6%时压实度对粘聚力的影响最大,含水率超过12%,压实度对粘聚力的影响逐渐减小;保持尾砂含水率在6%左右和提高尾矿坝的压实度,能够有效提高尾砂抗剪强度,降低尾矿坝溃坝危险性。研究结果对尾矿坝的安全管理和稳定性评价具有一定意义。     

磁场对双扩散液层热毛细对流的影响

通过数值模拟的方法对磁场作用下的双扩散液层热毛细对流进行了研究, 模型中同时考虑了热毛细效应和溶质毛细效应的存在. 研究结果显示, 外部磁场能够有效削弱液层内热毛细对流的强度, 改变热毛细对流的对流结构; 随着磁场强度的增大, 液层内热毛细对流的对流强度逐渐减小, 热质传递过程中扩散效应逐渐得到增强; 最终, 溶质浓度沿水平方向呈梯度分布. 因此, 当磁场强度足够大时能够实现晶体生长中所需的纯扩散条件.     

膏溶角砾岩侧限膨胀特性试验研究

研究了膏溶角砾岩的侧限膨胀特性及其影响因素。这种岩石受到扰动后可吸水发生膨胀变形使其结构发生变形甚至破坏。通过GDG高压固结仪采用平衡加压法和充分膨胀法研究了侧限情况下岩石的膨胀力指标, 解释了充分膨胀法膨胀力指标大于平衡加压法膨胀力指标的原因。通过试验研究了供水充足条件下膏溶角砾岩侧限自由膨胀变形演化规律, 阐述了膏溶角砾岩侧限膨胀变形的影响因素。岩石试样采自山西石太客运专线太行山隧道, 试验结果表明, 膏溶角砾岩的膨胀特性不同于常规的膨胀岩, 其轴向膨胀变形随含水率增加而增加, 随密度增大而减小。     

冻结黏土侧限压缩变形的S-M模型

为合理设计冻结壁及确保施工安全,掌握人工冻土侧限条件下压缩变形特性非常必要。对山西省某煤矿深部黏土在不同冻结温度、含水率下,采用分级加载的方式进行侧限一维压缩试验,得到一维压缩应力-时间-轴向压缩变形之间的关系,并根据曲线变化分析可知:同一含水率及加载应力下,温度越低,轴向压缩变形量越小;相同温度下,随着含水率和加载应力的增加,压缩变形量也逐渐增大。引入Singh-Mitchell(S-M)模型,同时考虑温度、含水率和加载应力为模型自变量,建立改进S-M模型,通过对轴向压缩变形取对数的方式计算改进S-M模型参数。将改进S-M模型计算结果与侧限一维压缩变形试验结果进行比较,研究发现:模型计算曲线与试验曲线吻合度较高,模型计算曲线能够反映冻土从初始变形状态到稳定变形状态的变形特性,能准确预测压缩变形曲线的变化趋势,且改进S-M模型涉及参数较少,实际应用价值高。     

土体含水率与滑坡风险相关性实验研究

降雨入渗容易造成边坡滑坡自然灾害,含水率是影响土体抗剪强度的关键因素之一。本文以滑坡区红黏土为研究对象,制作了5组不同含水率的土样,并在不同垂直压力下进行快速剪切实验,得到每组对应的剪切强度参数,研究了含水率与剪切强度参数之间的关系。利用实验所得到的土工参数进行高地下水位边坡稳定性数值模拟,拟合得到边坡坡顶含水率与边坡安全系数的关系。结果表明:含水率从10%增加到25%,红黏土强度指标粘聚力、内摩擦角约分别下降50%和30%;含水率与粘聚力和内摩擦角间均呈半对数关系;边坡坡顶含水率增加导致边坡安全系数近似成二次曲线下降趋势。     

CCL非线性平衡吸附条件下填埋场渗滤液运移过程数值分析

采用Langmuir等温吸附方程表示黏土对渗滤液中某种污染物的非线性吸附,依据污染物在多孔介质中运移机理,建立了渗滤液在饱和多孔介质运移的一维数学模型。在考虑填埋场采用压实黏土衬里防渗层、垃圾生物降解生成污染物的特性、在填埋场下含有一定厚度含水层等实际情况下,采用有限差分法求解控制方程。通过参数对比计算与分析表明,与线性吸附相比,非线性吸附使得污染物的穿透能力增强,污染物浓度随时间变化曲线尖锐而狭窄、峰值浓度出现时间提前、曲线有尾部拖长现象。组合参数Sl对污染物运移影响较大,当Sl取值较大时,可降低污染物浓度,"挫峰"能力增强,污染物浓度随时间变化曲线表现出线性吸附性质。参数K1对污染物运移影响较参数Sl小。压实黏土衬里的渗透系数较低时,弥散控制污染物运移,且弥散系数较大和较小时,穿透曲线分别表现出线性吸附性质和非线性性质。     

天然盐渍土冻融循环时水盐迁移规律及强度变化试验研究

通过对新疆喀什地区12处天然盐渍土室内基本性质试验分析,选取典型天然盐渍土,在开放系统中进行反复冻融循环条件下的试验研究。研究了天然盐渍土在多次冻融循环时的水分和盐分迁移规律及强度变化特征。试验结果表明:经多次冻融循环,低液限粘土试样水分重分布与盐分重分布有很大的一致性,水分和盐分自下而上迁移;试样粘聚力自下而上线形减小,内摩擦角呈s形分布。含砂低液限粘土试样冻融循环过程中,易溶盐均随水分向冷端面迁移,离子剖面呈现中间大两端小的趋势;试样粘聚力呈反s形分布,内摩擦角均呈s形分布。     

软土地区人工冻土无侧限瞬时抗压强度的试验研究

冻结法施工在上海隧道建设中(如隧道旁通道、地下泵房等的设计与施工)得到广泛应用,也曾引发过严重的地质灾害(如上海地铁4号线外滩段的地质灾害)。因此安全、经济、合理地将冻结法用于上海软土地区隧道建设中已经成为上海工程建设中的一个重要的研究课题。本文以上海复兴东路越江隧道旁通道冻结法施工中遇到的第⑥层粉质粘土及第⑦层粉细砂为研究对象,针对设计冻结壁重要强度参数无侧限瞬时抗压强度,进行了室内试验研究,揭示了两种土的冻结强度随温度的变化关系,同时研究了粉细砂的冻结强度随含水率的变化规律。     

基底弹性对蒸发超薄液膜去润湿过程的影响

研究了基底的弹性变形对蒸发超薄膜的稳定性和去润湿动力学过程的影响. 基于长波近似, 得到了关于液体薄膜厚度的演化方程. 运用线性稳定性理论和数值模拟两种方法, 研究了基底弹性、范德华力以及液体蒸发等因素对液体薄膜的稳定性和去润湿过程的影响. 研究结果表明增大基底的弹性系数或者减小液体的表面张力, 都能加速液膜的破碎, 并且能够影响气液界面波的波长; 液体蒸发能促进气液界面扰动的增长, 有助于液膜的破裂.      

冲击作用下复合材料叠层板层间开裂演化模型

采用双线性特性破坏模型研究了复合材料叠层板层间开裂裂纹的演化, 通过引入弹性/剪切模量的损伤参数, 推导出损伤参数与应变之间的微分方程, 并得到裂纹耗散功率与损伤参数变化率之间的关系. 计算不同初始冲击速度下复合材料叠层板某界面上应变、应变率响应以及损伤参数的演化, 即可得到该界面发生层间开裂的情形及其对剪切模量的影响.通过检查界面各点处的损伤参数是否发生改变, 预测了冲击完成之后复合材料叠层板第1, 2层之间发生层间开裂区域的大小与位置; 该预测结果与实验数据及其他破坏准则计算结果基本相符. 计算结果表明, 在冲击过程中当界面上任意点处的剪应力超过剪切强度后, 该点附近的剪切模量开始发生衰减, 衰减大小随铁球初始冲击速度的增大而增大, 并从靠近冲击中心的位置逐渐向周围递减. 在四边简支边界条件下, 复合材料叠层板的层间开裂区域同样最先出现在界面中靠近冲击点的位置, 区域面积随初始冲击速度的增大不断扩大. 当初始冲击速度足够高时, 第1, 2层界面的两条对称轴上开始出现多个独立的开裂区域.      

实践十号卫星项目——热毛细对流振荡特征的地面研究

上部开口环形液池在水平径向温度梯度作用下会出现内部温度和自由面的振荡,本文研究了二者发生的临界条件.环形液池内柱加热外壁制冷,以0.5℃/min的速率线性升温得到水平径向温差,T型热电偶测量液层内部单点温度,高精度激光位移传感器测量液层自由面某点形变.随两端温差增加,当超过某一临界温度△T_(cr)时,开始出现振荡.实验结果表明,对同一种硅油,两种振荡的临界条件随液层厚度具有相同的变化趋势.对不同普朗特(Prandtl)数(Pr)的硅油,振荡临界条件临界马兰哥尼数(Ma_(cr))随着邦德数(Bo)的增加而变大.本文工作是中国科学院科学先导专项SJ-10返回式科学实验卫星项目-热毛细对流表面波空间实验研究的地面研究结果,该工作为空间实验提供前期的基础科学研究数据和实验保障.     

高速破片撞击充液容器时容器壁面的损伤

为研究高速破片(钨球)撞击充液容器(贯穿前后壁面)时容器壁面的毁伤情况,利用ANSYS/LSDYNA对该过程进行了数值模拟,分析了破片撞击动能对充液容器前后壁面毁伤程度的影响,并进行实验验证。结果表明:高速破片撞击充液容器形成的液压水锤对充液容器前后壁面的破坏程度可分为3个等级,即前后壁面均未出现裂纹、前壁面没有出现裂纹后壁面出现裂纹和前后壁面均出现裂纹且后壁面呈花瓣式开裂;破片撞击充液容器过程中,前后壁面的最大变形量和前后壁面的裂纹总数随破片撞击动能的增加而增大。     

U型充液管道的流固耦合分析

基于流固耦合原理,在ADINA软件中建立了U型充液管道的有限元模型,对其进行了流固耦合模态分析,研究了壁厚对管道固有频率的影响;并对简支U型管道的充液过程进行了数值仿真,研究了充液加速度和壁厚对管道位移及应力的影响。结果表明:随着模态阶数的增加,管道的固有频率逐渐增大;在无耦合时计算的管道固有频率大于流固耦合状态时的结果,管道固有频率随壁厚的增加呈非线性增加;在充液过程中U型管道的最大应力出现在弯头处;在充液过程中管道的位移与应力随充液加速度的增大而增大,随壁厚的增大而减小;但无论充液加速度多大,充液后管道的最终位移基本相同。     

凹凸棒石黏土润滑油添加剂对钢/钢摩擦副摩擦学性能的影响

采用天然凹凸棒石黏土作为润滑油添加剂加入150SN润滑油中,在Optimal SRV-IV摩擦磨损试验机上研究了添加剂含量对钢/钢摩擦副摩擦学性能的影响,借助SEM及EDS分析了摩擦副的表面形貌及表面元素组成.结果表明:凹凸棒石黏土的浓度为0.6%可使平均摩擦系数较基础油润滑条件下降低42.32%;凹凸棒石黏土的浓度为0.4%可使磨损体积降低85.48%;凹凸棒石黏土的加入使得磨损表面更加光滑平整,同时磨损表面氧元素含量升高.分析认为凹凸棒石黏土层链状的晶体结构和摩擦过程中复杂的理化过程是实现减磨抗磨的原因.