GGBS及其激发剂固化合肥湖积软土的试验研究

将CaO和石膏作为激发剂掺入粒化高炉矿渣微粉(GGBS)制备GGBS+CaO+石膏固化黏土,通过无侧限抗压强度试验研究固化黏土的强度变化规律,基于正交试验确定GGBS、CaO和石膏三掺量的最佳配合比。研究表明:单掺GGBS对软土有一定的固化效果,但固化速度慢、效果差;将CaO、石膏和GGBS混合后固化效果明显,固化土3d(天)即可形成一定强度。养护28d后,固化黏土最大强度可以达到2.9MPa;利用极差分析得出石膏掺量变化对抗压强度的影响最大,GGBS次之,CaO影响最小;GGBS、CaO和石膏三掺量固化黏土最佳配合比分别为11%、3.5%和5%。上述研究成果为在合肥滨湖地区应用矿渣类软土固化剂提供了理论依据。     

基于Box-Behnken法的合肥湖积软土固化配方优化的试验研究

选择CaO和纯碱作为激发剂掺入GGBS(粒化高炉矿渣微粉)制备GGBS+CaO+纯碱固化合肥湖积软土,通过无侧限抗压强度试验研究固化黏土的强度变化规律。以GGBS、CaO和纯碱的掺量作为影响因子,以7d和28d固化土的无侧限抗压强度作为响应值,基于Box-Behnken法确定3种外添剂的最佳配合比。研究表明:GGBS掺量的变化对强度响应影响最大,且其敏感程度随龄期的增大而增大;而对于CaO和纯碱,情况则相反。养护7d后,各因素对强度的线性效应和曲面效应均显著,CaO与纯碱的交互作用显著;养护28d后,GGBS与纯碱的交互作用显著。最终得出:GGBS、CaO和纯碱三掺量固化黏土最佳配比分别为13.08%、4.89%和1.25%;在最佳配合比下,7d和28d的预测强度分别达到550.904kPa和665.953kPa。最后对实测值与预测值进行了对比分析。研究成果可为在合肥滨湖地区应用矿渣类软土固化剂提供理论依据。     

升温条件下偏高岭土基地质聚合物粘结剂的粘结性能研究

结构加固中应用的环氧树脂等有机粘结剂的耐高温性不足,升温条件下易丧失力学性能导致结构失效。本文以偏高岭土基地聚物作为无机粘结剂,通过不同温度下的钢-钢拉伸剪切试验和表层嵌贴CFRP-混凝土拔出试验,考察地聚物粘结剂在升温条件下的粘结性能变化规律。试验结果表明:在常温环境下,树脂粘结剂的粘结性能优于地质聚合物粘结剂的粘结性能;但在本文试验设置的升温条件下,树脂粘结剂试件的粘结承载力明显下降,而地质聚合物粘结剂试件的粘结承载力则基本不受温度变化的影响。对粘结界面的粘结滑移本构关系的分析表明,随着温度升高,树脂粘结剂的最大粘结应力逐渐降低,其对应的滑移量也有所增大;与之相比,地聚物粘结剂的最大粘结应力及滑移均未随温度升高发生显著变化,证明了地聚物粘结剂的粘结性能对本文试验温度不敏感。这表明地质聚合物具有较好的耐高温性能,有发展无机粘结剂的潜力。     

矿渣-粉煤灰基地质聚合物混凝土的冲击力学性能

以矿渣和粉煤灰为原料,以氢氧化钠和液体硅酸钠为激发剂制备出养护28 d后静态抗压强度高达56.4 MPa的矿渣-粉煤灰基地质聚合物混凝土（geopolymer concrete, GC）试件,以普通硅酸盐水泥为原料制备出养护28 d静态抗压强度高达61.6 MPa的普通硅酸盐水泥混凝土（ordinary Portland cement concrete, PC）试件,采用100 mm霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar, SHPB）试验装置分别对GC试件和PC试件进行冲击压缩试验,得到了2种材料在0~100 s-1平均应变率范围内的应力应变曲线。通过分析应力应变曲线,并与PC进行了对比,研究了矿渣-粉煤灰基GC的冲击力学性能。结果表明,GC作为一种新型混凝土类材料,在冲击荷载作用下具有较好的强度、变形性能和韧性;GC是一种率敏感材料,冲击荷载作用下抗压强度、变形性能和韧性随应变率的增大而增强;和PC相比,冲击荷载下GC的抗压强度较小,韧性较低,GC在开始破坏前产生的变形与PC的基本相等,完全破坏时产生的变形较小。     

对称单质量微机电陀螺的零偏自补偿方法

针对微机电陀螺的零偏易受环境因素如温度的影响而发生漂移的问题,提出了一种适用于全对称单质量陀螺的零偏自补偿方法,该方法以两种基本单轴工作模式为基础,将两种工作模式下的检测信号进行差分即可实现零偏自补偿。建立了陀螺的动力学模型,对于结构完全对称的单质量陀螺,得出了两种基本工作模式对应的标度因数互为相反数、温度变化引起的零偏变化量一致的结论,并通过实验得到了验证。零偏自补偿方法实现了标度因数叠加、零偏变化量抵消的效果。设计了一种基于FPGA的零偏自补偿数字电路,并进行了零偏试验。零偏温度试验结果表明,在25℃~70℃的温度范围内,两种基本工作模式对应的零偏输出随温度变化的趋势一致,零偏自补偿后的零偏变化量降为了基本工作模式的24%;常温零偏试验结果表明,零偏自补偿后的陀螺零偏稳定性和零偏不稳定性分别抑制到了基本单轴工作模式的18%和31.85%,验证了该零偏自补偿方法的有效性。     

再生骨料透水混凝土抗压性能及透水性能试验研究

通过掺30%再生骨料和未掺再生骨料两种透水混凝土的抗压性能及透水性能对比试验,研究了水灰比、骨料粒径、砂率等因素对其抗压性能和透水性能的影响,确定了按体积法配制的合理性和最佳配合比。试验结果表明,采用5~10mm的骨料粒径、水灰比为0.3和目标孔隙率为15%时,掺30%再生骨料和未掺再生骨料两种透水混凝土抗压强度分别达到18.0MPa和19.2MPa,且透水系数均大于5mm/s。基于上述试验结果,分析了掺30%再生骨料和未掺再生骨料两种透水混凝土孔隙率与透水系数及抗压强度之间的关系,表明它们之间存在着相关性良好的函数关系,即可以通过调整孔隙率的大小来平衡抗压强度与透水系数,使之均满足实际工程要求。     

铁尾矿库无土植被护坡力学加固效应分析

针对铁尾矿库水土流失和库区生态环境的修复问题,通过开展水力侵蚀室内试验,研究了高羊茅、星星草、野牛草和裸坡4种工况下尾矿库边坡的径流模数时变规律、侵蚀模数时变规律、入渗与植被截流率和植被全截流规律。通过开展根-尾矿砂复合体的室内直剪试验,研究在不同含根量和不同生长时间的情况下野牛草根-尾矿砂复合体黏聚力和内摩擦角的变化规律,分析野牛草根系含量和生长时间对铁尾矿砂抗剪强度的影响,进而分析野牛草根系含量和生长时间对铁尾矿砂抗侵蚀能力的影响。确定了提高铁尾矿砂抗剪强度和边坡抗侵蚀能力的最佳含根量及根系最佳生长时间。结果表明:野牛草是铁尾矿库无土植被护坡工程中的优选草种,野牛草根作为铁尾矿砂的加筋材料能够明显提高尾矿砂的抗剪强度和边坡的抗侵蚀能力;根-尾矿砂复合体的黏聚力随根系的生长时间和含根量的增加先逐渐增大,后逐渐减小,但均高于未加野牛草根时的黏聚力;野牛草的最优生长时间为3个月、最优含根量为0.20%,野牛草根系的生长时间和含根量对铁尾矿砂内摩擦角的影响很小。     

自然养护RPC爆炸破坏形态的试验研究

针对活性粉末混凝土(RPC)高温蒸养的弊端,提出自然养护RPC的制备技术。自然养护的RPC是以高强度等级水泥、高强掺合料、钢纤维等为原材料,采用常温标准养护制备而成的一种超高强混凝土材料。本文对钢纤维体积率0和2%的自然养护RPCV0和RPCV2板分别进行爆炸和相关力学性能的测试,并对自然养护RPC板的爆炸破坏形态进行阐述。测试结果表明,掺加钢纤维利于RPC抗压和劈裂抗拉强度的增加;在相同装药量引爆时,RPCV2板背爆面的加速度峰值显著低于RPCV0板,RPCV2板未形成贯穿孔,仅在迎爆面和背爆面中心部位出现爆坑,裂缝少而细,RPCV0板呈崩溃式破坏形态,裂缝多而粗。由此表明,RPCV2板表现出的优异抗爆、抗震塌性能,是由于钢纤维增强了RPC基体的塑性变形能力。     

纳米Al2O3增强PA6复合材料的摩擦磨损性能研究

利用MMW-1型摩擦磨损试验机考察了纳米Al2O3增强PA6复合材料同45#钢对摩时的摩擦磨损性能,采用扫描电子显微镜观察分析了试样磨损表面形貌.结果表明:纳米Al2O3可以提高PA6的耐磨性能;在小于100 N低载荷下纳米Al2O3填充PA6复合材料的滑动摩擦系数符合粘弹性材料的变化规律;只有当填充量适当时,纳米Al2O3微粒才能有效地增强聚合物基体的抗磨粒磨损性能,并阻碍聚合物基体向偶件磨损表面的粘着转移;纳米Al2O3质量分数为10%的PA6复合材料的抗磨性能最佳.     

DAC加载技术中的准静水压状态方程测量

介绍了应力场理论及其在非静水压下状态方程研究中的应用。利用应力场理论不仅可以有效减小DAC加载实验中非静水压对实验结果的影响,同时可以得到超高压下应力偏量、剪切强度、弹性柔度等物理量。对比了两种测量高压下应力偏量的实验方法的优点和缺点。     

光纤陀螺用保偏光纤温度敏感性测试与分析

针对高精度光纤陀螺的温度敏感性问题,重点研究了光纤陀螺用保偏光纤温度性能。利用具有高空间分辨率的脉冲预泵浦光时域分析技术,测量不同温度点光纤的长度变化量,再根据光纤长度随温度的变化量与折射率温度系数的关系,给出光纤的折射率温度系数。试验共测量了8种国内和国外主流保偏光纤的折射率温度系数,测试结果显示:8种光纤折射率温度系数的最大值与最小值之间相差14%;某型国内保偏光纤与某型国外保偏光纤的折射率温度系数最小,量值基本相同。这种不同类型的保偏光纤折射率温度系数的差异与光纤纤芯的掺杂元素及掺杂浓度是直接相关的。该项测试技术可在基础材料层面提升光纤陀螺的温度性能;通过折射率温度系数测试,优选出更加适用于光纤环圈制作的保偏光纤,从而减小光纤陀螺温度Shupe效应误差,对于提高光纤陀螺的温度性能具有重要意义。     

基于数字图像相关的玄武岩纤维增强混凝土抗压实验研究

制备不同玄武岩纤维(Basalt Fiber, BF)掺量的玄武岩纤维增强混凝土(Basalt fiber Reinforced Concrete, BFRC)试块,结合数字图像相关(Digital Image Correlation, DIC)方法研究了BF对混凝土抗压特性的影响。结果表明,混凝土中加入适量BF可以提高其抗压强度和劈裂抗拉强度,但过量的BF会产生负面效果,且BFRC的抗压强度与劈裂抗拉强度呈线性关系;当BF掺量为0.6%时,增强效果最佳,其抗压强度比素混凝土增大24.40%,劈裂抗拉强度比素混凝土增大38.84%。通过DIC方法获取试件抗压破坏的全场应变演化,并通过应变场观察到微裂纹和宏观裂纹的发展过程。素混凝土微裂纹扩展路径单一,且宏观裂纹扩展速度较快;对于BFRC试件,微裂纹出现在多个区域,各区域微裂纹独自发展,且宏观裂纹路径较为复杂。基于应变场特征将BFRC的压缩破坏过程分为微裂纹萌生、微裂纹扩展、宏观裂纹扩展3个阶段,并分别讨论了BF在每个阶段的作用效果和机理。     

一种测量TBM滚刀受力的实验方法研究

为探索测量TBM掘进机滚刀受力特性的方法,本文提出了一种能够测试滚刀三向受力的方案。选择滚刀装配体上的垫块作为弹性体,以粘贴应变片的方式实现测量。利用数值计算方法找出垫块底端面和侧端面对所测力敏感而对作用力位置变化不敏感的区域作为贴片位置,分析了锁紧楔块对测试结果的影响。对滚刀装配体在不同工况下的受力情况进行了数值分析和实验测试。结果显示,若根据数值计算选定的位置贴片,垫块底端面和侧端面桥路应变总值的实验和数值结果相对误差介于1.06%和5.62%之间。滚刀强烈振动或更换刀具后可能使中心轴与垫块之间受力位置发生变化,结果确定其影响不超过2.75%。该方案不仅可以测出三个力的信号,还可用于分析滚刀振动状态,特别是滚刀发生偏磨后,刀刃与岩石之间强烈摩擦,振动状态与未偏磨时必然不同,因此还可通过分析由该方法测得的动态信号来识别偏磨。     

初始压力对多孔介质中气体水合物生成的影响

利用自制的一维天然气水合物生成与开采模拟实验系统,实验研究多孔介质中天然气水合物生成时不同初始压力对生成量、生成时间的影响.分别用相同气水比注入、相同注气量不同注水量、相同注水量不同注气量三种方式来控制初始压力.结果表明:在砂粒粒径300μm～500μm,盐水质量浓度2%,系统温度为2℃、初始压力为5MPa～9MPa的条件下进行水合物的等容生成实验时,初始压力越大,生成的水合物量越多,水合物开始生成的时间越早;但初始压力越大,实验系统中水合物生成最终稳定所需的时间越长.本实验系统采用的三种不同的控制初始压力的方式都可以得到上述结果.由此,可以为今后室内进行天然气水合物的生成实验提供科学指导.     

麦秸秆的力学性能及加筋滨海盐渍土的抗压强度研究

为开展天然草本纤维材料防腐前后的力学性能及加筋滨海盐渍土的抗压强度增长规律研究,本文探讨了麦秸秆的微结构特征及防腐方法、测试并对比了防腐前后的麦秸秆的质量增加率、吸水率、极限拉力和极限延伸率,证实用SH胶浸泡麦秸秆不仅能起到防腐作用,还可提高麦秸秆的力学性能。完成了不同加筋长度、不同加筋率及浸胶后呈不同状态麦秸秆的加筋滨海盐渍土无侧限抗压强度试验,结果证实：掺加长10mm麦秸秆优于掺加长20 mm麦秸秆;适宜加筋率为0.3%~0.4%;掺加浸泡SH胶后呈潮湿状态的麦秸秆优于掺加浸泡SH胶后呈干燥状态的;麦秸秆加筋盐渍土的抗压强度高于素盐渍土。初步的研究结果表明,麦秸秆适宜作加筋材料使用。     

高温影响的钢管混凝土柱抗爆性能研究

火灾与爆炸通常相伴发生,对工程结构安全造成了严重威胁。为研究高温下钢管混凝土柱抗爆性能,采用ABAQUS有限元软件建立了ISO 834标准火灾作用下钢管混凝土柱抗爆模型。在验证有限元模型可靠性基础上,首先分析了标准火灾作用下钢管混凝土柱抗爆工作机理;其次重点研究了受火时间、材料强度、含钢率以及爆炸当量对构件在标准火灾下抗爆性能的影响。研究结果表明:火灾作用下两端固结的钢管混凝土柱受爆炸荷载时,柱两端首先发生剪切破坏,随后整体发生受弯破坏;随着受火时间增加,钢管耗能占比降低,混凝土塑性变形逐渐成为主要耗能机制;混凝土强度、爆炸当量与轴压比对钢管混凝土柱高温下抗爆性能影响明显,当混凝土立方体抗压强度从30 MPa增加到50 MPa,常温与受火90 min构件抗爆性能分别提高约21%与42%。     

锂离子电池隔膜的力学性能测量

隔膜是锂离子电池的重要组成部分,其力学性能的综合表现是保证电池电化学性能的关键因素。本文通过单向拉伸实验和数字图像相关(DIC)技术来研究表面涂敷聚偏二氟乙烯的聚乙烯隔膜的基本力学性能;结合工程应力-应变曲线,分别确定了隔膜横轴(TD)和纵轴(MD)方向在不同拉伸速率下的弹性模量和强度;利用DIC技术得到的应变-时间曲线,确定了隔膜TD和MD方向的泊松比。单向拉伸实验表明,隔膜TD和MD方向的弹性模量和极限强度值都与测试方向无关,且拉伸速率越快,弹性模量越大,但极限强度值基本不变。DIC测试结果表明,隔膜TD和MD方向的泊松比也相等。研究发现,与很多已有隔膜具有明显各向异性性质不同,测试隔膜不但具有较高的弹性模量和极限强度,而且具有明显的各向同性性质。     

基于激光干涉测量的液体高脉冲压力校准

针对压电式高压传感器等的幅值灵敏度脉冲压力校准中的量值溯源问题,将一种基于牛顿第二定律的液体脉冲压力激光干涉测量方法用于落锤式液体高脉冲压力校准装置。通过质量块的动力学建模以及激光干涉测量质量块的加速度,得到脉冲压力幅值大小,使脉冲压力幅值能溯源到时间、长度与质量等基本量。通过对压力和加速度分布不均、摩擦力等影响进行理论与实验分析,压电式压力传感器幅值灵敏度校准不确定度得到了完整评估。激光干涉法液体脉冲压力校准装置压力幅值覆盖（10~500）MPa,扩展不确定度在1.8%以内。     

基于贝叶斯方法的模态参数识别的不确定度分析

振动模态分析和模态参数识别是动态测试的一个重要研究方向。模态参数在模型的修正、响应的预测、系统的健康检测及控制等方面有着重要的作用。但动态测试的不确定度分析,尤其是模态参数的不确定度的研究还十分缺乏。本文主要基于贝叶斯方法,通过傅立叶变换(FFT)建立时域数据和频域数据之间的对应关系。根据共振频带内的多个模态的响应数据得到相对应的模态参数,优化得到模态参数的最佳估计值,评定模态参数识别的不确定度。在固支梁的模态实验中,加速度传感器采集环境激励中的振动数据,运用贝叶斯法进行处理得到模态参数的最佳估计值。在此基础上,通过模态参数的最佳估计值,以及仪器的检定报告数据,结合合成不确度分析方法,系统分析了模态参数识别的不确定度。     

基于离散小波变换的岩石SHPB测试信号去噪

运用离散小波阈值去噪原理对SHPB测试信号进行了处理,针对SHPB测试信号持时短、突变快等特性,并根据各小波基对信号的重构均方根误差,选择Symlets小波系中的小波基Sym5为适合SHPB测试信号小波分析的最佳小波基,并运用无偏估计程序SURE确定了各分解层的阈值。比较了小波阈值去噪与动态应变仪中常规低通滤波器去噪的信噪比和均方根误差,研究结果表明,相对于常规低通滤波器的去噪处理,离散小波变换不仅有良好的去噪效果,而且能得到更精确的重构信号,可以取代动态应变仪中的低通滤波器对SHPB测试信号进行去噪处理。