一种考虑液相惯性的一维准静力固结模型

经典Terzaghi一维固结理论不考虑孔隙流体惯性影响,且该理论在不同时期模型推导和表述结果差别较大,导致当前仍存在诸多困惑甚至认识混乱的现象. 在笔者前期研究大变形动力固结理论框架内,忽略固相惯性而重点考虑液相惯性影响,经过合理简化建立反映孔隙流体惯性的一维小变形固结波动模型. 该固结波模型具有频散和耗散特性. 采用分离变量法,可得到单面排水和瞬时加载条件下无量纲形式固结波解析解答. 算例分析结果表明:固结波发展规律受无量纲数D_{\mathrm{c}}变化影响而呈现不同性态;D_{\mathrm{c}}数值较大时固结波响应会出现阶跃和正负波动现象;当D_{\mathrm{c}}值较小时,可能出现Mandel-Cryer效应等特殊现象. 通过对早期和后期Terzaghi固结模型的分析和对比,初步探明Terzaghi固结理论模型内部的矛盾性,在普通土体坐标和固相体积坐标两种不同解读条件下,早期Terzaghi (1923,1925)模型可以分别诠释为具有小变形和大变形属性的不同固结模型. 在经典一维固结理论模型的不同诠释背景下,固结波模型也可以据此作出相应拓展和表述. 固结波理论揭示缩尺固结试验中土体物理力学参数与固结波响应两种因素之间存在一种不确定性矛盾,据此建议微观土力学研究重视尺度效应. 固结波模型的意义还在于,可为Terzaghi经典固结模型理论精度分析提供新的依据.      

雨天路滑现象的力学建模与分析

针对雨天路滑这一自然现象,基于土力学固结理论、强度理论和有效应力原理等,探讨提出了简化一维等效模型条件下的建模分析方法.采用固结土体抗剪强度除以剪应力的形式,建议了一种道路表面抗滑安全系数.结合工程经验性常见土体参数和路面行走算例,按简化模型进行了定性和定量分析,探讨了路滑的影响因素及其规律.结果表明,在算例条件下,一般砂土路面抗滑安全系数大致为黏土路面的6.0～9.0倍.土力学模型有望为路面抗滑设计和评估提供新的思路.     

衰变热源作用下饱和多孔介质热固结问题的扩展精细积分法

热源作用下饱和多孔介质热固结效应是土木及能源工程领域的一个重要课题.由于问题的复杂性,已有的研究大多将介质假定为均匀各向同性,且将热源假定为恒定强度.实际工程中,天然饱和多孔介质常表现出明显的分层特性,热源强度也存在衰变性,为此本工作采用扩展精细积分法对衰变热源作用下层状饱和多孔介质的热固结问题进行研究.借助于积分变换,将饱和多孔介质热固结问题的偏微分方程转化为变换域内的常微分方程;然后对饱和多孔介质微层元进行合并消元,并结合边界条件,推导出衰变热源作用下层状饱和多孔介质热固结问题在积分变换域内的扩展精细积分解;对所得解答进行相应的数值积分逆变换,可获得所求温度、超静孔压及竖向位移在物理域内的解答.基于上述求解过程,编制相应的计算程序进行数值计算,通过与已有文献对比,验证本文扩展精细积分法在求解层状饱和多孔介质热固结问题中的适应性和正确性;最后通过几组算例,分析热源衰变周期、热源埋深及介质的成层性对热固结效应的影响.结果表明:热源衰变周期对温度和超静孔压的峰值、以及达到峰值的时间均有明显影响,衰变周期越长,二者峰值均越大,且达到峰值所需时间越长;热源埋深对超静孔压及竖向位移变化影响显著,深埋热源作用时热源两侧竖向位移呈对称分布,而浅埋热源两侧则无此现象;饱和多孔介质的分层特性对热固结效应影响明显.     

饱和两相介质动力固结问题时域求解的精细时程积分方法

针对u-p形式的饱和两相介质波动方程,采用精细时程积分方法计算固相位移u,采用向后差分算法求解流体压力p,建立了饱和两相介质动力固结问题时域求解的精细时程积分方法。针对标准算例,对该方法的计算精度进行了校核。开展了该方法相关算法特性的研究,对采用不同数值积分方法计算非齐次波动方程特解项计算精度的差异进行了对比研究,并对采用不同积分点数目的高斯积分法计算特解项条件下计算精度的差异进行了对比研究。研究结果表明,(1)该方法具有良好的计算精度。(2)计算非齐次波动方程特解项的数值积分方法中,梯形积分法的计算精度最差,高斯积分法、辛普生积分法和科茨积分法都具有较好的计算精度。(3)增加高斯积分点数目对于提高计算精度的作用并不显著。     

渗透固结试验装置的改进

针对传统固结仪不能进行渗透试验的不足,对固结仪进行了改装。改装后的固结仪不仅可以交叉进行固结、渗透试验,以研究不同荷载作用下土样的渗透特性,而且可以通过三通阀控制排水条件,进行双面排水固结试验,或在单面排水条件下量测固结过程中试样不排水面处的孔隙水压力,也可通过串联固结仪分别研究试样不同截面处孔隙水压力的消散规律。新仪器具有构造简单,密封性能好的特点。通过与常规固结、渗透试验的结果对比,验证了采用改装固结仪测定固结模型参数的可靠性。另外,通过单面排水固结试验发现了孔压滞后现象。     

Structure and properties of nanocomposites prepared from ball milled 6061aluminium alloy with ZrO2 nanoparticles

Ball milling of 6061 aluminum alloy and nanocrystalline ZrO₂ powder allowed to obtain homogeneous mixture of nanocrystalline aluminum solid solution of grain size near 50 nm and ZrO₂ particles. The ZrO₂ particles are partially transformed after milling from tetragonal to the monoclinic crystal structure. After hot pressing in vacuum at temperature of 380 °C bulk nanocomposites were obtained of porosity below 1% consisting of aluminum solid solution of the average grain size near 80 nm and nano‐size ZrO₂ particles. Partial recrystallization occurred after hot pressing particularly near particles boundaries, where elongated recrystallized grains free from ZrO₂ nanoparticles of thickness near 1 μm and length of a few μm were identified. Estimated fraction of recrystallized grains was below 10%. The compression strength approaching 1000 MPa was obtained in composites containing 20% ZrO₂ nanoparticles, what is more than reported for ultra and nano‐grain 6XXX aluminum alloys. (© 2009 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

漫反射光谱在“老挝石”颜色成因上的应用

近来,一种产自老挝的新型印章石(俗称“老挝石”)涌进国内市场,对我国印章石市场造成一定影响,“老挝石”的研究尚处于起步阶段,对其颜色成因的研究更为缺乏。采用漫反射光谱(DRS)结合X射线粉晶衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)、X射线荧光光谱(EDXRF)等测试对红色“老挝石”的矿物成分和致色机理进行深入研究。结果显示,“老挝石”的主要矿物成分为地开石,并含有少量高岭石,化学成分中的Fe含量和“老挝石”红色色调呈正相关关系,即颜色越深Fe的含量越高。铁质矿物呈微晶集合体浸染分布于地开石的颗粒间,由于其含量低、粒度细小,常规的微区测试方法无法确认其种属。相比之下,漫反射光谱对微晶铁矿物的鉴定十分有效,对可见光波段漫反射光谱处理得到导数等,在土壤沉积物中已经被用来定量测定针铁矿和赤铁矿。该研究中“老挝石”基体与土壤沉积物均为粘土矿物,可以用漫反射光谱来判定“老挝石”中铁矿物种属。漫反射光谱一阶导数法显示,其谱峰位于565～570 nm,由此确认铁矿物的种属为赤铁矿。微晶赤铁矿分布于“老挝石”矿物颗粒间,使样品产生红色,赤铁矿含量越高,红色调越深。     

Bulk rigid-rod molecular composites of articulated rod copolymers with thermoplastic pendants

Bulk rigid-rod molecular composites were successfully obtained by powder consolidation of a copolymer containing both the reinforcing rigid-rod segments and the thermoplastic matrix. By chemically linking the reinforcing segments and the matrix molecule, the copolymer was designed to minimize phase separation in the molecular composite. The copolymer was an articulated rigid-rod poly(p-phenylenebenzobisthiazole), aPBT, with an aromatic poly(ether ketone), mPEK, thermoplastic pendant grafted at the points of articulation. The copolymer powder was pre-formed and compression molded at an elevated temperature, which resulted in bulk rigid-rod molecular composites with three-dimensionally isotropic properties. Compared to the neat mPEK homopolymer, significant increases in glass transition temperature T_g and tensile properties have been realized for the aPBT-g(mPEK) copolymers with low rod content. Taking into account the aspect ratio of the aPBT, the bulk rigid-rod molecular composite showed a tensile modulus as predicted by the Halpin-Tsai equation. In addition, x-ray scattering revealed minimal rod aggregation. However, for the copolymer of higher rod content, significant phase separation was observed in the copolymer powder, which resulted in a decrease in T_g as well as reinforcement efficiency of the bulk rigid-rod molecular composite as compared to those derived from the copolymers of low rod content. © 1992 John Wiley & Sons, Inc.     

The Priestley Separation Axiom for Scattered Spaces

Let R be a quasi-order on a compact Hausdorff topological space X. We prove that if X is scattered, then R satisfies the Priestley separation axiom if and only if R is closed in the product space X×X. Furthermore, if X is not scattered, then we show that there is a quasi-order on X that is closed in X×X but does not satisfy the Priestley separation axiom. As a result, we obtain a new characterization of scattered compact Hausdorff spaces.