夯实水泥土的固化机理及微观结构分析

通过对夯实水泥土的化学反应与作用以及电子显微镜下微观结构的分析,得出夯实水泥土的固化机理及微观结构特征.     

偏高岭土对水泥土强度影响的机理研究

通过测试5种不同偏高岭土掺量下水泥土的无侧限抗压强度,发现偏高岭土能够增强水泥土的强度,尤其是偏高岭土掺量为3%时,水泥土强度相比于未掺偏高岭土水泥土的强度显著增长。借助X射线衍射(XRD)测试技术和扫描电镜(SEM)图像分析,研究水泥土的水化产物和微观结构,阐述偏高岭土增强水泥土强度的作用机理,用微观机理解释了水泥土宏观力学特性变化的原因。     

基于回归模型的断层构造复杂度分析

为了对矿区断层构造复杂度进行更加合理地评价,需要对断层多元信息进行综合分析.以徐州某煤矿为例,分析了断层的分形维数、落差及倾角等因素与矿井突水点涌水量的相关关系,建立断层信息与涌水量回归模型,通过ArcGIS强大的空间分析功能生成断层对突水影响函数等值线图.与单一依据分形维数的插值结果相比,利用辅助信息的回归插值模型能够克服断层分形维数不能表达垂向信息的缺点以及断层信息缺失情况下的断层构造复杂度难以评价,提高了断层构造复杂度评价精度.最后对断层构造复杂度等级进行划分,能有效预测矿井突水.     

低温条件下红砂岩动态力学性能试验研究

应用SHPB试验和分形方法研究饱水冻结红砂岩的动态力学性能和破碎分形特性,分析负温变化对红砂岩动态强度性能和变形破坏规律的影响,结合SEM扫描实验,探究应力波作用下饱水冻结红砂岩的微观破裂机制。研究结果表明,负温变化显著影响红砂岩的动态力学性能和分形特性,其中动态强度随温度降低(25~-40℃)呈先增大后减小的趋势,形似"几"字形,峰值应变则是先减小后增大,这与冻岩的静载试验结果迥然不同。经引入分形维数D,建立冻结红砂岩块度分形计算模型,经模型计算得到红砂岩在25,-5,-10,-20,-30,-40℃时的分形维数分别是2.37,2.12,2.29,2.35,2.41,2.44,这与试验筛分结果基本吻合。通过对红砂岩断口形貌的观察和分析,发现低温条件下红砂岩最终断口多发生于黏土胶结物上或其与矿物颗粒的交界处,常温条件下红砂岩断口形貌较为复杂,很难看出规律性,但在引入低温梯度后,由黏土胶结物和矿物颗粒组成的断口形貌会逐渐呈现出规律性,在对相应规律分析总结后推断,负温条件下胶结物的性质和断裂性能对红砂岩力学性能有着更为显著的影响。     

BP神经网络模型在水泥土强度分析中的应用

建筑工程地基加固效果受土体腐殖酸的影响。根据国内外土壤腐殖酸现有研究成果及方法,通过对不同水泥掺量、不同地域水泥土的对比性试验,运用灰色关联分析方法,以确定腐殖酸组分对无侧限抗压强度的影响。由水泥土无侧限抗压强度试验数据所建立数学模型显示,其预测模型及效果精度完全满足工程的需求。     

粉末高速压制成形坯孔隙度的分形研究

粉末高速压制成形坯孔隙结构极为复杂,以多孔介质孔隙结构的分形理论为依据,分析了其孔隙结构的分形特性,根据毛管束孔隙模型建立了粉末高速压制成形坯孔隙度的分形模型。以矿用氯化钙粉末为实验表明:多孔介质孔隙率随孔隙分形维数的增大而增大。     

压实黄土吸力和微结构关系探讨

土体的微结构是决定土体物理、力学及其他性质的重要因素,建立土体演化的结构控制模型,进而建立基于土体微观结构演化机制的土力学模型和本构关系是土力学理论发展的新方向。通过压力膜仪进行土水特征试验,采用扫描电子显微镜分析各级吸力下的压实黄土微观结构。试验结果表明,吸力的变化会引起土体微观结构的变化,通过分析饱和压实黄土脱湿过程中土体吸力和微结构的变化关系,将宏观本构模型中常用的吸力参量和微观参量建立联系,说明吸力变化下土体体积变形的微观机理。     

水泥土组合桩荷载传递规律研究

介绍了水泥土组合桩的发展简况。通过三组室内室外试验，揭示水泥土组合桩的承载力特性及荷载传递规律，对试验结果分析也表明了水泥土组合桩桩身结构合理、具有较高的单桩竖向承载力。     

基于微观结构分形表征的钼-氧化锆材料导电导热性能研究

金属陶瓷物理性能与材料组分和空间组织结构密切相关,其组成相的形态分布具有分形特征。基于渗流理论和分形理论,通过对材料微观结构图像的二值化处理进行导通相分形维数计算,建立分形维数与导通相微观形貌、渗流临界指数之间的定量表征,研究Mo-ZrO2金属陶瓷全组分范围内材料微观结构与电导率和热导率之间的关系。结果表明：导通相面积分形维数随着Mo体积分数的增加而增加,电导率与分形维数遵循渗流转变特征。采用通用有效介质(GEM)方程建立基于导通相分形维数的金属陶瓷电导率和热导率模型,实现材料微观组织定量分析结果与金属陶瓷的渗流模型相结合,有效预测材料宏观物理性质的梯度变化。     

夯实水泥土强度影响因素的试验研究

通过水泥土试块无侧限抗压强度的试验研究,定量分析了含水量、水泥掺量和养护龄期对黄土性粉质粘土水泥土桩无侧限抗压强度的影响.同时建立了水泥土试块无侧限抗压强度与水泥掺量、水泥土试块无侧限抗压强度与养护龄期、水泥土试块无侧限抗压强度与养护龄期和水泥掺量的关系式.为寻求更加经济、合理的施工配合比和参数提供了依据.     

含贯通-非贯通交叉节理岩体等效弹性模型及强度特性

基于等效弹性模型的方法,构建综合考虑含贯通-非贯通交叉节理岩体宏细观缺陷的复合损伤模型。首先,将贯通节理部分看成一定厚度的独立材料,其主要产生闭合变形及沿节理面的剪切变形,其储存弹性应变能及剪切应变能;其次,基于断裂力学及应变能理论相结合,将交叉节理中的非贯通节理岩体部分看成岩体内部宏观损伤,对节理尖端的应力强度因子进行了计算,推导得出了储存在非贯通节理中的应变能计算公式,并将岩体内部的细观损伤按Weibull分布描述,建立综合考虑宏细观缺陷的节理岩体复合损伤模型;再次,对交叉节理岩体的强度准则进行了讨论,构建考虑交叉节理不同强度准则的等效弹性模型;最后,将计算结果与试验结果进行了比较分析,模型计算结果与试验结果吻合较好,证明了模型的合理性,同时讨论了贯通节理倾角、非贯通节理倾角对岩体峰值强度及破坏准则的影响,以及非贯通节理贯通率对初始损伤变量影响规律。     

基于断裂力学的层状岩石Hoek-Brown准则修正模型研究

本文基于各向同性Hoek-Brown强度准则的断裂力学理论,从层状岩石细观断裂机理出发,分析初始微裂纹沿层理分叉后起裂条件,考虑初始裂纹引发岩石破裂的临界角,建立层理弱面主导裂纹偏转的参数m₁各向异性公式,引入考虑岩石沿层理和基质混合破裂修正系数,得到Hoek-Brown强度准则的各向异性修正模型。对比其他各向异性Hoek-Brown模型以及页岩三轴试验结果证明了模型的有效性。修正模型继承了各向同性Hoek-Brown强度准则的断裂力学理论对于岩石破坏特征量的选择,反映了岩石的细观破坏机理,同时考虑层理各向异性的影响,准则中的相关参数物理意义明确。模型中参数m与层理面角度、层理及岩石的抗拉强度、抗压强度、摩擦系数有关,其中层理面摩擦系数的变化会引起参数m极小值点位置及岩石强度特性发生改变。     

砾岩含水层帷幕浆液运移规律与改性效果分析

注浆帷幕截流是深部矿井水害治理的主要技术手段之一,针对淮北矿区朱仙庄煤矿8号煤层水害防治问题,采用CT扫描与室内试验测试得到受注砾岩孔裂隙分布及岩石力学特征,利用COMSOL Multiphysics软件建立了受注砾岩层的孔隙介质与孔隙-单裂隙介质2种数值模型,分析了帷幕墙注浆截流效果。研究结果表明:浆液在孔隙介质中的运移范围随注浆时间的增加而增大,浆液运移稳定后的扩散范围为10.12～10.44 m;孔隙-单裂隙介质数值模型中,浆液运移形态沿裂隙方向对称,浆液运移优先进入裂隙通道,随后沿裂隙方向扩散至孔隙介质中,随注浆时间的增加,浆液运移范围逐渐增大并最终趋于稳定,孔隙-单裂隙介质中浆液的纵向扩散范围为10.05～10.23 m,横向扩散范围为16.30～16.98 m;根据数值计算结果,提出了注浆孔间距为20 m、两排注浆孔交错布置、有效宽度约为40 m的帷幕截流方案。最后,通过注浆前后砾岩物理力学性质对比分析与现场放水试验的方法,验证了帷幕墙截流效果良好、注浆孔间距布置合理。     

基于立方定律的岩体裂隙非线性流动几何模型

岩体裂隙壁面的几何粗糙会引起其中流体的流动非线性,立方定律在分析此类问题时最为简便但却无法适用。本文旨在基于简单的立方定律,提出一个能够有效适用于岩体裂隙几何粗糙引起非线性流动的分析模型。通过对N-S方程进行量级分析得到了立方定律适用的3个条件：① 足够小的壁面粗糙;② 足够小的隙宽流程比;③ 较小的流动惯性。这些条件在粗糙岩体裂隙中难以满足。为了解决这一问题,本文提出了一个新的粗糙岩体裂隙的离散等效几何模型,该模型中裂隙被合理地“分割”,离散成较短的单元段以使得立方定律的适用条件成立;建立了粗糙单元段的平行板等效方法,从而在粗糙单元段内应用立方定律（局部立方定律）。借助几何模型对典型粗糙岩体裂隙进行了离散和数值模拟,发现离散后的裂隙与原裂隙在流动行为上呈现极好的相似性。并基于离散裂隙导出了粗糙岩体裂隙非线性流动的流量公式,最后通过不同岩体粗糙裂隙的流动试验验证了本模型的正确性。该几何模型及其流量公式能为真实粗糙岩体裂隙的非线性流动行为分析提供有效手段。     

受载复合煤岩变形破裂力电热耦合模型

采用自主研制的电磁辐射信号采集系统、高精度红外热成像仪分别采集由顶板岩、煤层、底板岩组成的复合煤岩受载破裂产生的电磁辐射、红外辐射温度信号。对复合煤岩的弹性模量与温度变化规律进行研究。结合热损伤、力电耦合模型,提出复合损伤因子,建立了受载复合煤岩破裂力电热耦合模型。对试样测试的数据进行拟合,分别采用力电耦合模型、力电热耦合模型对测试的试样模型参数m进行拟合。研究结果表明,复合煤岩的弹性模量和温度呈负相关关系,复相关系数在0.9以上。建立的新模型参数复相关系数比力电耦合模型有一定提高,结果表明考虑热损伤对模型修正后,模型精确度得到提高。     

膏体尾矿屈服应力的塌落度试验研究

屈服应力是高浓度非牛顿膏体的关键流变参数,是膏体充填输送系统设计的基础。工程应用中采用塌落度这一经验参数评判其流动性,却无法获取准确的屈服应力参数值。通过构建圆柱和圆锥2种理论模型并利用模型与流变仪的测试结果对比,明确塌落度与屈服应力的反比例关系;通过模型计算屈服应力,在较低屈服应力,圆柱比圆锥模型计算结果准确。尾砂膏体塌落度试验表明增大塌落筒的尺寸可以提高模型计算结果的准确性。添加胶结剂的塌落度试验,因胶结剂的物理化学作用,颗粒间产生絮网结构形成悬浊液,料浆更加均质,却增加了料浆的内摩擦力,屈服应力升高。不同粗砂比的塌落度试验显示:因添加的粗颗粒降低了物料整体的比表面积,物料吸附水的能力下降,使大量水分子由吸附态转变为游离态,增强料浆的可流动性使料浆屈服应力显著降低。     

基于AGENT技术的网络协作学习研究

为了改进网络协作学习中的一些问题,将智能代理技术引入到网络协作学习当中,建立了一个由主控程序、信息代理、学生代理、教学代理构成的网络协作学习智能代理模型,较好地满足了网络协作学习个性化的需求,促进其向个性化,智能化的方向发展。     

微裂隙中水泥浆液渗滤效应的可视化试验研究

在微裂隙岩体注浆过程中,水泥浆液的渗滤效应对注浆效果的影响显著。自主研制了一套微裂隙注浆可视化试验系统,该系统由注浆系统、微裂隙模型以及监测系统3个部分组成,监测系统又分为显微监测系统和压力流量监测系统。当水泥浆液进入微裂隙模型后,利用显微监测系统对裂隙入口处的渗滤效应进行实时观测。利用压力流量监测系统对注浆试验过程中的注浆压力以及累计流量进行自动记录。运用自主设计的微裂隙注浆可视化试验系统,对微裂隙中的水泥浆液渗滤过程进行试验研究。采用3种水泥浆材(超细水泥Ⅰ、超细水泥Ⅱ和普通水泥),研究在注浆压力2.0 MPa、水灰比1.0的条件下,不同水泥颗粒粒径大小在不同裂隙开度下的浆液渗滤效应。通过试验发现,当裂隙开度较小时,在裂隙入口处形成了完整的半圆拱形滤饼;随着裂隙开度的增加,在裂隙入口处形成断续分布状滤饼;当裂隙开度增加到无渗滤发生时,裂隙入口处仅残留少量水泥颗粒附着物。通过试验获得了3种水泥的最小可注入裂隙开度大小b min和最小无渗滤裂隙开度大小b crit:超细水泥Ⅰ的b min和b crit分别为80和280μm;超细水泥Ⅱ的b min和b crit分别为100和300μm;普通水泥的b min和b crit分别为140和310μm。研究结果发现水泥粒径的减小对最小可注入裂隙开度大小的影响较大,但对最小无渗滤裂隙开度大小的影响较小。结合渗滤趋势k值,发现随着水泥粒径的减小,相应的k min和k crit值会随之增加,水泥浆液更容易在裂隙入口处发生渗滤,这是因为超细水泥比表面积更大,水泥颗粒间易发生团聚。     

一种基于应变能理论的加速蠕变本构模型

采用连续介质应变能理论分析蠕变宏观力学行为突变的过程,定义临界应变能密度值作为预测加速蠕变发生时刻的控制参数,采用西原正夫元件模型与Perzyna黏塑性理论相结合,考虑应力状态对加速蠕变的影响,用过屈服应力比函数反映加速阶段蠕变应变速率变化,建立了一种能描述蠕变3个阶段全过程的加速蠕变本构模型。该方法确定的加速蠕变时刻不仅能反映累积蠕变应变量的影响,而且能有效反映应力状态对加速蠕变的影响,为实现预测加速蠕变提供了可能,并且确定本构模型参数所需试验数量大大减少,为实际运用提供了方便。最后结合三轴蠕变试验,采用D-P屈服准则结合塑性流动法则,分析了不同流动法则对预测加速蠕变发生时刻的影响规律,数值模拟结果与试验数据基本吻合。     

控制理论在机床改装中的应用

对机械装置从动态分析入手,建立数学模型,进行系统响应分析。改进设计,加之对系统误差采取适当补偿,实现钻床工作台系统改装设计方案的最优化。