基于 DEM 的颗粒级配对粗颗粒土三轴试验影响分析

通过建立DEM离散元模型,分析不同颗粒组成的土颗粒三轴试验中的应力应变及强度特性。为充分描绘不同颗粒级配对应力应变特性的影响,在采用传统应力应变曲线基础上,对颗粒三轴试验中颗粒位移场的变化进行了分析。结果表明,随着围压的增加,颗粒位移场变得均匀,粗粒土更容易发生体缩变形,向更密实的挤压状态转变,强度增高。曲率系数与不均匀系数对土的强度及变形性能影响较大,在级配曲线连续的条件下,有效粒径与中值粒径或限制粒径相差较大时,粗骨料之间接触形成骨架结构,其内摩擦角增大,强度及抗变形性能提高。     

分形矸石胶结充填体的宏细观力学特性

为探究分形矸石胶结充填体的宏细观力学特性,对骨料粒径分布满足分形理论的胶结充填体开展超声波探测、单轴压缩和微观扫描试验,研究胶结充填体的超声波、强度和变形特性及微观结构特征;建立考虑骨料粒径分布和多种颗粒介质及接触界面的胶结充填体颗粒流模型,探讨胶结充填体承载全程能量、裂纹、力链和颗粒破坏的演化规律,从微细观层面揭示骨料粒径分布对胶结充填体力学特性的影响机制。结果表明:胶结充填体的超声波速度和抗压强度与骨料粒径分布分形维数呈二次多项式关系,而峰值应变与分形维数呈负相关。胶结充填体的最优骨料粒径分布分形维数介于2.4～2.6,其表现出更均匀的微观结构。胶结充填体的峰值应变能随骨料粒径分布分形维数先增大后减小,但分形维数低的骨料粒径分布更有利于强化结构内的摩擦效应。胶结充填体内的裂纹由骨料尖角应力集中处萌生,并沿胶结–骨料界面发育,其在胶结基质内则沿最弱或最薄胶结基质向临近骨料尖角或断裂界面扩展。低骨料粒径分布分形维数的胶结充填体容易发生局部力链断裂,表现出明显的早期局部裂纹积聚和颗粒碎胀,分形维数的增大可以弱化该局部破坏特征,但细骨料含量的增多导致界面过渡区的扩大化,诱发更多的胶结–骨料界面力链断裂。     

石英砂砾破碎过程中粒径分布的分形行为研究

荷载作用下粒状土的颗粒破碎改变土的粒径分布,从而影响其力学特性。试验证据显示随着颗粒破碎的增加,任何初始分布的土粒都将趋向一种自相似的分形分布。为了揭示土的粒径分布的分形转变机制,利用侧限压缩试验研究高压应力下石英砂砾的粒径分布演化规律和颗粒破碎特性,基于分形模型和粒径分布实测数据研究破碎过程中粒径分布的分形行为。研究发现:颗粒破碎增长导致粒状土趋向分形分布的过程与颗粒破碎量密切相关,并可以通过增大的分形维数来描述。尽管石英砂砾的初始分布和粒径有所不同,分形维数大于2.2的粒径分布实测数据均展示了较为严格的自相似性,因而该数值可作为分形分布的分形维数下限值。研究还发现:相同破碎状态下Hardin相对破碎率小于Einav相对破碎率,但二者对应力和体应变的响应规律是一致的。颗粒破碎发展至粒径分布成为分形分布时,体应变与相对破碎率的比值将保持恒定,并且受初始分布的均匀性和颗粒大小的影响很小。这一特点可用于分形分布的识别,并意味着试验中如果粒径分布是分形的,则无须为了粒径分析而终止试验,只需测量到体应变就可估计相对破碎率。     

堆石料的颗粒破碎规律研究

粗颗粒土剪切过程中的颗粒破碎现象已被广泛认识,并且在试验和理论方面进行了大量研究。利用大型三轴仪开展了一系列不同级配、不同密度、不同围压条件下堆石料的排水剪切试验,并对试验前后的试样分别进行了颗粒分析,以探讨堆石料的颗粒破碎规律及其影响因素。试验结果表明:密度对颗粒破碎影响较小,而级配和围压的影响较大,围压越高则颗粒破碎越严重。对比试验前后的粒径分布曲线发现,颗粒破碎主要集中在粒径20 mm以上的颗粒范围内,粒径变化幅度随粒径的减小呈减小趋势。基于分形理论,建立了颗粒破碎分形维数与围压和颗粒级配之间的关系表达式,为进一步研究堆石料的强度、变形及剪胀特性提供依据。     

基于颗粒破碎特性的堆石材料级配演化模型

颗粒破碎会改变土体级配,进而影响其应力应变等力学行为。针对现有技术手段难以实时确定加载过程中颗粒破碎与级配变化的现状,依据天然岩石颗粒的破碎特性,建立了一个基于颗粒强度的级配演化模型。模型中应力参数采用增量加载法,可预测加载过程中的级配演化。由单粒强度试验确定颗粒破碎特性和模型参数,试验结果表明颗粒强度服从Weibull分布。筛分颗粒破碎后的碎片发现,粒径累计分布可用正态曲线拟合,且不同粒组的粒径累计分布相似。最后,模型计算结果与三轴试验数据的对比分析表明,模型可以较好地预测试样在加载过程中的级配变化。     

砂子基底正庚烷流淌火特性及传热分析

摘 要：在砂子基底上进行了未点燃正庚烷的蔓延实验和点燃正庚烷的燃烧实验,研究砂子粒径对正庚烷蔓延和燃烧特性的影响。分析了蔓延距离、火焰前锋、燃烧速率,探究了传热过程对流淌火特性的影响。结果表明,由于砂子的吸附能力随着砂子粒径增大而减小,未点燃的正庚烷在蔓延阶段,其流淌蔓延距离和速度随着砂子粒径增大而增大,且小于无砂工况。随着砂子粒径的增大,正庚烷稳定燃烧阶段火焰前锋先增大后减小、稳定燃烧速率先减小后增大。传热分析表明,当砂子粒径从0.25 mm增大为4 mm时,热传导反馈的减小是引起燃烧速率减小的主要原因;而当砂子粒径进一步增大为8 mm时,热辐射反馈的增大导致了燃烧速率的增大。最后得出砂子的吸附能力是影响蔓延阶段的主要因素,热反馈是影响稳定燃烧阶段的主要影响因素,0.25 mm细砂更适用于流淌火的阻挡扑灭。     

库尔特颗粒计数仪在油田注水系统中的应用

油田注水系统中悬浮物的含量和粒径中值是注水水质严格控制的两项指标。库尔特颗粒计数仪（MS3）采用最新的数字脉冲测量技术可测定水中的颗粒总数和粒径中值。文章主要论述了MS3的工作原理、功能参数，通过实验说明MS3在注水水质控制指标中的应用，以及通过测定水样的粒径分布和颗粒总数的变化情况掌握污水处理单元的处理效果，以利于更好的控制注水水质。     

粗粒组对细粒类填土力学性质的影响分析

粗粒组含量、粗粒粒径对细粒类填土应力-应变特性及抗剪强度具有重要影响。通过单变量原位大面积剪切试验分析了不同粗粒组含量下细粒类填土的应力-应变特性和抗剪强度,并对原位测试土体进行室内试验的颗粒分析,进而分析粒径对细粒类填土的抗剪强度和应力-应变特性的影响规律。试验结果分析表明:土样的峰值剪应力与粗粒组含量呈正相关关系,当试样颗粒限定粒径d_(60)在0.020～0.050 mm时,随着颗粒限定粒径的增大土体的峰值强度和内摩擦角φ增大,而粘聚力c缓慢减小;当颗粒粒径d_(60)大于0.050 mm,随着颗粒限定粒径的增大,土体的峰值强度和内摩擦角φ增大幅度、粘聚力c减小幅度均加大。     

超细粉煤灰对水泥性能的影响及在混凝土中的应用研究

研究了超细粉煤灰的粒径分布和颗粒形态,以及粉煤灰-水泥复合胶凝材料的力学性能及微观结构,并对超细粉煤灰在混凝土中的实际应用进行了研究。结果表明,超细化处置20、40、60 min后的粉煤灰中值粒径分别可降至8.2、4.5、2.4μm。掺入超细粉煤灰的水泥复合胶凝材料强度明显提高,PCFA4的28 d抗压强度为68.5 MPa,与纯水泥抗压强度相同;掺加超细粉煤灰可降低硬化浆体的孔隙率和中值孔径;随粉煤灰粒径的减小,Ca(OH)2含量从16.53%下降至10.28%;掺加超细粉煤灰的混凝土60 d抗压强度与空白混凝土相差不大。     

原油超声降黏机制

采用旋转黏度计、显微镜、石油离心机和紫外分光光度计测量超声处理不同时间委内瑞拉原油的黏度、沥青质粒径、原油-正庚烷稳定性和沥青质质量分数的变化。结果表明:原油超声处理0～20 min内,空化作用致使大量沥青质颗粒破裂,沥青质粒径变小,分布变均匀,原油黏度降低;处理超过20 min后,破裂的沥青质颗粒重新聚集,粒径变大,原油黏度增加;超声处理使原油中沥青质质量分数降低。     

堆石料颗粒破碎的分形特性

对伊江上游其培水电站大坝垫层料进行4组高围压大型三轴试验,依据试验前后粒径分布资料,通过建立分形模型,研究堆石料的破碎分形特性.结果表明,试验所用的2种堆石料在颗粒破碎后的粒径分布均有良好的分形特性,破碎分形维数为2.612 7～2.723 2,垫层料下包线的破碎分形维数明显小于垫层料平均线.相同的密度下,随着围压的增加,堆石料破碎分形维数增大,且增大的趋势具有阶段性:当围压较低时,破碎分形维数变化较小;围压升高时,颗粒破碎率增加,破碎分形维数上升的幅度加大.在相同的围压下,破碎分形维数随着密度的增加而增大.破碎分形维数反映了颗粒破碎后粒径的大小,分布的均匀程度,分形维数越大,破碎量越大,并与Marsal颗粒破碎率存在较为显著的线性回归关系.     

砂岩颗粒孔隙分布分形特征与强度相关性研究

岩石的组成成分与内部结构对强度特性起到决定性作用,基于砂岩细观尺度下物质与结构研究,采用分形维数理论与数值计算相结合的方法构建颗粒孔隙分布特征与力学强度的相关关系,实现对岩石强度特性的快速评价与估测。结果表明:(1)颗粒孔隙呈偏态分布,即试件内部存在大量小尺寸颗粒孔隙,大尺寸颗粒孔隙较少,当颗粒几何比越接近1,表明颗粒圆度较高,否则多为针形或柱状颗粒密集分布;(2)采用直方图双峰法确定的合理阈值可以增加孔隙定量表征试验的可操作性,有益于对尽可能多被筛选中的颗粒孔隙面积、数量、尺寸等9项指标的提取;(3)表征单元格尺寸确定后,分形维数不随之相对变化。颗粒孔隙分布具备分形特征,可用维数来表征颗粒孔隙分布的复杂程度,即分布越复杂,维数值越大;(4)分形维数与岩石强度具有显著的负相关关系,相关度为0.834,即随着分形维数的增大,试件的强度逐渐降低。     

具有分形级配的多分散颗粒体堆积特性研究

混凝土骨料或公路工程基层碎石常采用Fuller或Thompson分布作为设计级配,具有分形特性的多分散颗粒堆积体容易形成相对较大的堆积密度,作为理想的设计级配,其作用机理尚没有详细地解释。采用颗粒离散元仿真技术获取了多种具有分形级配的颗粒体在各向同性压缩条件下的堆积密度,颗粒体由光滑（无摩擦）的球形颗粒构成,分形级配曲线的形状由粒径区间和分形维数指标控制。在此基础上,研究了分形级配指标与堆积密度和配位数等宏细观指标的相关性,得出分形维数及粒径区间对堆积密度有重要影响。当级配粒径区间较大时,最大的堆积密度对应的分形维数为2.5左右,与工程中常采用的Fuller和Thompson级配十分一致。通过对堆积体细观颗粒层面的配位数及局部堆积密度的研究得出,分形维数为2.5左右时,试样局部排序和接触分布得到优化。研究结果可为进一步优化混凝土、土石坝或路基等碎石填料的级配设计提供理论指导。     

基于最紧密堆积理论超密实再生砂浆制备研究

再生混凝土或再生砂浆通常被认为力学和耐久性能较低,为研究再生水泥基材料性能,利用颗粒最紧密堆积理论,根据超细再生微粉和超细矿物掺合料颗粒粒径分布,将不同细度颗粒进行合理掺配,使胶凝体系最大程度上接近紧密堆积,制备出超密实再生砂浆,并计算粒径分布的分形维数,探讨其对抗压强度和孔隙率的影响。研究结果表明：最紧密堆积的混合料粒径分布具备分形特征,粒径分布的分形维数值越小,颗粒粒径分布越复杂,整体密实程度越高;粒径分布分形维数值较高的混合胶凝粉体,制备的试样早期强度较低。此外,利用最紧密堆积原理制备的超密实胶凝体系的孔隙率低于简单混合的胶凝体系试验组的孔隙率,孔径分布也更合理。     

侧限压缩下石英砂砾的颗粒破碎特性及其分形描述

利用侧限压缩试验研究高压应力下石英粗砂和细砾的颗粒破碎特性,基于分形模型和粒径分布资料,研究颗粒的破碎分形。结果表明:颗粒破碎量随着压力的增加而增加,并与粒径大小有关。随着破碎量的递增,粗砂的内摩擦角逐渐增大,细砾的内摩擦角先增大后减小,二者最终均趋于稳值;石英砂砾破碎后的粒度分布具有良好的分形特性,破碎分维数的数值大小反映了破碎量的变化,破碎量愈高,分维数愈大,并与Hardin破碎率有较为显著的线性关系。破碎分维数和Hardin破碎率与压应力之间分别存在着双曲线关系和半对数线性关系,因而通过压应力和土粒参数就可估计破碎分维数和破碎率。破碎分维数为粒状材料的颗粒破碎分析提供了一个新的量化指标。     

三轴排水剪切下钙质砂的颗粒破碎特性

颗粒破碎是影响粒状土的变形和强度机理的重要因素。为了研究钙质砂在剪切过程中的颗粒破碎特性及其对变形和强度性质的影响,对3种不同初始分布的钙质砂进行了不同围压下的三轴排水剪切试验。结果显示:初始分形的粒径分布在三轴剪切过程中始终保持着较为严格的分形特性,该现象与各粒组中的破碎颗粒主要向相邻的下一级粒组中迁移的机制有关。钙质砂的应力–应变特性与围压大小和初始粒径分布有关,围压越低,初始粒径分布越不均匀,钙质砂的剪胀效应越显著。随着围压的增大,钙质砂的剪胀倾向减少,并逐渐过渡到剪缩状态。钙质砂的破碎率随剪切过程中的应力和应变的增长而增大,其峰值内摩擦角随着破碎率的增大而降低,最后趋于定值。用非线性的指数函数来描述峰值内摩擦角与破碎率的相关关系,揭示了颗粒破碎对钙质砂抗剪强度的影响规律。     

堆石体粒径的概率分布特征

堆石体的物理力学性质与堆石体颗粒的几何特性密切相关,如颗粒形状、粒径和堆积方式等,对堆石体物理力学性质的研究建立在对颗粒几何形态研究的基础上,而颗粒的几何特性具有概率统计特征。针对目前对堆石体的研究主要以散体力学、细观力学和数理统计为基础的研究这一特点,分析了堆石体粒径的概率分布特征,给出了粒径的分布密度和分布函数,求出了统计特征值。其分析结果对进一步研究堆石体的物理力学特性及稳定性分析提供了理论基础。     

砂的粒径分布对地面用水泥基自流平材料流动度及强度的影响

砂的粒径分布对砂浆的强度有重要影响。本文研究了砂的粒径分布对地面用水泥基自流平材料的流动度、强度的影响。结果表明,相同流动度下,不同粒径分布时,用水量不同,强度不同。需要一定量的细颗粒填充在粗颗粒的空隙中,使结构密实。砂的粒径分布存在一个最佳值,此时抗折强度和抗压强度最大。     

异养菌与自养菌对好氧颗粒污泥稳定性的影响

研究了异养菌和自养菌颗粒污泥的特性:与异养菌相比,自养菌颗粒污泥粒径小、密度大、胞外多聚物(EPS)含量高但强度小。通过对粒径、EPS等特性与密度的变化规律分析,研究发现,自养菌颗粒污泥的粒径与密实度呈现出一致性,颗粒趋于稳定;而异养菌颗粒污泥粒径成长同时伴随着密度减小,粒径与密实度呈现不一致性,颗粒容易解体。颗粒强度的分析结果表明:在自养菌系统中EPS与孔隙率能够达到动态平衡是其长期维持稳定的主要原因,而异养菌中粒径与孔隙率无法达到平衡,操作条件无法控制高强度丝状菌的繁殖是其不稳定的主要因素。     

棒状绝缘子动态积污模型

为研究绝缘子表面的动态积污特性,以ZS-35/6-8绝缘子为研究对象,建立了颗粒在外流场运动、颗粒与绝缘子表面接触粘附的绝缘子动态积污模型。通过对积污模型的计算和分析,得到灰尘颗粒从绝缘子表面脱附所需的最小水平风速。结果表明:重力沉降的临界水平风速与粒径呈二次函数关系;颗粒脱附所需的最小水平风速随粒径呈负一次幂函数分布,粒径越小,颗粒吸附性越好,越易粘附在绝缘子表面,粒径增加,颗粒碰撞反弹概率增加,颗粒脱附性能提高;颗粒与上表面碰撞的入射角度小于与下表面碰撞的入射角度,伞裙下表面积污比上表面严重;绝缘子亲水性对颗粒粘附性能影响最大,颗粒润湿性对粘附性能影响最小;对于已粘附颗粒,需要风力剪切流速大于30.8 m/s时,颗粒才会被清除。