基于CFD的铣槽机泥浆运移规律数值模拟及施工优化

以铣槽机泥浆运移过程为研究对象,利用计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)中的欧拉两相流模型,对泥浆管中的固液两相流进行模拟,并改变泥浆入口流速、泥浆黏度及密度等基本参数,得到不同参数条件下泥浆整体运移规律。结果表明：随着开挖深度增大,泥浆管压力损失减小,最大颗粒体积分数变化不明显;随着入口流速增大,最大颗粒体积分数呈现先减小后增大趋势,入口流速约为5～7 m/s时具有最小的颗粒堆积浓度;随着泥浆黏度及密度增大,泥浆运移时颗粒堆积情况减少,但泥浆黏度超过2.5 kg/(m·s)时,对泥浆携渣能力的提升作用减弱,泥浆管路压力损失明显增大;对比分析不同地层硬度导致颗粒直径变化对泥浆运移的影响,颗粒直径增大,颗粒堆积情况显著增加。根据模拟结果,对双轮铣地连墙施工提出优化措施,为解决泥浆循环过程中输送阻力大、管道淤堵等问题提供相应指导。     

陶粒不同状态下吸水特性的试验研究

了解陶粒不同状态下的吸水特性,特别是在压力作用下的吸水规律是改善陶粒混凝土泵送性和工作性的技术基础.通过陶粒的常温常压吸水率以及压力吸水率试验,研究了陶粒吸水率与陶粒外壳结构、饱水时间、最大粒径、压力大小以及筒压强度等影响因素的关系,得出了普通海泥陶粒和粘土陶粒在常压以及压力状态下的吸水规律,并分析了陶粒在混凝土中的吸水特性.     

含盐陶粒混凝土的盐分释放特性及路用性能

为了探究含盐陶粒表面聚合物改性水泥净浆的盐分缓释性能和不同掺量含盐陶粒对混凝土路用性能的影响,通过电导率分析法和相关力学试验,对不同掺量的含盐陶粒混凝土盐分析出量及路用性能进行了分析.研究结果表明:聚合物改性水泥净浆具有良好的盐分缓释性能;含盐陶粒的蓄盐量受动水冲刷和含盐陶粒表面覆裹层材料的磨损影响较大;含盐陶粒混凝土较普通混凝土具有更好的抑冻性能,当含盐陶粒对骨料碎石的替代率为100%时,在-2℃的环境温度下,试件表面完全冻结所需时间延长至70 min,是普通混凝土的4.67倍;含盐陶粒的掺量对混凝土的力学性能和耐磨性能均存在一定影响.     

卧式成品油储罐油蒸汽置换规律数值研究

成品油储罐在定期检修、清洗、改造等施工之前须对内部的油蒸汽进行置换,现场凭经验进行置换作业的方式效率低且发生事故概率较高。为深入研究储罐油蒸汽置换过程,保证置换过程的安全高效。综合守恒方程、组分输运方程及湍流理论建立了油蒸汽置换过程的数学模型,研究了抽吸速率、抽吸管插入深度以及抽吸时间对置换效率的影响,并获得了油蒸汽浓度随时间变化的动态规律,结果发现,对于只能通过顶部开口进行油蒸汽置换的埋地储罐,抽吸管插入深度较深时,其置换效果较好。为使研究结果适用于不同设计储罐,还探究了具有不同进出气口位置的卧式储罐的油蒸汽置换规律。模拟结果表明,对于2种常用型号的卧式储罐,进出口位置相对较远的储罐置换效果更好。     

液压自紧身管力学性能数值模拟

为研究液压自紧身管的力学性能,利用ANSYS软件对普通身管发射时的各项应力进行数值模拟;对9个不同液压作用下的身管的液压自紧进行了数值模拟,得到液压自紧身管的各项残余应力;再对9个不同液压自紧后的身管施以相同的膛压,模拟了液压自紧身管在发射时的各项应力.最后对普通身管和液压自紧身管在相同膛压作用下的等效应力进行了对比.通过对比等效应力分布,找出了最佳的液压范围和最佳的超应变.     

秸秆灰为添加剂的粉煤灰免烧陶粒的试制

为克服粉煤灰免烧陶粒堆积密度高、应用性差的弊端,以秸秆灰为添加剂制备免烧陶粒.对粉煤灰活性激发机理、原料添加作用和陶粒物相组成(XRD)进行研究,得出制备陶粒的最佳过程参数为:5%的NaOH溶液预处理粉煤灰,成分配比(质量分数)为粉煤灰58.11%、氧化钙4.84%、水泥29.05%、秸秆灰8%.产品的主要性能指标为堆积密度785 kg/m3,比表面积11.1 m2/g,破碎率2.3%.对制得陶粒的浸出毒性和基本性能进行检测,结果表明,以秸秆灰为添加剂在一定条件下可制备出用于污水处理领域性能优良的功能陶粒,达到经济节能、变废为宝的目的.     

一类围长至少为6的QC-LDPC码的存在性

对于列重为3和4,围长至少为6的QC-LDPC码,M.Hagiwara等学者最近研究了其循环置换矩阵(CPM)尺寸p的最小值,并提出了一个公开问题:当m大于等于50时,列重为4、行重为6m+3、p值为6m+3,且满足围长至少为6的QC-LDPC码是否存在?笔者基于矩阵复合的方法,证明了使这类QC-LDPC码存在的m有无穷多种.     

污泥作为添加剂制备轻质陶粒的试验研究

干污泥作为原料之一制作陶粒是一种有效的污泥处置方法.试验中选用干污泥、粘土和粘结剂作为主要原料,得到了制备陶粒最佳成分配比和最佳工艺条件是污泥添加量为100%(与粘土质量比)、粘结剂添加量为20%(与粘土质量比)、烧成温度为950℃、保温时间为20 min;产品的主要性能指标是松散容重为519 kg/m3,颗粒表观密度为1110 kg/m3,吸水率为19.6%,空隙率为53.2%.并讨论了原料在烧制过程中的作用、孔隙形成机制和固相反应机理,同时对陶粒进行了物相组成(XRD)和化学成分(XRF)分析.结果表明利用污泥作为添加剂,可以在一定条件下制备出性能优良的陶粒.     

含盐陶粒掺量对水泥混凝土力学性能的影响

为了探究含盐陶粒对骨料碎石的替代给混凝土力学性能带来的影响,给含盐陶粒混凝土的设计施工提供理论依据,试验通过对不同替代率各组试件的抗压试验、抗折试验及耐磨性试验研究分析,得出如下结论:1)含盐陶粒混凝土的抗压强度随陶粒对骨料碎石的替代率增大而减小,当替代率为100%时,强度下降幅度达39.3%;2)根据含盐陶粒混凝土界面破坏形态和机理,证实陶粒与水泥石的界面黏结力比普通集料和水泥石的界面黏结力大,陶粒本身强度决定了混凝土的强度;3)当含盐陶粒的替代率小于等于70%时,混凝土的抗折强度大于4 MPa,可以满足各交通量等级条件下的规范设计抗弯拉强度要求;4)含盐陶粒混凝土的磨耗值随着含盐陶粒的替代率增大而增大,当陶粒对骨料碎石的替代率达到100%时,混凝土的磨耗值增长幅度为67%,各组试件的磨耗值均小于规范3.6 kg/m~2的要求,证实了含盐陶粒混凝土能满足路面的耐磨性要求。     

陶粒孔隙对混凝土抗压强度和抗氯离子渗透性能的影响

为了探讨陶粒和少陶粒混凝土的孔隙结构特征对其抗压强度和抗氯离子渗透性能的影响,通过电镜扫描(SEM)和气孔结构分析仪分析微-细观气孔结构特征,探讨陶粒在不同取代率时混凝土孔隙直径、孔径率、孔隙率与抗压强度、抗氯离子渗透性能关系,以及基于应力-应变曲线的损伤模型。结果表明:相较于基准组,由于吸、放水作用,陶粒对混凝土抗压强度影响宏观上表现为促进了内养护,细观上表现为孔径小于100μm的数量相对增加,大于100μm的数量相对减少;一定量取代率范围内,混凝土因平均孔径和孔隙率减小使孔隙壁厚度及有效横截面积得到相对提高,从而提高混凝土强度,且在取代率为10%时,抗压强度和弹性模量达到最大值;孔径小于100μm的孔隙数量增多和非连通孔隙数量增多是提高抗氯离子渗透性能的主要影响因素。     

黏性土中开口与闭口模型管桩受力性状试验研究

为研究开口和闭口试桩在黏性土体静力沉桩过程中荷载传递规律及承载性能的差异性,采用桩身开槽预埋增敏微型光纤光栅传感器的方法,针对黏性地基土,开展两组不同桩端形式模型试桩承载性能对比试验,测得沉桩过程中压桩力、桩端阻力、桩侧摩阻力及桩身轴力发展变化规律。结果表明：光纤光栅传感器可实时监测沉桩过程中桩身受力状态;开口和闭口模型管桩的压桩力、桩端阻力等荷载均随着沉桩深度的增加呈增长趋势,而不同贯入深度下的桩身轴力却逐渐递减;黏性土中的静力压桩、开口管桩和闭口管桩的桩端阻力占比均超过50%;在桩侧摩阻力发挥上,双壁开口模型管桩外管是内管的3倍。当开口管桩贯入深度达到最大值90 cm时,土塞高度稳定在33 cm,此时,桩侧单位侧摩阻力的分布呈下大上小的形式。     

顶管注浆压力变化对地层沉降影响机理的离心模型试验

顶管工程同步注浆是减小地层扰动和最终地层沉降的重要手段,为了研究注浆压力与顶管工程最终地层沉降的关系,从而在实际工程中选择合理的注浆压力和注浆量来减小顶管法对周围地层的扰动,为顶管工程同步注浆技术改进提供理论和实验支持。本文先从土体颗粒和膨润土分子的结构特征角度对地层和泥浆的互相作用以及沉降机理进行分析,提出了沉降四个阶段的理论假设,再使用岩土工程离心机和自主研制的顶管工程注浆模拟系统进行缩尺模型实验,模拟现场不同注浆压力下的顶管顶进,通过对各组实验沉降曲线对比分析,研究和验证理论分析部分的结论。最后将实验中的注浆压力等相关参数应用于苏州东汇公园顶管工程并在现场布置沉降测点,发现现场监测数据规律与实验结果吻合,进一步验证了本文的结论。研究表明：注浆后的沉降可分为土体塌陷阶段、渗透失水阶段、泥皮形成阶段和补浆抬升阶段四个阶段。土体塌陷阶段时间短沉降速度快;渗透失水阶段持续时间长总沉降量大,为地层沉降的主要部分;在泥皮形成阶段,膨润土分子在泥浆-地层接触面堆积形成泥皮,浆液不再大量向地层渗透使得地层沉降大幅减缓;最后在补浆抬升阶段,泥浆的注浆压力作用在泥皮上对上覆土产生推力,产生沉降补偿作用。注浆压力和注浆量的大小对最终地层沉降的影响很大,过小的注浆压力和注浆量会增大土体塌陷和渗透失水造成的地层沉降,而过大的注浆压力产生的过度沉降补偿作用甚至会使地表隆起,选择合理的注浆压力和注浆量对于控制地层沉降至关重要且效果显著,可应用于现场各类顶管工程。     

大口径瓦斯抽排钻孔套管稳定性分析

为了研究大口径抽排钻孔套管的稳定性,在总结套管抗挤强度计算方法的基础上,分析了地层流体压力、固管质量、表土层沉降、爆破震动及巷道开挖引起的围岩次生应力等因素对大口径瓦斯抽排钻孔套管的稳定性的影响。结果表明：表土层沉降产生的负摩阻力增加了套管轴向应力,进而减小了套管的抗挤强度;爆破震动产生的应力波的衰减特性与套管距炮心的距离有关,当套管处的径向应力峰值大于套管的动抗挤强度时,套管发生失稳;巷道开挖产生的围岩次生径向应力值一般小于原岩径向应力值,对套管稳定性的影响较小。     

外压作用下深海腐蚀缺陷管道的屈曲失稳机理

为了研究外压作用下深海腐蚀缺陷管道的屈曲失稳机理,通过深海压力舱小比例模型试验,测得钢管试件发生屈曲失稳时的压力和变形形态. 利用有限元软件ABAQUS建立管道的三维数值模型,模拟外压作用下完好无损管道和腐蚀缺陷管道的准静态屈曲失稳过程,得到钢管的压力-直径变化曲线和变形形态,与试验结果吻合良好. 采用建立的数值模拟方法,分析管道长度、径厚比、初始椭圆率、钢材等级、钢材应变硬化特性和缺陷几何尺寸等因素对腐蚀缺陷管道屈曲失稳的影响. 结果表明,初始椭圆率、缺陷几何尺寸、钢材应变硬化特性是深海腐蚀缺陷管道标准化后失稳压力的主要影响因素,管道长度、径厚比、钢材等级对标准化后失稳压力的影响相对较小.     

立井回填及悬吊管竖向荷载的试验研究

采用模型试验方法,给出了立井回填的过程中出现填料突沉问题的相似准则.通过物理模拟,再现了泥浆夹层的形成与破坏过程,指出泥浆夹层结构的破坏导致填料突沉,进而导致悬吊管竖向荷载的突然增加;为模拟填料突沉,在试验装置底部设置气囊,以底囊排空模拟井中填料的突沉,获得了井中流体、填料级配变化条件下的悬吊管竖向荷载,并推算出原型中的竖向荷载可达40.44MN,足以拉断悬吊管;文中提出采用柔性管接头、减小管土间摩擦系数、优化填料工艺等方法,可有效控制悬吊管的竖向荷载.     

高静水压力作用下深海油气管道的局部屈曲

以有初始缺陷的厚壁钢管为研究对象,开展外部高静水压力作用下管道结构的模型试验和有限元数值模拟分析. 通过在压力缸内泵入水的方式对钢管试件施加均匀外部压力,测得钢管发生局部屈曲时的压力峰值. 基于ABAQUS软件,数值模拟分析试验钢管在静水压力作用下的屈曲和后屈曲行为,得到钢管的失稳压力和屈曲后的形态,与试验结果相比吻合较好. 利用建立的数值模拟方法,分析不同材料性能、径厚比和初始椭圆率对钢质管道屈曲的影响. 结果表明：材料硬化系数较大的管道,失稳压力较大;随着初始椭圆率的增加,管道的失稳压力显著减小;对于深水或超深水油气管道的屈曲失稳压力,国外规范的计算公式偏保守,而且不能解释不同材料硬化系数的影响.     

冻结法凿井中的冻结管断裂及其防治

文章介绍了冻结法凿井中冻结管断裂的基本特点及影响因素,提出了防止冻结管断裂的措施.     

金陵电厂取水方案的探讨

本文题报告通过对长江水直流循环取水可能的两个方案即盾构法取水、顶管+沉管+钢制取水头取水,进行了技术论证、经济比较,通过比较论证认为盾构法取水方案更优。     

透水管桩的群桩沉桩室内模型试验研究

本文基于室内模型试验,通过透水管桩和普通管桩沉桩模型试验对比,探究群桩情况下,透水管桩加速桩周土超静孔隙水压力消散的效果和规律。通过试验表明透水管桩更有利于桩周土超静孔压消散,其促进作用沿深度方向递增,沿水平方向递减。透水管桩阻碍了沉桩完成后桩周土超静孔隙水压力的上升,从超静孔隙水压力产生的角度出发,降低了桩周土超静孔隙水压力的峰值,控制了整个桩周土超静孔隙水压力的水平,有利于超静孔隙水压力后期的消散。表明沉桩施工中,透水管桩提高了施工进度,降低了对周围环境的影响。     

Particle characteristics and rheological constitutive relations of high concentration red mud

Red mud has relatively small solid particles (d50=13.02 μm) and will flow in paste form under high pressure during pipeline transport. Red mud belongs to a two-phase flow of materials with high viscosity and a high concentration of non-sedimentation, homogeneous solid-liquids. It is difficult to test its rheological properties under atmospheric pressure. Measurements such as rotational viscometry can not reflect the real state of the material when it is flowing in a pipe. Tested rheological parameters are somewhat higher than the actual values. In our investigation, grain shape, distinctive modality and grain size distribution of red mud were tested. Based on the principle of tube measurement, rheological experiments on red mud at different concentrations were carried out by using our independently developed tube-type pressure rheology test facility, and obtained constitutive equations. We conclude that red mud behaves as non-Newtonian pseudo-plastic fluid in pipe flows. Its consistency and power-law indices vary considerably with different concentrations.