不同升温-降温路径下中空圆柱饱和粉质黏土的热固结

利用自行研制的适用于中空圆柱体试样并可控制试样内、外边界温度的热固结试验装置,进行了一种饱和粉质黏土的热固结试验。温度路径包括试样内、外边界等温单级和多级升温-降温以及内、外边界不等温多级升温-降温,温度荷载的施加范围为25℃~75℃,围压为50 kPa、100 kPa、150 kPa、200 kPa四种情况。论文研究了不同升温-降温路径和不同固结压力条件下饱和粉质黏土的孔隙水压力和固结体应变随时间的演化规律,并对不同温度路径下的试验结果进行了比较。分析表明:同一温度路径下,围压越大,升温或降温所产生的最大归一化孔隙水压力的绝对值越小,固结体应变的大小与围压大小并不成单调关系;同一围压下,升温或降温幅度越大,所产生的最大归一化孔隙水压力的绝对值越大,相应的固结体应变也越大;经过不同温度路径升、降温到同一温度值,设置的温度等级越多,产生的体应变也就越大,并且相同温度等级路径,内、外等温的情况要比不等温情况产生的体应变大。     

热-冷反复变化过程中饱和粘性土的热固结试验研究

对热-冷反复变化过程中饱和粘性土的热固结特性进行了室内试验。试验表明,随着试样温度的升高,温度的上升速率逐渐减慢,而在降温过程中则正好相反。而且,温度变化过程与温度荷载循环次数、试样所受到的围压无关;不排水加热过程中会诱致显著的孔隙水压力,而第2个温度循环过程要比第1个温度循环过程诱致的孔隙水压力要小;在不排水温度下降过程中,试样内先产生负的孔隙水压力,当温度下降至设定的温度值后,孔隙水压力又开始上升,随后转化为正的孔隙水压力;如果允许试样排水(或吸水),则试样在加热和降温后的等温过程一般表现为收缩排水过程,且加热后所引起的排水体应变要远大于降温后所引起的排水体应变。     

主动围压作用下水泥粉质黏土SHPB试验与分析

为研究围压状态下水泥粉质黏土的冲击压缩特性,进行了不同围压和不同应变率条件下水泥粉质黏土的霍普金森压杆(SHPB)试验,分析了围压和应变率对水泥粉质黏土动态应力-应变曲线、冲击压缩强度以及破坏形态的影响。试验结果表明:围压和单轴状态下的水泥粉质黏土动态应力-应变曲线均经历弹性变形阶段、塑性变形阶段和破坏阶段,但是两种状态下水泥粉质黏土试样的破坏形态不同,单轴条件下水泥粉质黏土试样的破坏程度随应变率增加而逐渐变大,围压作用下水泥粉质黏土在冲击试验后保持较好的整体性。围压和应变率共同影响水泥粉质黏土的冲击压缩强度:相同应变率条件下,水泥粉质黏土冲击压缩强度随围压的增加而增大;相同围压条件下,水泥粉质黏土峰值应力和峰值应变均随应变率的增加而增大,表现出明显的应变率效应。     

冻结黏土单轴与主动围压状态SHPB试验对比分析

利用分离式Hopkinson压杆试验装置,进行了冻结黏土在单轴与主动围压两种状态下的动态冲击压缩试验,对比分析了单轴与主动围压状态下冻结黏土的动态应力-应变曲线、动态抗压强度和破坏模式。研究结果表明:单轴状态下,温度为-15℃时,动态应力-应变曲线可分为弹性阶段、塑性阶段和破坏阶段;主动围压状态下,-5℃和-15℃的动态应力-应变曲线可分为弹性阶段、塑性阶段和破坏阶段。在相同应变率和冻结温度的条件下,主动围压状态下冻结黏土的动态抗压强度均高于无围压状态,动态抗压强度随着主动围压的增加而增大;当冻结温度和围压相同的条件下,动态抗压强度随应变率的提高而增大;单轴状态下,温度为-5℃时,冻结黏土呈塑性破坏,温度为-15℃时,冻结黏土呈脆性破坏。     

饱和软粘土中沉桩后桩周土体固结分析

假定沉桩过程是一个平面应变圆孔扩张问题, 采用了修正剑桥模型, 给出了软粘土中沉桩过程后初始时刻超孔隙水压力沿桩径分布的解析函数, 并与Cao 等人的数值解以及Gibson 提出的公式进行了比较。根据土骨架的弹性位移特性以及水流的连续性条件, 得到了桩周土体固结的控制方程。运用分离变量法并结合边界条件以及初始条件得到了桩周土中超孔隙水压力消散的级数解答, 该解答可以作为孔压静力触探反求固结系数的一个理论依据。通过2 个算例分析了土体的应力历史以及刚度对桩侧超静孔压消散的影响;算例分析表明, 随着超固结比的增大, 归一化后的塑性区半径以及桩侧超孔隙水压力均在减小;桩侧的超静孔压消散前期较快, 后期较慢。     

连续排水边界下考虑起始坡降的软黏土固结解

Terzaghi一维固结理论中边界条件和初始条件相矛盾的逻辑问题以及软黏土中水的渗流在低水力坡降下可忽略均已逐渐被认识。但在连续排水边界条件下能考虑起始水力坡降的黏性土一维固结理论,尤其是固结模型的解析解还鲜见报道。基于此,该文引入了连续排水边界,并同时考虑黏性土中渗流存在的起始水力坡降,建立了均质地基的单面排水一维固结模型。采用有限傅里叶变换方法求解了所建立固结模型的孔压、固结度以及沉降解析解答,分析了土层在恒载下同时考虑连续排水边界和起始水力坡降的一维固结性状。结果表明:考虑起始水力坡降后,连续排水界面参数b对固结性状的影响与达西定律下相同,即b值越大,排水面透水情况越好,孔压消散速率越快,固结完成时间越短;相反b值越小,排水面透水情况越差,孔压消散越慢,固结完成时间越长。连续排水条件下无量纲R(起始水力坡降、水的重度与土层厚度的乘积除以外荷载)对固结性状影响与完全透水边界下相比无明显改变。R值越大,渗流前锋到达土层底部的时间越长,固结完成时土中超静孔压残留值越大,土层按孔压定义的平均固结度越小,最终沉降量也越小。     

等压固结条件下湘江饱和砂土动力特性研究

在大量的动三轴试验基础上,研究了等压固结条件下湘江饱和砂土振动孔隙水压力、应力应变滞回圈以及应力路径的发展变化规律。研究结果表明:孔压发展变化过程与土体的剪胀、剪缩密切相关;孔压与轴向动应变之间的变化关系显示饱和砂土具有明显的各向异性;从孔压与滞回圈面积累积之和的关系看,孔压的增长伴随着能量的损失;对于围压较大的情形,用ExpAssoc函数进行拟合效果较好。隧振次增加应力应变滞回圈也在发生变化,第一阶段滞回圈呈倒置的帽子形,第二阶段呈菱角形状。在振动初始阶段,应力路径基本上呈倾斜的直线变化;随孔压的增加,加载和卸载两条应力路径逐渐分开,呈纺锤形。     

模拟海洋环境静力触探仪孔压校准方法

为进一步保障海洋静力触探仪孔隙水压力数据的准确和量值的溯源,该文提出一种基于模拟海洋环境的孔隙水压力校准方法。通过开展孔隙水压力的校准实验,获得探头在不同温度条件下各压力校准点处的修正值及修正值的扩展不确定度,实现孔压测量值的准确和溯源。实验结果表明海洋静力触探仪探头工作环境温度偏离标定时的温度越大,孔隙水压力测量示值误差将越大。孔压示值误差随温度的变化趋势验证基于模拟海洋环境对静力触探仪孔隙水压力开展校准的必要性。     

强结构性对湛江黏土地区CPTU原位测定结果的影响

为了评价土的结构性对黏性土地区CPTU测试结果的影响。对湛江地区黏土(层)进行室内固结试验和CPTU原位试验,获得孔压静力触探响应特征,对比分析室内试验与CPTU测试结果求取固结系数的差异性。结果表明:湛江黏土的触探指标较高,qc=(2.5~3.0)MPa,Rf平均值约为1%;在强结构性黏土地区利用CPTU测定结果划分土层具有较高的准确性;受强结构性影响,土的埋深越大,CPTU的孔压消散时间越短,土的固结系数越大;浅层土试验孔压消散初期土体出现剪胀现象;利用室内试验得到湛江黏土在结构破坏前的固结系数Cv是重塑土的固结系数Cv的10倍左右;贯入过程中由于结构的破损会使探头周围土体的渗透性迅速降低出现指标失真,导致基于CPTU测试得到原状土的固结系数远小于室内试验结果;最后,考虑结构性,根据CPTU资料提出一个可用于估算结构性黏土固结系数的方法,该研究为准确获得结构性黏土地基处理设计参数提供了合理的科学依据。     

围压条件下砂岩循环冲击损伤的力学与超声分析

采用带围压装置的φ100mm霍普金森压杆系统,对砂岩试样进行了单轴冲击和4MPa、20MPa围压条件下的循环冲击试验,并对每次冲击前后的砂岩试样进行超声纵波检测,分析了砂岩在冲击荷载循环作用下的应力、应变特征,定义了砂岩试样的屈服-弹性比用以描述围压下试样应力应变曲线的弹塑性特征,采用纵波波速定义了砂岩试样的冲击损伤并分析了循环冲击试验中砂岩试样纵波波速和应力应变之间的关系。分析发现：在围压作用下,应力－应变曲线呈现典型的弹塑性特征。随着冲击荷载循环作用次数的增加,砂岩试样屈服应力、峰值应力降低,屈服应变、峰值应变增加。随着循环冲击作用次数的增加,砂岩试样的应力、应变特征与纵波波速之间存在良好的相关关系。较低围压状态下累计损伤度明显高于较高围压下砂岩的累积损伤,砂岩循环冲击损伤具有明显的围压效应。研究结果对地下工程的建设和防护有一定的指导意义。     

基于不同大气压力下多种翅片型式换热器的换热特性仿真模拟研究

大气压力的不同,将对换热器的换热性能带来一定的影响,而不同翅片型式的换热器处在同一种大气压力下,对各自换热性能影响的程度如何,因此有必要对其进行研究。在GAMBIT中建立平板式、均匀倾角波纹式、前平板-后均匀倾角波纹式的换热器的物理模型,设置在大气压力100k Pa、90k Pa、80k Pa、70k Pa、60k Pa、50k Pa的工况下,通过FLUENT6.3对所建的模型进行仿真模拟计算,然后通过观察所建物理模型的中心侧面的温度云图,分析中心侧面和翅片出口处的加权平均温度来研究这三种翅片型式的换热器处于同一种大气压下的换热能力,并以10k Pa为间隔,来研究压力变化对三种翅片型式的换热器换热能力影响的程度。模拟结果为:在同一压力下,均匀倾角波纹式换热器的换热能力在三者中最大,前平板-后均匀倾角波纹式的换热器的换热能力次之,平板式的换热能力最小;压力下降对均匀倾角波纹式换热器的换热能力影响最小,前平板-后均匀倾角波纹式的换热器的换热能力影响次之,平板式的换热能力影响最大。     

过冷水滴液-固相变动力学特性研究

采用非等温DSC法,对过冷条件下水滴的液-固相变动力学特性进行了研究,获得了水滴结晶过程的速率常数、时间指数和Avrami指数.研究表明,降温速率对水的结晶行为影响较大.降温速率越大,则结晶速率越大,结晶峰温和结晶初始温度向低温方向移动,结晶的完善程度相对越差.在-40℃～0℃温度范围,水滴的结晶以异相成核的三维球晶方式生长.     

地铁循环荷载下黏土污染圆砾的大型动三轴试验及动力特性研究

为揭示地铁循环荷载作用下受黏土污染圆砾的长期动力特性,利用GDS大型三轴循环试验系统,开展了一系列饱和不排水动三轴试验,分析了不同围压及动应力幅值下黏土污染水平(clay fouling level, VCI)对圆砾长期动力特性的影响。试验结果表明：随着VCI的增加,试样的累积塑性应变呈先增后减的趋势,污染黏土由润滑作用转变为填充作用,围压为100 kPa时,界限VCI=30%,围压为200 kPa、300 kPa时,界限VCI=20%;VCI对浅埋地铁隧道(σ₃=100 kPa)影响较大,威胁行车安全,而对深埋地铁隧道(σ₃=200 kPa、300 kPa)影响较小,地铁运行相对安全;随VCI的增加,试样的弹性应变和动孔压比先增大后减小,而回弹模量则先减小后增大,但三者的变化趋势均随围压的降低及动应力幅值的增大愈发明显。研究成果可为地铁路基结构设计及其工后沉降预估提供参考。     

稻谷真空干燥动力学实验研究

以干基含水率为28.02%的稻谷为研究对象,研究了相对压力(-20、-50和-80 k Pa)和温度(40、50、60和70℃)对稻谷真空干燥特性的影响。结果表明,相对压力对稻谷干燥的影响不大,温度对稻谷干燥的影响较明显。温度越高,达到目标含水率所需的时间越短,干燥速率和峰值干燥速率越大。采用9种不同的等温干燥模型对不同干燥温度下的实验结果进行拟合分析,模型拟合的相关系数R2均高于0.9860,拟合效果均较好,其中Midilli and Kucuk模型的R2均高于0.9990,拟合效果最好。稻谷的有效水分扩散系数随温度的升高而增大,干燥活化能为37.43 k J/mol。     

不同因素对白萝卜差压预冷效果的影响

为研究不同因素对白萝卜差压预冷的效果,引入Pearson相关系数及正交试验法,计算得到白萝卜差压预冷过程中温度和均匀度二者相关度较高,Pearson相关系数绝对值为0.875。基于正交试验法,以降温速率和冷却均匀度为评价指标,计算并分析可得:对降温速率的影响程度由大到小的因素依次为孔隙率、送风温度、开孔率、风速;对冷却均匀度的影响程度由大到小依次为送风温度、孔隙率、风速、开孔率。正交试验结果表明:送风温度越小、风速和开孔率及孔隙率越大,降温速率越大;送风温度和孔隙率越大、风速和开孔率越小,均匀度越小。实验的优化预冷条件为:送风温度3℃、风速0.32 m/s、包装箱开孔率0.08、孔隙率0.48。     

不同应力路径下辉绿岩能量演化与破坏机制研究EI北大核心CSCD

以灵宝矿区辉绿岩为研究对象,开展了单轴及三轴循环加卸载试验和恒轴压卸围压试验,分析了应力-应变曲线及破坏形态,研究了辉绿岩在不同应力路径下的能量演化过程与破坏机制。研究表明:在三轴循环加卸载变形破坏过程中,随着循环次数的增加,滞回环的面积逐渐增大,岩样耗散能与弹性能均增大,耗散能的增长速率逐渐变大,弹性能的增长速率逐渐变小,且围压越大耗能比越大,岩样内部的裂隙扩展和汇合现象显著增加;在恒轴压卸围压变形破坏过程中,围压对辉绿岩的抗压强度和横向变形影响较大;在相同初始围压下,相比较循环加卸载应力路径,卸围压应力路径下试件破坏时弹性能密度更大。     

基于内埋光纤Bragg光栅传感器的复合材料固化过程监测

为了全面了解复合材料的固化特性,在对碳纤维增强树脂基复合材料固化变形进行数值仿真分析的基础上,将自行设计的光纤Bragg光栅（FBG）传感器埋入复合材料中,实时在线监测复合材料固化过程中温度和应变的演变。预浸料铺层方式为[0₁₁/90₁₁],分别在层合板0°和45°方向的典型位置埋入FBG温度和应变传感器,采用热模压方式固化成型复合材料层合板,并对成型后的层合板进行连续2次降温处理,实时记录固化过程中FBG传感器中心波长的变化。结果表明:在相同的温度条件下,复合材料在第1次降温初始阶段的压应变绝对值明显小于在第2次降温初始阶段的压应变绝对值,表明复合材料在第1次降温过程中仍在进行FBG传感器可检的“后固化”反应;此外,层合板变形的FBG传感器监测数据与有限元模拟结果吻合良好。因此,采用内埋FBG传感器的方法能够实时监测复合材料固化过程,为更全面地分析复合材料固化特性提供了一种可靠有效的方法。      

变围压条件下饱和红黏土动力特性研究

真实路基填料的应力路径十分复杂,常规循环三轴动力试验在常围压条件下进行,无法模拟真实路基填料的受力状态。基于此,为了更好的模拟交通荷载下路基层的真实受力状态,采用GDS循环三轴系统对赣南地区的路基红黏土分别进行了变围压(VCP)和常围压(CCP)下的循环三轴试验,在三种应力状态下,即相同的最大应力状态,相同的平均应力状态,相同的初始应力状态,对比分析了变围压对红黏土孔压发展、回弹模量和轴向累积变形的影响。试验结果表明,各应力状态下变围压都导致了孔压累积的增加。对于相同的最大应力状态,变围压下试样回弹模量较低,累积变形较大,而在相同的最小应力状态下则结论相反。对于相同的平均应力状态,变围压对红黏土长期变形特性的影响可忽略。     

超固结黏土中不排水柱孔扩张弹塑性解及应用

为求得超固结黏土中考虑K₀影响的柱孔不排水扩张精确解，该文基于黏土和砂土模型(CASM)屈服准则，采用经典的应力剪胀关系，充分考虑土体静止土压力参数K₀和重度超固结比，运用非相关联流动法则进行应力空间转换，进而建立超固结黏土中考虑K₀影响情况下柱孔不排水扩张问题的一阶偏微分方程组求解模型。根据弹塑性边界已知的应力和位移条件，通过数值求解方法确定柱孔扩张模型的精确解。对比修正剑桥模型(MCC)解，基于SMP准侧改进的修正剑桥模型(SMP-MCC)解及黏土和砂土统一硬化模型(CSUH)解进行参数分析表明：当土体OCR≤2时，该文方法较好地模拟土体单元屈服应力和破坏应力；当土体OCR>2时，该文方法克服了超固结黏土高估屈服应力和破坏应力；当K₀由1.0变化到2.5时，归一化极限扩孔压力由5.4变化到3.2，归一化极限超静孔隙水压力由2.4变化到1.0。并通过现场实测数据验证了该文方法的实用性与正确性。     

瓦斯压力对煤岩材料全应力-应变过程瓦斯渗透特性的影响

煤岩材料是典型的多孔介质材料,瓦斯压力是煤岩材料受到的内部孔隙压力.应用自行研制的煤岩材料三轴瓦斯渗流试验装置研究了不同瓦斯压力作用下煤岩材料全应力-应变过程瓦斯渗透特性的变化规律,结果表明,围压恒定时,在某一瓦斯压力下,煤岩材料全应力-应变过程曲线与渗流速度-轴向应变曲线具有较好的对应关系.理论研究表明,瓦斯气体对煤岩材料具有力学和吸附作用.围压恒定时,在一定的瓦斯压力范围内,增加瓦斯压力可增大煤样的渗透率.研究结果对预测煤岩瓦斯涌出和预防煤与瓦斯突出具有现实指导意义.