干湿循环对土体级配分形特性影响分析

为分析粗粒土受水体干湿循环作用时颗粒级配演化规律,采用颗粒筛分试验统计干湿循环作用后土体颗粒粒径分布,引入颗粒质量-粒径分形模型计算粒径分形曲线(GFC)及分形维数(D),揭示了D随围压及干湿循环次数变化的规律,量化了干湿循环作用对粗粒土D的影响,并建立了计算方程。结果表明,等效替代缩尺法对GFC及D影响较小;制样及筛分过程导致D增大0.63%,室内试验方法引起粗粒土颗粒破碎效应不可忽略。低围压条件下(围压小于0.60MPa),D随围压增大及干湿循环次数增多而增大,剪切作用及水体干湿循环作用加剧了粗粒土颗粒破碎效应。所建粗粒土D计算模型为评价干湿循环对涉水工程填筑土体级配劣化效应提供了依据。     

基于分形理论的粗粒土缩尺效应及强度性质研究

基于分形理论研究了同种材料不同缩尺方法和不同缩尺粒径对分形维数的影响,并通过常规三轴剪切试验建立了分形维数与抗剪强度指标的相互关系。结果表明,与原型级配的粒度分形曲线相比,不同缩尺法得到的粒度分形曲线形态有较大差异,缩尺级配的分形维数均小于原型级配的分形维数,分形维数在数值上能表征土的级配;不同缩尺法得到的峰值强度变化规律与分形维数变化规律一致,在高围压下分形维数越大,不同缩尺法之间的峰值强度差也越大;凝聚力c随着分形维数的减小而增大,而内摩擦角φ随着分形维数的〖JP2〗增大而增大,两者近似一抛物线关系,并根据拟合表达式推导出了原型级配的φ值,具有一定的工程指导意义。     

掺砂粒径分布对泥质粉砂岩填料抗剪特性的影响

掺入不同粒径硬岩颗粒是软岩地层填方区改良软岩填料抗剪特性的重要方法。设定同粒径级配与单一粒径2类改良方式共32组试验,对比改良前后土料剪应力-剪切位移曲线,得到土料峰值剪切强度、破坏强度、粘聚力及内摩擦角等抗剪参数变化规律。试验结果表明,低应力条件下泥质粉砂岩土料受剪切作用而存在应变软化现象;掺入同级配砂粒后泥质粉砂岩土料内摩擦角随掺砂比例增加呈逐渐增大趋势,粘聚力先减小后缓慢增大;法向应力200、300kPa时,单一粒径替换后土料峰值剪切应力随掺砂中值粒径增加而缓慢增大并趋于稳定,内摩擦角随中值粒径值增大呈急剧上升后缓慢降低,在0.75 mm处取得极值;粘聚力呈先减小后逐渐增大趋势。可见采用粘聚力及内摩擦角等参数评估掺砂改良泥质粉砂岩土料抗剪特性时需注意粒径分布所引起的强度参数变化。     

不同EPS粒径下轻量土变形强度特性三轴试验研究

为确定新型土工合成材料轻量土在不同发泡颗粒(EPS)粒径下的变形机理,通过三轴固结不排水试验系统研究其变形强度特性的影响规律。试验结果表明,轻量土应力-应变关系具有非线性、多阶段性、应变软化和应变硬化特性;抗剪强度破坏包络线有折线型与直线型两种,取决于自身结构强度与围压;粘聚力与内摩擦角均随EPS粒径的增大而递减。     

土体渗透变形及渗透破坏过程中分形特征初探

根据天然土体及室内配制土样颗粒分析、干密度、渗透、渗透变形试验结果,基于土体分形理论计算了土体质量分维数,土体孔隙度、不均匀系数、中值粒径、干密度、渗透系数与分维数关系密切。当分维数较大时,表示小于某粒径颗粒累积含量较少,颗分曲线越平缓,土体有粗化现象,不均匀系数及中值粒径都在增大,孔隙度减小,干密度增大。利用土体分维数可判断出土体渗透破坏形式（如管涌、流土）,土体发生渗透破坏后分维数减小,渗透破坏过程中分维数逐渐减小,并随流失颗粒粒径的增大而加速减小。     

三种粗粒土强度非线性描述方法的对比研究

为比较三种粗粒土强度非线性描述方法的优缺点及适用性,通过三轴试验研究了初始孔隙比和围压对粗粒土峰值强度的影响,并对三种常用的强度非线性描述方法进行了对比分析。结果表明,粗粒土的峰值强度随着初始孔隙比、围压的增大而减小,表现出显著的非线性;邓肯—张模型中的内摩擦角非线性公式和基于临界状态应力比的峰值应力比公式只能描述围压对峰值强度的影响,扩展后的公式能够同时反映初始孔隙比和围压对峰值强度的影响,且描述效果较好、稳定性较高;基于状态参量的峰值应力比的描述方法,理论清晰,效果较好,但对于粗粒土临界状态的描述还需进一步深入。研究成果可为公式选用提供参考。     

过机泥沙粒径分形维数变化特征研究

泥沙磨损和空蚀破坏是影响水轮机安全运行的一个重要问题,其中泥沙粒径组成成份至关重要。为此,基于采集的水轮机过机泥沙颗粒样品,采用激光粒度仪分析过机泥沙粒径级配分布,结合分形理论探究过机泥沙粒径在时间和空间上的分形变化特征。结果表明,过机泥沙分形维数值在时空尺度上的变化由过机泥沙各组分体积百分含量的变化引起。通过相关性分析,过机泥沙分形维数值与粘粒百分比含量呈正相关,与粉粒百分比含量呈负相关,砂粒体积百分含量与分形维数略呈负相关;过机泥沙分形维数值与入库流量间相关性较过机泥沙粒径的分形维数与泥沙各组分体积百分含量的相关性差;过机泥沙分形维数值与泥沙浓度存在正相关,但相关性不显著。     

石料骨架结构软岩筑坝料三轴剪切试验

以石料骨架结构下软岩筑坝料为例，开展系列三轴剪切试验，研究级配和密度对软岩料强度变形特性的影响。结果表明，软岩筑坝料的应力应变曲线呈弱硬化型，偏应力峰值表现不明显且峰值强度低；随着大于5 mm的土粒含量P₅含量降低（细粒含量增多）,试样更密实，剪切强度增大，剪胀性更强，颗粒破碎量更低，且临界状态线呈整体下移趋势；随着密度增大，软岩料内摩擦角增大，颗粒间排列更紧密，抗剪强度更高，剪胀性更强，试样的颗粒破碎量增大。     

静三轴试验中固化疏浚泥的力学特性研究

为正确理解固化疏浚泥的力学性质,通过对固化疏浚泥进行固结不排水静三轴压缩试验,研究了围压和固化剂掺量对固化疏浚泥的破坏形式、应力—应变关系及抗剪强度参数的影响。试验结果表明,随着固化剂掺量的增加,固化疏浚泥的应力—应变关系由应变硬化型变为应变软化型;破坏形式由塑性破坏向脆性破坏过渡,而围压对其破坏形式无影响;固化疏浚泥的强度和抗变形能力均随着围压和掺量的增加而增大,但当围压小于土体内结构体的屈服强度时,围压对抗变形能力的影响可忽略;粘聚力和内摩擦角随固化剂掺量分别呈对数型和线性规律增长。     

柴油机排气颗粒浓度和粒径分布特征试验研究

研究了6114柴油机不同工况下排气颗粒的数浓度、体积浓度和粒径分布特征,测试工况下柴油机排气颗粒数浓度均呈包括核模态（峰值粒径为10nm-20nm）和积聚模态（峰值粒径为50nm～80nm）的双峰对数正态分布。高转速下排气颗粒数浓度和体积浓度大于中间转速时的数浓度和体积浓度。相同转速下,颗粒体积浓度随负荷增加而增大,而数浓度高转速下随负荷增大而增加,中间转速下随负荷增加没有规律性变化。相同转速下,积聚模态数浓度随负荷增加而增大,核模态数浓度高转速下随负荷增大而增加,但在中间转速下随负荷增加无规律性变化。相同转速下,随负荷增加,核模态峰值粒径有减小趋势。中间转速下积聚模态峰值粒径随负荷增大先增大后减小,高转速下积聚模态峰值随负荷变化无明显变化。中间转速下排气颗粒的核模态峰值粒径小于高转速下核模态的峰值粒径,积聚模态峰值粒径大于高转速下积聚模态的峰值粒径。排气颗粒中核模态粒子占有较大的数量百分比,积聚模态粒子占有较大的体积百分比。     

砂卵砾石料变形与强度特性三轴试验研究

对不同密度的某砂卵砾石料试样进行了三轴固结排水剪切试验,研究了密度对砂卵砾石料强度、应力应变性质的影响。结果表明,随密度的增大,试样的强度指标呈增大趋势;不同围压下,随密度的增大,破坏时的轴向应变具有减小的趋势,且在低围压下这种趋势较明显;密度越大,试样的剪胀性越强,发生相变时的轴向变形和体积变形越小;试样发生相变时的应力水平一般大于0.5,因此在对高土石坝进行应力变形分析时应合理考虑粗粒土的剪胀性。     

金沙江向家坝水电站坝基砂岩蠕变特性研究

选取了金沙江向家坝水电站坝基的典型砂岩试样,采用三轴压缩试验对砂岩蠕变特性进行研究,分析了流变失稳破坏时的特征及砂岩的轴向、侧向和体积应变的全过程蠕变曲线异同点,对砂岩的长期强度进行预测分析。试验结果表明,砂岩存在一个起始蠕变应力阈值,每级荷载下的蠕变曲线之前都存在一个瞬时应变且随着围压的增大和偏应力的增大幅度越来越小,轴向瞬时应变与偏应力具有很好的线性关系;侧向和体积变形则存在明显的蠕变三阶段,加速阶段要比轴向快且两者的蠕变曲线形状相似,在同一围压和同一级偏应力下侧向蠕变量比轴向及体积的大,其蠕变发展最快;砂岩的长期强度可用等时偏应力应变曲线簇来进行确定,采用体积偏应力应变曲线簇更适宜,在已有的流变模型中伯格斯模型能较好的反映砂岩蠕变特性。     

Hoek-Brown准则高应力条件下断续节理岩体复合损伤本构模型及演化特征

针对岩石损伤本构模型中岩石微元强度采用M-C、D-P等强度准则作为判定依据存在的局限性,基于概率统计理论与连续损伤力学理论,采用应力不变式表示的H-B准则来描述岩石微元强度并假设岩石微元强度服从Weibull分布,认为岩石材料承载能力可以分为弹性和损伤两部分,基于Lemaitre应变等效性假设,推导出基于H-B准则的宏细观复合损伤本构模型,并通过预置裂隙粗晶大理岩试样的三轴试验数据验证了其合理性。结果表明,该模型获得的应力应变理论曲线与试验数据吻合较好,宏细观复合损伤演化过程能反映岩石应力随应变的变化过程,优于同类型本构模型的拟合效果;随着围压的增加,试样强度逐渐增加,峰值应力对应的复合损伤值逐渐增大;在围压一定的条件下,节理岩样的宏细观复合损伤在节理倾角为45°左右时最小,这与节理岩体强度随节理倾角的变化规律相一致。     

Shear strength and pore pressure characteristics of methane hydrate-bearing soil under undrained condition

Hydrate exploitation requires a deep understanding on the mechanical behavior of methane hydrate-bearing sediment (MHBS). Due to the low permeability of overlying strata, partial MHBS likely exhibit failure behavior under undrained condition. Therefore, it is essential to understand the undrained shear strength and excess pore pressure behavior of MHBS for facilitating the evaluation of the stability of hydrate-bearing layer during methane hydrate recovery. This study conducted several undrained triaxial compression and hydrate dissociation tests on methane hydrate-bearing sand specimen to analyze the shear strength and excess pore pressure characteristics of MHBS under undrained condition. The experimental result shows that hydrate saturation and initial effective confining pressure significantly affect the undrained mechanical behavior of MHBS. Hydrate saturation increases the shear strength and negative excess pore pressure. High initial effective confining pressure also enhances the shear strength but suppressed the negative excess pore pressure. Hydrate saturation has a minimal effect on the undrained internal friction angle but remarkably enhances the undrained cohesion. The effective internal friction angle and cohesion exhibits an increase with the increase in hydrate saturation. Notably, completely different from the common soil, the effective undrained strength indexes are not equivalent to the drained strength indexes for MHBS, which should be careful in evaluating the stability of methane hydrate-bearing layer. In addition, the hydrate dissociation test by thermal stimulation method concludes that hydrate dissociation induces the positive excess pore pressure, axial compression, and volume expansion under undrained condition. The large deviatoric stress enhances volume expansion of MHBS but hinders the generation in excess pore pressure during hydrate dissociation. These findings significantly contribute to the safe exploitation process of methane hydrate.     

Evolution of the nanostructure, fractal dimension and size of in-cylinder soot during diesel combustion process

The nanostructure, fractal dimension and size of in-cylinder soot during diesel combustion process have been investigated for a heavy-duty direct injection diesel engine, using a total cylinder sampling system followed by high-resolution transmission electron microscopy and Raman scattering spectrometry. Different structural organizations of in-cylinder soot are found depending upon the combustion phase. It is revealed that both the fringe tortuosity and separation distance decrease as combustion proceeds, while the mean fringe length increases distinctly from 1.00 to 2.13 nm, indicating the soot evolution toward a more graphitic structure during the combustion process. The fractal dimensions of aggregates are in a range of 1.20–1.74 at various crank angles under the applied engine operating conditions. As temperature and pressure increase, the fractal dimension decreases significantly to a minimum at the early diffusion combustion stage. The soot particles become more compact again as the fractal dimension increases during the subsequent combustion period. Primary particle sizes start small, go through a maximum in the early diffusion combustion phase and decline again as combustion proceeds.