自组织临界性及其在散粒体研究中的应用

首先简述了自组织临界性理论的基本概念和在方法论方面的启示，然后介绍了三种发现散粒体自组织临界性与粒径的非均匀性有关的沙堆模型实验，进而提出假设：若系统的组构能对干扰传播形成足够的制约，限制其各部分敏感性递增的趋势，从而维持其整体的鲁棒性时，大尺度的系统也能呈现自组织监 界现象。最后通过对野外观测资料的分析，提出了在稳定流条件下非均匀推移质输沙率将服从负幂率分布的观点，并对自组织临界现象的判据等问题进行了讨论。     

散粒体的自组织临界性分析

基于二维模拟实验,研究竖向荷载下散粒体中的自组织临界性,揭示细观拱效应与宏观大崩塌的变化规律,以及拱效应与材料性质的关系.散粒体中每个小自组织的临界发展过程包括自组织搭拱、拱随遇平衡和拱崩塌的动力学演化.散粒体大坍塌是众多小自组织临界发生后的力学性质由量变到质变的过程.用随机理论细观探讨一个预期失败模式的理论模型,为研究散体材料结构自组织临界性系统的可预测性及灾害预测预报提供了科学依据.     

关联长度对沙堆系统自组织临界性的影响

利用一个一维沙堆模型研究了关联长度对沙堆系统自组织临界性的影响.研究过程中,根据关联长度的长短分两种情况对该模型进行计算机模拟.结果发现,当颗粒之间的关联长度很短时,只要适当调节崩塌概率系统就会出现自组织临界性,而当颗粒之间的关联长度很长时,无论怎么调节崩塌概率,系统都不会出现自组织临界现象.     

散粒体流动力学的进展现状

散粒体流动中的现象和过程比发生在固体或流体中更加复杂,且更具有工程实用价值,因此,散粒体力学越来越受到力学界的重视。本文试图以较少篇幅概述散粒体流动力学的理论和实验研究的进展情况,并展望今后的发展方向。     

散粒体接触理论综述

散粒体是一种常用的工程材料。散粒体研究具有普遍意义。国外对散粒体进行了大量的研究,国内也开始了这方面的研究。散粒体理论可分为二大类:连续介质理论和散粒体接触理论。把散体当成连续介质进行研究的理论属于连续介质理论,把散体当成颗粒材料进行研究的理论属于接触理论。接触理论能更好地反映散体问题,是散体研究的发展方向。本文介绍了国外几种典型的接触理论。     

地震触发崩塌滑坡自组织临界性研究

汶川地震触发了大量崩塌滑坡灾害.这些规模差异巨大的现象之间,能量及空间是否存在着确定的分布规律?巨型崩滑和小规模坍塌是否遵从不同的形成机理?这些都是亟待解决的基本科学问题.作者在自组织临界状态(SOC)的概念框架下,通过震区典型路段考察,发现位于地震Ⅸ度区的崩滑工点,崩滑方量及崩滑体深度,与崩滑工点数目之间存在着良好的负幂律关系,地震Ⅹ度区也体现出有类似特征;拟静力模拟地震的沙堆离心模型实验表明,模型底板倾斜1.5°时,崩塌的动力学特性可以用幂律描述,底板倾斜达到3°时服从正态分布;元胞自动机模型数值模拟表明,随扰动强度增加沙堆模型动力学特性的演变是渐进的.从而从整体理论上对上述问题提出新的解释:处于青壮年期的山地斜坡系统具有SOC的内禀基本属性;存在一个地震强度阈值,在此之下地震触发的崩滑规模与出现频率之间的分布规律可用幂律描述,巨型崩滑灾害和小规模坍塌现象遵从同一形成机理.全新的认识可望为地震触发崩塌滑坡灾势评估提供普适性的概型并建立应用框架.     

散粒体流动力学与农业工程

本文概述了散粒体流动力学的概念及发展情况，指出其在农业工程中的重要意义。     

散粒体料位测控装置的研究

针对目前粮食加工企业对新型机电一体化设备的需求,研制出散粒体料但测控装置,它具有多个工艺点的料位测控,料流调节和自动报警功能,并介绍了该装置的主要硬件组成,工作原理和软件程序框图。     

散粒体防水材料的防水机理

通过对散粒体防水材料防水机理的讨论，证明了其防水机理在于反毛细管压力，从而在理论方面论证了其可靠性．     

坡面径流对斜坡散粒体稳定性影响的试验分析

坡面径流是松散介质斜坡上颗粒发生搬运滚动的水动力条件。为研究坡面径流对斜坡散粒体颗粒稳定性的影响,开展室内水槽冲刷试验。试验设置3种粒径和4种坡度,通过高清摄像捕获斜坡散粒体受水流冲刷起动过程,获得不同条件下颗粒冲刷起动的临界径流水深h_cr。实验结果表明：在同一粒径条件下,起动水深h_cr随着斜坡坡度的增大而减小;而在同一坡度条件下,起动水深h_cr随着粒径的增大,出现先增大后减小的情况,这主要是由于随着颗粒粒径的增大,坡体的渗透性增强,在水流的渗透作用下,颗粒更容易发生运移造成的。为合理解释实验现象,建立斜坡径流-渗流耦合模型来分析坡面径流条件下颗粒的稳定性变化情况,通过将水流的流速特征与土颗粒的受力起动特性结合起来,给出临界水深h_cr的理论表达式,其主要受颗粒粒径、颗粒比重、孔隙率、坡体渗透率和斜坡坡度等因素共同控制。通过将实验结果与计算结果进一步对比发现,在同一粒径区间内,临界水深h_cr的实测值与理论值均随坡度的增大而减小,而理论值与实测值之间的相对误差随坡度的增大而增大,但其均控制在35%以内,并对产生该误差的原因进行了分析。为修正实测值与计算值之间的误差,应用MATLAB的神经网络模块对数据进行拟合,建立含两个神经网络结构的临界水深h_cr修正公式,精度较高。     

岩石破坏过程的自组织特征与临界条件研究

岩石破坏过程具有自组织临界特征。为了研究这种临界问题,提出了一种利用自组织程度参数α刻画单元之间的应力转移和局部单元上的应力集中的方法,并以单元的破坏强度服从二次Weibull分布为基础,运用重整化群理论建立了计算力学模型,推导了岩石破坏的临界破坏概率pc。结果表明,当单元的破坏概率p小于临界破坏概率pc时,单元的破坏是独立的和随机的,系统向稳定态演化;当单元的破坏概率p大于临界破坏概率pc时,单元的破坏向宏观贯通的张裂面这一吸引域集中,张裂面是自组织临界性的一个动力学吸引子;临界破坏概率pc以及单元承受外载F的能力均与初始条件有关,pc和F/F0随自组织程度参数α增大而减小,且F/F0<1,表明由于应力的转移使得单元破坏应力降低。     

障碍物的设置对颗粒流动过程的影响

雪崩、滑坡、滚石和泥石流等山地灾害具有很强的破坏性,它们对人类的生命和财产安全构成了严重的威胁,因而需要加强对其发展过程及防治措施的研究。设置障碍物是控制这些山地灾害运动和堆积过程的主要手段,为了研究障碍物的设置对灾害发展过程的影响,采用了SH颗粒流动理论和近似Riemann解的Roe格式有限体积离散方法对颗粒流经不同设置障碍物的流动和堆积过程进行了数值模拟计算,并讨论了障碍物的不同设置对颗粒流动的影响。数值计算结果表明,障碍物的设置对颗粒流动过程将产生较大的影响,只有对障碍物进行正确的设置才能达到防护的目的。数值计算模拟可以优化障碍物的设置,从而为灾害防护和山区规划设计提供经济而合理的参考方案。     

连通图临界度定义的注记

本文递归地定义了连通图的临界度,并证明了几个定理,揭示了连通图临界度的特殊性质,说明所给出的递归定义与常规定义之间的关系.     

描述颗粒系统双稳现象的动力学模型

利用动力学方法,从势能的角度分析了颗粒堆积体中的双稳状态.探讨了在颗粒系统中,沙堆状态与沙堆静止角之间的关系.对于足够小的沙堆,有效尺寸效应将起到作用.考虑到随机因素的影响,根据广义朗兹万方程建立了描述颗粒系统双稳现象的模型,合理地解释了静止角是多值的,并依赖于堆积历史等问题.     

SF6-N2中粒子动力学特性的蒙特卡罗仿真

为了模拟SF6-N2混合气体的汤逊脉冲实验过程,求出不同状态下混合气体的电子能量分布特性,在电场强度与气体分子密度之比为(250～450)Td范围内,采用蒙特卡罗法仿真了SF6-N2混合气体的电子雪崩发展过程.求出了电子能量分布随电场强度与气体分子密度之比的变化规律、有效电离系数及临界耐电强度随SF6分压比变化的规律,且与实验结果作了比较和分析.结果表明,混合气体临界击穿场强Eb随着SF6分压比的增加而提高,与实验结果比较,有很好的一致性.     

颗粒污泥降解渗滤液中邻苯二甲酸二辛酯的影响因素

利用UASB厌氧反应器培养出的高效厌氧颗粒污泥对邻苯二甲酸二辛酯的生物降解试验表明,当邻苯二甲酸二辛酯初始浓度为476μg/L时,厌氧颗粒污泥对其吸附降解的最佳条件为：pH7.0,温度35℃,转速150 r/min。     

橡胶颗粒-砂混合物新型路基填料动力参数特性的试验研究

橡胶材料具有密度低、线弹性变形能力强、耐久性好、耗能大等优点,其衍生物与土体制成的混合物被广泛应用于岩土工程和交通工程领域。为研究橡胶颗粒与砂土混合物这种新型路基填料在循环列车荷载作用下的动力参数特性,进行室内固结不排水动三轴试验,分析了橡胶颗粒含量、围压以及加载频率等因素对橡胶颗粒-砂混合物动剪切模量、阻尼比等特性的影响,研究结果表明：应变一定时,混合物的动剪切模量随着橡胶颗粒含量的增加而减小,随着围压的增大而增大,随着加载频率的增加而轻微减小;基于Hardin-Drnevich双曲线模型对动剪切模量试验结果进行拟合,得出最大动剪切模量,发现最大动剪切模量随着橡胶颗粒含量的增加而减小。应变一定时,混合物的阻尼比随着橡胶颗粒含量的增大而增大,随着围压的增大而减小,加载频率对阻尼比的影响较小;基于试验结果,建立了橡胶颗粒-砂混合物阻尼比与剪切应变的关系式。最后,基于柔性橡胶颗粒与刚性砂土颗粒的微观接触特性,分析了橡胶颗粒对混合物动剪切模量以及阻尼比的影响机理。综合研究结果得出：橡胶颗粒含量不宜超过20%,此时橡胶颗粒-砂混合物作为新型路基填料的动剪切模量可以满足要求,阻尼比较大,具有良好的减震耗能效果。