不同上限粒径泥石流浆体的流变参数变化规律

根据云南东川蒋家沟黏性泥石流原样颗分资料,利用泥石流堆积物配置4个黏性泥石流原样对应的上限粒径分别为0.25、1、2、5和10 mm的浆体,通过球系统开展流变试验,利用Herschel-Bulkley模型拟合流变曲线,研究较粗的颗粒加入细颗粒浆体后流变参数的变化规律。结果表明各样品均表现为剪切稀化流体,粗颗粒加入细颗粒浆体后浆体屈服应力增加,剪切稀化程度减弱;同样颗粒级配下,浆体的屈服应力随固体体积浓度指数增加。由于流动性指数的变化,粗颗粒加入后浆体稠度指数的变化没有明显规律,但是表观黏度增加,增幅略小于屈服应力的增幅。粗颗粒浆体与细颗粒浆体的相对黏度和相对屈服应力之间存在显著的线性关系,可根据该关系式对泥石流原样的表观黏度进行估算。     

泥石流流变特性的试验研究

为了研究泥石流体的流变特性，专门研制了一台环形锥板式流变仪，其特点是能保证切变率场分布均匀.用四种颗粒材料和不同粘度的液相试料配制成不同特性的试样进行了一系列试验，成功地测得了试样受剪时的切应力和法应力变化.试验表明，两相体内颗粒间的作用不只是惯性碰撞，还有接触支承、摩擦滑动等作用.颗粒切应力与法应力之比基本为常数，其值只随颗粒外表特征而异.随着浓度增大，应力曲线的屈服值益超显著.外形不规则颗粒的试样在低切变率区具有一个与高切变率区不同变化规律的初始段，出现应力随切变率减小而增大的逆向变化和更大的屈服值.这些现象对于研究泥石流运动机理有重要意义。     

浆体流变试验数据处理方法分析

泥浆是一种非牛顿体，其流变特性不同于一般清水。反映浆体流变特性的最基本参数是流变参数。文中论述了用粘度计测定浆体流变参数试验数据的计算方法，给出了适用于浆体在不同受力状态下的虚流变方程、流变参数的计算方法及浆体受力状态的定量判别式。     

泥石流的固液两相分界粒径

固液两相分界粒径的划分是采用两相流理论研究非均质泥石流的关键问题之一。通过分析泥石流液相浆体的组成机理,以及泥石流野外实测资料和试验数据发现,分界粒径与泥石流的容重、黏度和流速等因素密切相关;根据不同粒径颗粒的物理力学性质和运动特征,以及浆体中所含颗粒主要处于悬浮状态且不发生分选的特点认为,泥石流的分界粒径将随自身的演进过程在某个范围内发生变化,且其最大变化值与泥石流的颗粒组成和运动特征有关。根据各类泥石流中固相和液相的应力特征,分别讨论了不同输沙模式下分界粒径的确定方法。基于非均匀悬移质输沙理论,从泥石流运动过程中粗细颗粒交换的角度出发,利用挟沙力的概念建立了一套适用于两相紊流输沙模式下分界粒径的确定方法,其同时考虑了泥石流容重、黏度及流速等因素的影响,比较切合实际且能与实测资料的分析结果相吻合。     

试论泥石流浆体的静切力

泥石流浆体(即泥浆体)为具有静切力的幂律体.它与一相高含沙水流两者的成分和性质基本相同。本文从分析泥浆体的成分和流变性着手,重点探讨了泥浆体静切力的形成机理和影响静切力大小的因素,并对静切力值的确定作了初步分析。     

细颗粒浆体的应力松弛模型

本文在总结前人对浆体絮网结构、流变特性等研究的基础上,给出了影响浆体流变特性的结构系数λ所满足的微分方程,从而建立了粘性细颗粒浆体的应力松弛模型.通过三种实验(平衡实验、恒剪实验、结构恢复实验)论证了高浓度细颗粒浆体的应力松弛特征.该模型对解释细颗粒浆体的一些异常现象具有一定意义.     

泥浆浊液面沉速特性分析及试验研究

悬浊液浊液面沉速与粉细颗粒絮凝作用紧密相关.通过沉降柱试验,建立浊液面稳定沉降段基于泥浆悬浊液浓度与单颗粒沉速的浊液面沉速方程,分析了浊波面的形成原因与沉速影响因素.结果表明:泥浆中土颗粒因尺寸分布差异而在沉降过程中存在层次沉降现象,沉降过程中不同沉降高度处粒组大小、含量均不同;浊液面沉速主要由上层悬浊液次级絮团沉速确定,内部絮团沉速对浊液面沉速无显著影响;颗粒粒径、粒组含量、起始沉降浓度、自重效应、黏滞效应以及絮凝体结构的层次性与差异性均影响浊液面的形成及沉速,其中颗粒粒径与起始沉降浓度是决定絮凝作用程度的决定性因素.     

聚羧酸系减水剂对矿渣浆体流变性能的影响研究

采用改进的非线性Bingham模型,对掺入3类不同聚羧酸系减水剂的磨细矿渣复合浆体的流变特性进行了试验研究。结果表明:在聚羧酸系减水剂作用下,矿渣复合浆体的流变参数与净浆流动度呈负指数函数关系或线性关系;相对于常规聚羧酸系减水剂,流动度变化对早强型聚羧酸系减水剂复合浆体屈服应力的影响较大、对塑性粘度和触变性的影响较小;相同流动度条件下,掺醚类聚羧酸系减水剂复合浆体的屈服应力较小,塑性粘度、触变性及最大剪切应力较大。     

泥石流浆体流变参数的计算方法及其扩展性研究

利用云南东川蒋家沟泥石流的浆体流变实验数据,对现有流变参数计算公式进行优选,并分析了优选出的浆体流变参数计算式扩展到全粒径泥石流体的可行性。结果表明,Mooney公式和Krieger-Dougherty公式计算泥石流浆体的刚度系数精度较高,费祥俊公式和指数公式计算泥石流浆体的屈服应力精度较高;将这些公式应用于泥石流体时,对于密度较高的泥石流体不同公式的计算结果差异很大,总体而言费祥俊公式计算的屈服应力较为合理,对于黏性泥石流,利用浆体刚度系数并通过Krieger-Dougherty公式考虑粗颗粒影响的方法得到的刚度系数比较合理。本文的研究结果可以为泥石流动力学计算和防治工程设计提供参考。     

长距离输送浆体管道最大敷设角度的试验研究

为了确定长距离输送浆体管道的最大敷设角度,根据浆体中固体颗粒的固有特性和浆体的流变特性,研究了不同密度和粒度的浆体中固体颗粒的休止角,及其在同一浓度下的安息角和滑移角,并将研究结果与大型环管试验测得的最大敷设角度进行比较。结果表明:休止角、安息角和滑移角与长距离输送浆体管道的最大敷设角度存在一定的关系;采用浆体的滑移角作为长距离输送浆体管道的敷设角度具有合理性,既能保证长距离输送浆体管道的输送能力,又能保证长距离输送浆体管道正常、安全、可靠、平稳的运行;在长距离输送浆体管道停机再启动时,也不会发生浆体堵塞管道的事故。     

泥石流浆体屈服应力的计算方法

大量试验资料表明，泥石流浆体具有屈服应力，很多研究成果表明，浆体屈服应力由两部分组成，即网格结构的联结力和沙粒间的摩擦力，本文以颗粒电化学理论为基础，从理论上导出这两部分的表达式，得到浆体屈服应力公式，并用试验资料进行了验证。     

泥石流浆体流变参数的计算方法及其扩展性研究

利用云南东川蒋家沟泥石流的浆体流变实验数据，对现有流变参数计算公式进行优选，并讨论优选出的浆体流变参数计算式扩展到全粒径泥石流体的可行性。结果表明，Mooney公式和Krieger-Dougherty公式计算泥石流浆体的刚度系数精度较高，费祥俊公式和指数公式计算泥石流浆体的屈服应力精度较高；将这些公式应用于泥石流体时，对于密度较高的泥石流体不同公式的计算结果差异很大，总体而言费祥俊公式计算的屈服应力较为合理，对于粘性泥石流，利用浆体刚度系数并通过Krieger-Dougherty公式考虑粗颗粒影响的方法得到的刚度系数比较合理。本文的研究结果可以为泥石流动力学计算和防治工程设计提供参考。     

泥石流细颗粒浆体的有效浓度

粘性泥石流和稀性泥石流中的细颗粒含量基本相同,但它们的浆体浓度和物理力学性质却差异甚大.本文将从泥石流的颗粒组成出发,分析粗颗粒在泥石流中的作用,提出能够反映粗颗粒影响的有效浓度概念,给出一个计算实例,以说明它的计算方法.     

泥浆侵入土层泥膜状态细观分析与堆积单向性验证

基于离散元程序YADE编制了流体与颗粒相互作用及粒间范德华力作用模型,从粒径比、粒间范德华力两个方面分析了泥浆侵入土层初始恒速阶段的堆积状态。结果表明,范德华力是影响泥膜形成速度和空间力链结构的重要因素,使泥浆颗粒堆积比例产生量的变化,而粒径比是决定泥膜状态的关键因素;力链结构在空间的分布和联系反映了泥浆颗粒在土层中堆积具有一定的连续性和单向性。渗流单向性是堆积单向性的一种重要表现形式,通过砂-膨润土混合物变水头渗透试验给出了验证。增大范德华力可以在土层表面更快形成泥皮,这为通过理论或试验手段提高流体介质的Hamaker常数来优化泥浆配比提供了理论支撑。     

粒径分布和细颗粒含量对两相管流水力特性的影响

本文着重讨论了粒径分布和细颗粒含量对两相管流阻力损失、粗颗粒挟沙力和极限浓度的影响问题以及高浓度两相管流的运动机理。试验表明,细颗粒在浆液中有两重不同的作用;一是减小粗颗粒沉速,使更多的泥沙从推移转向悬移运动;一是增大浆液粘性。由于这两重作用的相互制约,使浆液阻力损失的变化较为复杂。不过,对于一定粒径的颗粒,存在一个最佳级配和细颗粒最优含量,在这个最优条件下,浆液粘性最小,阻力损失最小,输沙能力最大。在本试验的具体条件下,这个最优细颗粒含量(重量比)约为4～6％,这时由细颗粒及清水所组成的均质浆液仍保持为牛顿体。文中引入了自由孔隙比的概念,并初步证实它是较好地反映浓度、粒径分布和一定矿物组成的细颗粒含量影响的综合参数。分析表明,主要以粗颗粒组成的浆液,即使在极限浓度情况下,也不是均质浆液,仍为两相流体。这种浆液的淤堵或出现“浆河”现象,与水力条件关系不大,而是取决于颗粒与颗粒之间的空隙是否能使它们继续保持流动。     

确定毛细管粘度计α β值的方法

一、问题的提出 在研究高含沙水流运动规律时,其流变特性显得越来越重要.一般说来,高浓度泥浆呈非牛顿体特性,可近似地用宾汉模型来描述. 近几年,国内泥沙界普遍采用毛细管粘度计(见图1)测定流变参数.从目前各家所推荐的流变参数计算公式来看,计算的刚度系数值比较接近,相差不大;而计算的宾汉切应力相差很远,有的可差到3～5倍.鉴于宾汉切应力是一个非常重要的参数,就     

白龙江甘家沟泥石流过坝堆积物力学性能分析

白龙江流域是我国泥石流危害最严重的地区之一,泥石流沟分布密度和泥石流发生频率居全国首位,尽管多次治理,但仍然造成了大量的人员伤亡和财产损失。以甘家沟为研究对象,通过野外实地调查,在分析防治工程现状的基础上,通过颗分试验、流变试验和直剪试验,对比分析了坝上游和坝下游泥石流堆积物的颗粒级配变化情况、浆体流变特性与抗剪强度等性能指标。结果显示:实体拦砂坝存在调节泥石流颗粒粒径作用,但调节效果不显著;拦砂坝的拦挡作用会改变泥石流的力学性能;粒径调节作用较显著的坝体,其坝下游堆积物浆体的剪切应力小于坝上游堆积物浆体的剪切应力,坝下游堆积物抗剪强度略大于坝上游堆积物抗剪强度;泥石流颗粒级配的差异是影响其流变特性与抗剪强度的重要原因。该研究结果对今后泥石流工程坝型选择与参数设计具有一定的参考意义。     

球形颗粒散粒体的强度和变形特性试验研究

 采用大型三轴仪对球形颗粒散粒体进行了应变式三轴试验。试验结果表明,球形颗粒散粒体应力-应变关系符合理想弹塑性模型,其强度符合Mohr-Coulomb强度理论,体变与轴向应变关系符合线性关系。散粒体的强度和变形特性与其颗粒调整方式有密切关系。     

混合材种类对水泥浆体流变性的影响

本试验通过对水泥凝结时间、标准稠度需水量、净浆扩展度经时损失、胶砂流动度以及流变参数的测定,系统研究了混合材种类、掺量以及细度等对新拌水泥浆体流动性能的影响。研究结果表明:混合材的种类和掺入量对水泥浆体的流变性能有较大的影响。     

泥石流应力本构关系

利用作者在专门研制的仪器上进行两相体流变试验所获得的数据，进行了两相体应力本构关系的分析.两相体受剪时的应力是它的液相应力和颗粒应力之和，同时还存在着相间的相互影响.由张量分析结果，本构关系式可采用切变率二次多项式的形式.多项式中的每一项对应着不同的作用机制：切变率的零次项反映颗粒间的接触挤压作用和液相的屈服强度；一次项反映颗粒间的摩擦滑动和液相的粘滞应力；二次项反映颗粒的惯性碰撞作用和液相的雷诺应力.用相关分析建立了每一项的系数与两相体特性间的关系.每一项的颗粒切/法应力比具有不同的数值，其中二次项的应力比较小，数值与Bagnold的颗粒惯性区的值相近，零次项和一次项的比值较大，与宏观粘性区的值相近.在相当于自然界泥石流运动的颗粒特性和切变率条件下，颗粒的碰撞应力可不予考虑，可用具有屈服值的直线方程来表示.