风沙环境下动车组车顶绝缘子冲蚀磨损的仿真研究

为研究动车组车顶支柱绝缘子不同部位的冲蚀磨损情况,采用RNG K-epsilon湍流模型及离散相模型,实现了对绝缘子冲蚀磨损的数值模拟。仿真结果表明,绝缘子伞裙边缘的磨损速率随位置的变化呈"M"状分布,最大磨损位置为45°角附近;仿真结果与试验验证结果能够较好吻合,可为风沙环境下绝缘子结构的优化及运行寿命预测提供依据;伞裙迎风面各部位的冲蚀磨损率随着气流速度及沙尘颗粒粒径的增大而增大,且最大冲蚀磨损率位置向外侧偏移。     

防砂筛管金属平纹编织网冲蚀模拟分析

针对金属平纹编织网在油井防砂过程中的冲蚀磨损问题,基于Realizable k-ε模型和离散相模型模拟固液两相流动,采用McLaury模型计算壁面冲蚀速率,研究了金属平纹编织网冲蚀磨损的特点及流场分布特征,分析了各因素影响下的冲蚀磨损规律。结果表明:金属平纹编织网冲蚀严重区域集中在下纬丝靠经丝区域;在不考虑砂粒堵塞的工况下,金属平纹编织网冲蚀率随流体流速增加呈指数增长,随含砂质量分数及砂粒直径增加呈线性增长;冲击角度越大,冲蚀率越高,当冲击角度为90°时冲蚀率最大,随着冲击角度的降低,冲蚀破坏区域逐渐向经丝上表面和下纬丝与经丝交汇处发展。     

超大直径泥水盾构排浆管磨损研究

为研究泥水盾构环流系统排浆管磨损规律,根据环流系统实际工况确定计算参数,采用流固耦合方法建立了包含磨损效应的排浆管内携渣泥浆运动数值计算模型.通过模拟排浆管直管段、弯管段等特征位置携渣泥浆不同流向运动过程,揭示了渣土颗粒运动特征和管壁磨损分布规律.     

不同因素对建筑渣土泥浆流变性能的影响

采用赫切尔-巴尔克模型拟合流变曲线,研究了含水率、外加剂（聚羧酸减水剂和季铵盐型表面活性剂）对建筑渣土泥浆在不同静置时间下流变性能的影响,并阐明了外加剂的作用机理.结果表明：随着含水率的增大,建筑渣土泥浆的流变性能参数均减小;随着2种外加剂掺量的增大,建筑渣土泥浆的初始表观黏度和塑性黏度先增大后减小;建筑渣土泥浆的屈服应力随着季铵盐型表面活性剂掺量的增加而一直增大,随着聚羧酸减水剂掺量的增大先增大后减小,相同掺量下聚羧酸减水剂的作用效果更好;外加剂分子间的排斥力与黏土对外加剂的吸附力两者之间的主导作用决定建筑渣土泥浆的流变性能.     

基于FLUENT天然气集输管道直角弯管磨损分析

应用Fluent软件对直角弯管磨损情况进行数值模拟,研究天然气集输过程中有浮升力和无浮升力条件下不同颗粒直径、不同气流流速条件对弯管磨损的影响,研究结果表明:无浮升力和有浮升力条件下,随着粒径增大,弯管壁面的1.5 s累计最大冲蚀量先减小后逐渐增大,粒径小于50μm的微小颗粒对管壁的冲蚀磨损程度较小。有浮升力条件下,管道壁面的1.5 s累计冲蚀量有所增大,这是由于颗粒在浮升力作用下更多地碰撞弯管壁面。无浮升力和有浮升力条件下,随着粒径增大,弯管壁面的1.5s累计最大沉积量先快速下降而后缓慢增加。有浮升力的条件下,颗粒运动对壁面的沉积效应有所缓解,随着粒径的不断增大,浮升力对管壁的沉积影响逐渐变小。较小粒径的颗粒受浮升力影响在管道沉积方面表现更为敏感。无浮升力和有浮升力条件下,随着气流入口流速的不断增大,弯管壁面的1.5 s累计最大冲蚀量逐渐增大。有浮升力条件下,当入口流速增大时,增大的浮升力导致颗粒跳跃增多,浮升力作用增强了颗粒对弯管壁面的冲蚀破坏。无浮升力和有浮升力条件下,随着气流入口流速的不断增大,弯管壁面的1.5 s累计最大沉积量呈现先减小后逐渐增大的趋势。有浮升力条件下,入口流速增大时,边界层内速度梯度使颗粒旋转而产生更大的浮升力,致使颗粒的沉积量减少。但随着入口流速的继续增大,边界层厚度逐渐变薄,,浮升力的影响作用减小,颗粒沉积量增大。合理控制入口流速能够有效减少管道磨损。     

电潜泵叶轮冲蚀磨损的数值模拟及验证

针对同井采注水中电潜泵叶轮出现的冲蚀磨损问题,采用RNG k-ε湍流模型和离散相模型,实现对冲蚀磨损的数值模拟。通过对不同粒径和转速条件下叶轮的冲蚀磨损进行分析,得到了冲蚀磨损规律和磨损机理。研究结果表明,叶片凹面中心是最严重的冲蚀磨损区域;转速和砂粒粒径增大都会加剧冲蚀磨损,逐步使冲蚀磨损较严重的区域由凹面中部的一点逐步扩展到整个凹面;0.07 mm是冲蚀磨损迅速增强的临界点;数值模拟结果与验证结果吻合较好。因此,利用CFD预测潜油电泵叶轮的冲蚀磨损是可行的。     

中粗砂输送顺直钢制管最大磨损率计算公式

针对疏浚工程中粗砂输送钢制排泥管(DN850、Q235)磨损严重,无法准确计算磨损率的问题,通过不同疏浚工程排泥管磨损量、输送流速、输送浓度、介质粒径等实测值优化Turner磨损率经验公式,将之应用于中粗砂输送顺直钢制排泥管磨损率预测。结果表明,输送管道底部高浓度中粗砂持续的作用造成管道底部磨损严重;Turner磨损率经验公式,在钢制排泥管中粗砂输送条件下,其预测误差仅为1.8%;Turner公式的成功应用,为中粗砂吹填工程排泥管调配提供了精确的磨损量预测值,有利于实现排泥管的最大经济价值。     

生石灰膨润土泥浆土压盾构渣土改良试验研究

土压平衡盾构在砂性地层施工中,常出现盾构刀盘磨损严重、扭矩过大、土压舱土体难形成塑流状态等问题,施工中常使用膨润土泥浆作为土体改良剂对切削渣土进行改良来解决上述问题。本文以膨润土和生石灰为原料配制土体改良剂,通过采用泥浆粘度和相对密度为参考指标优选出合适的泥浆作为土体改良剂对渣土进行改良,并对改良渣土开展坍落度试验和剪切试验来综合评价生石灰含量对渣土改良效果的影响。试验结果表明:对于生石灰掺量为0%~2.8%的膨润土泥浆,随着生石灰含量的增加,泥浆的粘度和相对密度有所增加,改良后渣土的抗剪强度有所降低,在生石灰含量为1.4%时坍落度能较好的满足施工要求。     

磨粒形态对水工抗冲磨混凝土磨损程度的影响

磨粒形态是水工混凝土的磨损程度的重要影响因素之一,为了更好的评价抗冲磨混凝土的使用寿命,需建立磨粒形态与混凝土磨损程度之间的关系。通过改进水下钢球法试验,研究了在1.7～2.4 m/s流速下,玄武岩石料对抗冲磨硅粉混凝土磨损率的变化过程。同时采用图像采集方法获得石料的形状系数以衡量磨粒形态对混凝土磨损程度的影响。试验结果表明:水流流速越大,磨粒外形越尖锐,则混凝土的磨损率越大,且磨粒形态与混凝土磨损率之间呈现幂函数关系。     

砂子级配对砂浆冲蚀磨损性能的影响

处在强风沙流地段的混凝土结构会受到强风挟带沙粒的的冲蚀磨损,造成混凝土结构耐久性的降低。本文采用气流挟沙喷射法模拟戈壁风沙流环境,对不同砂子级配砂浆进行冲蚀磨损试验,研究冲蚀参数及砂子级配对砂浆冲蚀磨损性能的影响。试验结果表明,不同砂子级配砂浆在各冲蚀速度下,90°冲蚀时冲蚀率最高,而30°冲蚀时冲蚀率最低,与传统脆性材料的冲蚀规律相一致。砂浆试样所用砂子的级配影响其冲蚀率,砂浆试样所用砂子的级配越小,则其冲蚀率越大,级配越大,则其冲蚀率越小。不同砂子级配砂浆短期内的冲蚀机制主要为选择性冲蚀。     

泥水盾构中劈裂压力影响因素研究

泥水盾构在软弱含水地层中掘进时,泥水支护压力过大容易导致掌子面发生水力劈裂,从而引起掌子面坍塌。研究掌子面劈裂压力的影响因素对防止水力劈裂的发生有重要意义。由于现场试验实施困难、风险高,故设计制作了一种水力劈裂装置,并采用盲孔试样模拟隧道劈裂的发生。通过正交试验配制不同强度的人造黏土用于研究劈裂压力与强度的关系,并采用不同黏度的泥浆进行盲孔试样劈裂试验,分析泥浆黏度对劈裂压力的影响。研究结果表明：在两种加载条件下,劈裂压力随着无侧限抗压强度的增大线性增大。当泥浆黏度小于27s时,劈裂压力随泥浆黏度增大而增大,但随时间增长,增大速度变缓;当泥浆黏度大于27s时,随着黏度的增大,劈裂压力稳定在一定值基本不再增大;盲孔试样破坏后具有明显的劈裂面,且不同泥浆黏度时试样的劈裂面基本一致,均自盲孔底端斜向上延伸。     

粗粒土孔隙特征及其对泥浆渗透性的影响

土的渗透性与其骨架构成的孔隙通道有本质联系。在假定粗粒土颗粒呈球形且粒径分布均匀变化的条件下,首先给出了同一粒组最密实状态的土粒体积和孔隙体积的确定方法;进而,依据最密实状态条件下各粒组土粒体积和骨架孔隙体积,从最小粒组到最大粒组,依次比较小于或等于某粒组土粒体积、骨架孔隙体积之和与大一级粒组的骨架孔隙体积,后者大于前者即出现架空空隙,提出了最大渗流单粒孔隙的确定方法。通过不同级配试样的泥浆渗透试验表明,随着最大渗流单粒孔隙的增大,依次出现入渗面形成泥皮和未形成泥皮两类孔隙特征粗粒土的泥浆渗透。在入渗面未形成泥皮条件下,随着最大渗流单粒孔隙的增大,泥浆渗流量逐渐增大;在形成泥皮的条件下,随着最大渗流单粒孔隙的增大,形成时间逐渐增长,泥浆穿透土样的渗径逐渐增大。验证了最大渗流单粒孔隙反映粗粒土渗透性的合理性。     

高粘度陶瓷浆料流延过程工艺条件的研究

本文研究了高粘度流延浆料在流延过程中流延出坯片厚度与流延速度、浆料粘度的关系及该浆料的干燥条件对坯片质量的影响。     

考虑封孔浆体黏度时空变化的止浆机制研究

封孔止浆技术是松软地层注浆防渗加固的重要手段,而封孔浆体自下而上的注入方式及其黏度时变特性导致浆体在止浆段长内黏度呈现出空间分布不均匀。通过流变试验获取封孔浆体流变参数与流型,建立考虑黏度时空变化的宾汉流体同心环状劈裂封孔浆体止浆模型,推导出黏度时空变化的封孔浆体止浆的控制方程,并定量分析封孔浆体的止浆能力,最后将研究成果成功应用于河堤防渗加固注浆工程。研究结果表明,封孔浆体黏度时空变化对浆体封孔止浆能力影响较大,其止浆能力与浆体流变参数、浆体塑性强度、封孔高度等有关;封孔浆体所能承受的极限注浆压力随封孔浆体固化剂掺量的增加或封孔浆体塑性强度的增大而增大,且这种变化随封孔高度的增高而表现的越明显,综合考虑注浆堵管、后续拔管等问题,封孔浆体水固比宜控制在1∶1左右,且黏土含量不宜超过50%,固化剂掺量宜控制在1.2%～1.8%;现场钻孔取样、压水试验均反映注浆后地层连续性和整体性得到了显著提高,已达到设计防渗加固标准,理论计算推导虽与实测结果存在一定误差,但可满足实际工程要求。研究结果有利于封孔浆体止浆技术的进一步推广应用,可为工程实践提供理论指导。     

A grouting simulation method for quick-setting slurry in karst conduit: The sequential flow and solidification method

It is difficult to temporally and spatially track and characterize the slurry viscosity in flowing water during grouting simulation. In this study, a sequential flow and solidification (SFS) method considering the spatial-temporal evolution of slurry viscosity in flowing water in karst conduit is proposed. First, a time-dependent model for the threshold function of slurry viscosity is established. During the grouting process, the spatial-temporal evolution of slurry viscosity is revealed by tracking the diffusion behavior of the slurry injected at different times. This method is capable of describing the gradual solidification process of the slurry during grouting. Furthermore, a physical model of grouting in a karst conduit is developed. Second, the effectiveness of the SFS method in grouting simulation is verified by the experiment of grouting conduit in flowing water. The SFS method enables real-time monitoring of fluid velocity and pressure during grouting in flowing water and provides a feasible calculation method for revealing the grouting plugging mechanism in complex karst conduits at different engineering scales. In addition, it can be used to guide the design of grouting tests in flowing water, improve cost efficiency, and provide theoretical basis for optimizing grouting design and slurry selection.     

现场泥水劈裂试验及应用研究

采用泥水平衡盾构进行过江越海隧道施工时,重要的技术难点就是特殊小覆土区间盾构掘进保证开挖面稳定以及防止泥水劈裂的发生。对于泥水劈裂现象的室内试验研究,有一定的基础资料。但是,由于尺寸和边界条件限制,使其研究成果不能直接应用到工程中去。在理论分析的基础上,研制了现场泥水劈裂仪,确定了劈裂试验的具体实施步骤和劈裂压力的断定方法。并在南京某在建过江隧道工程中进行了现场劈裂试验。（1）试验结果表明：由于劈裂过程为突变过程,采用总应力法时,地层劈裂模型能很好的预测地层劈裂压力,也更符合实际工况;由理论分析得出,掘进模式模型的地层劈裂压力更小,几乎与地层静止侧向土压力相当;增加泥水黏度能够增加地层劈裂压力,但增加量有限。（2）运用现场劈裂试验结果给出了防止泥水劈裂的泥水压力设定上限值,并运用盾构机在始发不远处进行了原位泥水劈裂试验,在一定程度上验证了预测模型的准确性。     

泥水盾构开挖面渗透带土体电阻率特性试验研究

泥浆渗透是泥水盾构开挖面成膜的关键过程,土体电阻率表征方法能够及时、有效反映泥浆渗透状态。采用二电极交流电法电阻率测试仪对泥浆 土体混合物的电阻率进行了测试,研究了孔隙水、CMC(羧甲基纤维素钠)、电极间距和泥浆浓度等因素对土体电阻率的影响。结果表明：土体电阻率随泥浆浓度增大而减小;海水和CMC的掺入将降低土体电阻率,但两者对膨润土颗粒的作用机理有所不同,海水的掺入导致膨润土颗粒发生絮凝和团聚,而CMC的掺入将使泥浆中离子的定向迁移能力增强;接触电阻亦对土体电阻率产生影响,为了获得可靠的土体电阻率测试值,应进行多次不同电极距离的测试。     

泥水盾构泥膜形成时开挖面地层孔压变化规律研究

为保证开挖面的稳定，泥水盾构泥水舱中的泥浆必须在开挖面上形成微透水的泥膜，将部分泥浆压力转化为有效应力，泥浆压力才能平衡地层中的土压力和水压力。目前关于泥膜形成时泥浆压力的转化规律及其影响因素尚不清楚。针对这一问题，在自制的泥浆渗透装置中，以12组不同性质的泥浆开展渗透试验，通过测定泥膜形成过程中地层超静孔隙水应力的变化，并分析影响其分布的因素，明确了泥膜的作用机理。结果表明：随着泥膜的形成，泥浆压力在地层中转化为抵抗地层静水压力的孔压、超静孔隙水应力和抵抗地层土压力的有效应力；超静孔隙水应力在泥膜段迅速降低，在地层深处逐渐趋于稳定；泥浆的密度是影响地层超静孔隙水压力分布规律的主要因素之一，泥浆黏度对其影响较小。这一结果对于泥浆压力的设定和泥浆的配制有重要的指导意义。     

浆体黏度和级配颗粒组合条件下泥石流冲击特性模型试验

冲击特性是泥石流减灾及沟谷地貌演化的重要基础理论问题。建立泥石流冲击试验模型并进行了5组液相浆体黏度（0,0.13,0.37,0.72,0.93 Pa·s）、5组固相比（0,0.02,0.04,0.08,0.16）,5组固相颗粒粒径（0,0.075～0.2,0.3～0.5,0.8～1.0,1.3～1.5 cm）组合下的泥石流冲击特性模型试验,将试验工况分为清水流、水石流与泥石流,采用小波理论对冲击荷载进行消噪并进行冲击荷载时程曲线及冲击荷载均值分析。分析结果表明：清水流冲击荷载均值为2.84 kPa;水石流冲击荷载均值与固相比及颗粒粒径大小呈正比,且固相比越大,水石流龙头冲击作用越小,颗粒粒径越大,冲击荷载变化幅度越大;泥石流时,随着浆体黏度、固相比及颗粒粒径增大,泥石流冲击力呈非线性增大,浆体黏度对泥石流冲击力影响明显,随着黏度的增大,不同颗粒粒径组合下泥石流冲击力均值分别为4.41,5.09,5.89,6.46,6.70 kPa。     

水泥浆液粘度随时间变化的试验研究

通过室内试验对水泥浆液在注浆时间段内粘度随时间的变化关系进行了研究，并借助计算机程序计算拟合出了其关系曲线和关系式，研究得出，浆液粘度随时间的延长逐渐增大，变化非常的明显，通过控制注浆时间可以控制浆液的扩散范围。