南水北调中线段原状膨胀土抗剪强度试验研究

膨胀土的抗剪强度除了受含水率、干密度、正压力、干湿循环、裂隙等因素影响外,同时受到黏粒含量和塑性指数的影响。现有研究对于黏粒含量和塑性指数的考虑不足,不能系统、客观地反映某一个地区内膨胀土抗剪强度的规律性变化。以南水北调中线段某一个县的21种原状膨胀土为基础,作者研究了膨胀土中黏粒含量对其自由膨胀率、塑性指数的影响,并利用电动应变控制式剪切仪和ShearTracⅡ反复直剪仪分别以0.8和0.02mm/min的剪切速率开展了原状膨胀土的快剪（包括快剪、饱和快剪、饱和固结快剪）试验和残余剪试验,分析了黏粒含量、塑性指数对快剪强度摩擦角、残余强度摩擦角的影响。研究结果表明：自由膨胀率随黏粒含量的增加逐渐增大并趋于平缓;塑性指数随黏粒含量的增加逐渐增大,当黏粒含量增大到33%时,塑性指数开始趋于平缓;试样抽气饱和后,强度明显降低,表现为饱和快剪强度摩擦角小于快剪摩擦角,固结对试样起到了“治愈”作用,强度明显提高,表现为饱和固结快剪摩擦角高于饱和快剪摩擦角;随着黏粒含量、塑性指数的增加,快剪摩擦角、饱和快剪摩擦角、饱和固结快剪摩擦角均随之减小,当黏粒含量、塑性指数达到临界值（临界值分别为32%和24%）后,摩擦角变化趋于平缓;残余强度摩擦角随黏粒含量的增加逐渐减小并趋于平缓,但是随着塑性指数的增加,残余强度摩擦角逐渐减小后是否趋于平缓尚有待进一步的研究。     

山区流域坡面汇流时间参数优化试验研究

山区流域坡体陡峻、植被覆盖变化大,暴雨作用下的洪水响应过程复杂,坡面汇流时间是洪水过程模拟的关键参数。目前应用最为广泛的坡面汇流时间公式,以坡面长度L、糙率n、有效降雨强度i及坡度S的恒定指数形式表征其对汇流时间T的变化,公式形式为：T=L^0.6n^0.6i^–0.4S^–0.3。降雨强度对汇流时间的影响,以降雨强度的恒定指数–0.4来表征其对汇流时间变化,而较少反映坡度与植被覆盖度的影响。本研究基于不同坡度、不同植被覆盖度条件下坡面汇流的系列试验,结合专业的数据统计软件,对相关数据进行分类处理,深入分析了坡面汇流时间参数的变化规律。研究结果表明：无植被情况,不同坡度对雨强指数存在一定影响,在45°及30°坡面上,雨强对坡面汇流时间影响的雨强指数拟合值约为–0.40,这与常用的研究成果基本吻合,在15°及5°坡面上,雨强指数拟合值分别为–0.30及–0.25,比常用雨强指数值略微偏大;有植被覆盖情况,不同植被覆盖度对雨强指数的影响十分明显,45°、30°及15°坡面,植被覆盖度50%以上时其雨强指数拟合值平均为–0.63,明显小于常用雨强指数–0.4,20%覆盖度情况下,雨强指数均值约为–0.37,与常用雨强指数–0.4接近,5°坡面不同植被覆盖度对雨强指数影响不大,雨强指数基本在–0.25～–0.30之间。     

基于源荷匹配度的多综合能源社区日前共享模型

综合能源社区内有限的调节能力是制约社区型综合(分布式)能源系统发展的关键因素,为此提出一种考虑社区间源荷曲线匹配度的多社区日前能源优化共享模型。首先,在单个社区内具体分析供能结构和多能流动关系,搭建含电动汽车(electric vehicle,EV)和多个能源转换设备的数学模型,并建立以购能成本、设备运维成本和电动汽车电池损耗成本最小的目标函数;其次,在社区间考虑基于光伏和负荷数据的综合Spearman常数和欧式距离的匹配指标,以能源交互成本最小为目标,对多社区运营效益进行优化。最后,通过一个三社区模拟系统进行仿真,结果表明多能源共享模式能有效提升系统整体经济性和光伏消纳能力,模型中匹配指标的引入也使得能源传输效率得到提升,从而验证了所提模型的合理性与有效性。     

基于岩渣粒径分布规律的TBM 刀具消耗分析

岩渣是TBM掘进过程中岩机作用的直接产物,其粒径分布规律是进行TBM地质适应性、掘进效率和刀具消耗评价的重要指标。针对刀具消耗评价问题,结合兰州水源地建设工程输水隧洞双护盾TBM施工,对TBM在不同岩体条件中掘进时产生的岩渣进行了现场量测与筛分试验,并对实测岩渣粒径分布数据进行了统计分析和理论分布函数拟合。对TBM掘进过程中刀具消耗规律进行了分析总结,探讨了不同岩体条件下TBM刀具消耗规律与岩渣粗糙度指数、岩渣颗粒级配系数以及岩渣粒径分组比例等参数之间的相关关系。研究结果表明:① 刀具消耗与岩体地质条件密切相关,岩石强度越高,耐磨性越强,刀具消耗越大,Ⅱ类和Ⅳ类围岩中TBM刀具消耗明显高于Ⅲ类围岩;滚刀直径对刀具消耗有一定影响,采用大直径滚刀可降低同等围岩条件下的刀具消耗;② 不同岩性条件下岩渣粒径分布不均匀,总体上属于级配良好,符合Rosin-Rammler函数,可采用Rosin-Rammler函数进行岩渣粒径分布参数计算;③ 刀具消耗与岩渣曲率系数的相关性不明显,与不均匀系数存在较好的二次函数关系,相关系数为0.875;④ 刀具消耗与岩渣粗糙度指数存在较显著的二次函数关系,相关系数为0.87,当岩渣粗糙度指数大于430时,岩渣粗糙度指数越高,TBM掘进效率越高,刀具消耗越小;⑤ 刀具消耗与岩渣几何平均粒径、R-R函数平均粒径呈正相关性,相关系数为0.84;⑥ 刀具消耗与岩渣形状含量比例之间密切相关。硬岩片状岩渣含量多时,刀具消耗较小,当片状岩渣含量大于40%时,刀具消耗降低速率加快;而块状与粉状岩渣多时,刀具消耗较大,当块状岩渣含量大于40%时,刀具消耗增加速率增高。研究成果建立了TBM刀具消耗与岩渣粒径分布规律之间的有效联系。     

飞机成像目标的红外隐身效果评估

评估飞机成像目标的红外隐身效果,对飞机红外隐身技术的发展、隐身反隐身作战具有重要的意义。提出了一种飞机成像目标红外隐身效果的评估方法：结合成像探测器工作原理,考虑图像处理各个阶段的算法特点,基于多种图像特征,制定出能反映背景影响和诱饵干扰影响的飞机成像目标红外隐身效果评估指标;通过建立红外成像探测器仿真模型,验证了所制定的评估指标的合理性;最后依据评估指标评估了采用不同隐身技术和施放诱饵干扰对飞机隐身效果的影响,得到了一些对飞机隐身和反隐身具有指导意义的结论。     

基于光谱干涉技术的玻璃厚度及折射率测量方法

基于光谱干涉技术提出了一种能够同时测量玻璃厚度及折射率的方法,该方法利用迈克尔逊光路,通过傅里叶变换算法对光谱仪接收的干涉信号进行解算,获取光谱干涉条纹的调制周期,根据待测玻璃样品放入测量臂前后,测量臂与参考臂所形成的光程差即可求出玻璃样品的几何厚度和折射率。该方法无需机械扫描延迟线并采用改进的傅里叶域下的相位提取算法,提高了测量系统抗干扰能力,探测速度快。实验结果表明：对玻璃样品的厚度测量精度优于±1μm,折射率测量精度±5×10^-4。     

RV减速器回差分析与实验测试研究

以自制的高精度RV减速器为研究对象,针对传动原理与结构特点,采用灵敏度指数分析,对RV减速器参数进行优化设计,得出了理论减速器的几何回差的理论值,通过实验验证了该方法的有效性。研究结果理论几何回差值计算为0.397’⁰.859’,而实验测试回差值为0.93’。通过实验验证测试结果与理论计算结果对比分析验证,该自制的RV减速器回差满足减速器的使用要求。该研究为RV减速器的研发提供了理论依据。     

生态脆弱矿区高强度植被恢复对地下水补给的影响

为研究生态脆弱矿区高强度植被恢复对地下水补给的影响机制,结合野外裸土区和植被覆盖区两个原位试验观测点的观测数据,以两种模式下的降水—土壤水—地下水转化过程为研究对象,在遥感解译和野外原位观测试验的基础上,采用数值模拟分析不同叶面积指数条件下的植被耗水特征和降水入渗系数。研究结果表明:矿区尺度的植被指数和植被净初级生产力都呈持续增加现象,表现为低覆盖区连续减小,中、高覆盖区持续增大;裸土区20 cm处土壤总水势最大,表现为土壤水自20 cm处向上、下两侧运移,较易接受大气降水的补给。植被覆盖区土壤总水势远低于裸土区的土壤水势,在根系密集区出现水势低点,表现为上部、下部和侧向的土壤水向植被根系处运移,不易接受大气降水的补给;裸土区地下水位表现出缓慢上升的趋势,以低强度的入渗补给为主;植被覆盖区地下水位表现出明显的持续下降趋势,以高强度的蒸发排泄为主。受植被蒸腾耗水影响,地下水面处水分垂向交换量由-0.035 cm/d(入渗)增加至0.480 cm/d(排泄),使得水分运移方向和水分垂向交换量都发生明显改变;随着叶面积指数的增加植被耗水量呈增加趋势,土壤中向下运移的水流通量逐步减小,导致地下水接受降水的补给量减小,表现出随着叶面积指数的增加,降水入渗系数逐步减小。数值模拟结果表明,裸土条件下风积沙的入渗系数为0.54,随着叶面积指数由0增大至3.5,入渗系数减小至0.198,减小幅度高达63.3%,对榆神矿区的地下水补给产生重要的影响。在榆神矿区植被恢复的工程实践中,应优先考虑植被类型和植被覆盖度两个基本要素,选择耗水量较小的植被类型和适宜的植被覆盖度,避免出现由于区域生态耗水量过大引发的降水入渗补给量大幅减小的现象发生,以实现生态脆弱矿区植被恢复与地下水资源保护的协调发展。     

附加气室空气弹簧隔振的振动筛动力学建模与分析

附加气室空气弹簧在两个气室之间设有节流元件,可吸收振动的能量,具有良好的阻尼特性。 作为一种新型隔振元件,附加气室空气弹簧能缩短振动筛过共振区时间,减小共振振幅及附加倾摆运动,提高振动筛运行的平稳性。分析振动筛二自由度动力学模型,并求解运动学微分方程,发现振动筛实际振动方向角不等于激振力作用方向角,振幅和抛掷指数也可用单自由度模型表征;利用热力学和流体力学理论建立附加气室空气弹簧的线性模型,得到其刚度阻尼的表达式,基于此,推导出附加气室空气弹簧的振动筛动力学模型,并建立运动学微分方程;搭建附加气室空气弹簧隔振系统和振动实验台,测试实验台的运动学参数;在MATLAB/Simulink环境下对所建动力学模型进行仿真研究,并与实验台测试结果进行了比较分析。 结果表明:模型仿真振幅为5.321 mm,实验测试的稳态振幅为5.372 mm,二者误差仅为1%,具有较高的准确性。模型仿真结果显示:电机转速对振幅影响较小,对抛掷指数影响较大,随着电机转速由840 r/min增加到990 r/min时,振幅由4.549 mm降为4.427 mm,抛掷指数由3.6上升到4.9;改变隔振系统的初始气压可以调节振幅,当初始气压由0.1 MPa增加到0.6 MPa时,振幅由4.446 mm增加到6.159 mm;节流孔直径对振幅的影响不明显,当节流孔直径由2 mm增加到20 mm时,振幅由4.443 mm变为4.467 mm;通过改变电机转速和隔振系统初始气压组合,可以使试验台振幅在4.45~6.16 mm、抛掷指数在3.46~6.16内变化,实现对振动筛的调节。     

岩石单轴压缩试验中能量演化分析方法

为了探究岩石单轴压缩试验过程中的能量演化规律,利用RMT-150b岩石力学测试系统采用相同的加载速率对白砂岩分别进行了单轴压缩试验、单轴分级加卸载试验。基于裂纹产生及扩展模型研究,假设疲劳损伤和裂纹间的界面摩擦对弹性能无影响,则可以认为单轴压缩中与单轴分级加卸载各卸载点荷载相等处,弹性能均相等。基于上述假设对单轴压缩过程中弹性能、耗散能、弹性能占总能量比例、耗散能占总能量比例、弹性能与耗散能比值等进行分析。通过利用红砂岩单轴循环加卸载中弹性能的演化规律验证了这一假设的正确性。研究结果表明:① 通过对单轴压缩试验过程中能量演化规律分析发现塑性耗散能、弹性能、滞回效应耗散能存在于岩石单轴压缩的各个阶段。② 部分滞回效应能可以储存在岩石内部并且随着荷载增大呈线性增长。③弹性能与塑性能的增长速率都随着荷载增大而增大,通过对弹性能与耗散能比值分析,得出了不同荷载范围内岩石的弹性能与耗散能增长速率的比较,并且在岩石强度的80%左右处弹性能与耗散能比值达到最大,与弹性能量指数相等,说明该分析方法对岩石能量演化趋势的分析具有一定的合理性。④ 通过红砂岩单轴循环加卸载试验分析发现,疲劳损伤和裂纹间的界面摩擦会产生塑性变形导致岩石加卸载曲线逐渐右移,且对弹性能无影响。⑤根据单轴分级加卸载各卸载点弹性能分析单轴压缩试验过程中能量演化规律,并使用单轴循环加卸载试验的弹性能演化规律进行验证,说明了分析方法的正确性。