李宗利绘画作品欣赏

李宗利,画家、诗人,国际注册绘画大师,国家一级美术师,中国美术家协会会员。新乐美术家协会主席。

从纳米水化硅酸钙到水泥净浆弹性性能多尺度递推模型

混凝土具有多尺度结构特征,其力学性能受到不同水化产物组分及微观结构的影响。基于分子动力学方法、化学计量法和均质化方法,建立了从纳米尺度水化硅酸钙(C-S-H)到水泥净浆弹性性能多尺度递推模型,其计算结果与实验数据吻合较好。基于该模型的计算结果可得:C-S-H凝胶中44%的孔隙率致使其体积模量、剪切模量和杨氏模量分别降低了约66%、53%和55%。当水灰比从0.3变化至0.5时,水泥净浆的体积模量、剪切模量和杨氏模量分别降低了约39%、30%和32%;LD C-S-H和毛细孔的体积分数分别增大了13%和20%。水化产物中C-S-H的体积分数越大,或水泥熟料中硅酸三钙的质量分数越大,水泥净浆的弹性参数越大。该模型为水泥基材料微观调控提供了指导。

基于能量法的多孔材料抗拉强度预测模型

将多孔材料缺陷简化为空心球,运用弹性力学的基本知识,基于能量法建立不同缺陷含量的多孔材料与材料基质极限应变能密度之间的关系,结合多孔材料的破坏假定和最大拉应力准则,推导了不同缺陷含量的多孔材料的抗拉强度。采用孔径结构影响系数来考虑孔径分布的影响,对抗拉强度预测模型进行修正。预测模型与试验结果和经典的多孔材料强度预测模型进行对比,并分析了泊松比和孔径分布对其影响规律。结果表明:建立的抗拉强度预测模型的预测值和试验结果吻合较好。不考虑孔径分布影响时,文中模型与经典模型有良好的一致性;泊松比对抗强度的影响随着孔隙率的增大而增大。抗拉强度同时受到总孔隙率和孔径分布的影响,随孔隙率的增大而减小;孔隙率一定时,小孔径含量越多,抗拉强度越大。

基于损伤模型的混凝土冻融循环过程数值模拟研究

冻融损伤是寒区混凝土主要破坏方式之一,冻融过程是混凝土材料逐渐破坏演变的过程。引入损伤理论建立了混凝土水热力损伤耦合模型,该模型可以模拟混凝土冻融过程中水的相变、孔隙水压等变化过程,通过累积损伤真实反映破坏过程。通过与相关文献中的试验数据对比,验证了模型的准确性,并研究了中心最低温度、降温速率以及初始孔隙率对混凝土试件冻融损伤的影响规律。结果表明:随着试件中心最低温度的降低、降温速率的增大和初始孔隙率的增大,混凝土的累积损伤值逐渐增大;损伤区虽然从混凝土试件四周逐渐向内发展,但在降温速率和初始孔隙率过大时,最大损伤区和裂缝却出现在棱角附近的试样内部,并向外部扩展,该结果解释了棱柱体混凝土冻融破坏后棱角最先掉落的现象。

高渗透水压力环境下混凝土湿度响应试验研究

基于自主研发的高渗透水压力加载试验系统,研究了3种强度等级混凝土在4种不同高渗透水压力持续作用3、10、24、72、240 h后混凝土含水率变化规律,通过压汞法测定了高渗透水压力作用下的混凝土孔隙结构特征,揭示了不同水压力作用下混凝土含水率演化的微观机理,并构建了混凝土在不同水压力作用下的含水率预测方程。结果表明:高渗透水压力作用下混凝土含水率随作用时间的延长而快速增大,渗透水压力越高,混凝土强度等级越低,混凝土到达饱和状态所需时间越短,饱和含水率越高;1、2、3 MPa渗透水压力下的C15混凝土饱和含水率分别为0 MPa条件下的1.12、1.13、1.19倍。

凝胶孔对水化硅酸钙(C-S-H)力学性能影响的分子动力学模拟

本研究首先利用分子动力学分析了不同尺寸凝胶孔对水化硅酸钙(C-S-H)弹性力学参数的影响,然后模拟了不同受力状态下的受力变形性能,比较并分析了应力应变关系的特征参数变化。结果表明:C-S-H的体积模量、剪切模量和杨氏模量均随凝胶孔尺寸的增大而减小。凝胶孔会降低CS-H拉伸、压缩和剪切时的力学性能和变形性能,但不同受力状态下的影响程度不同。凝胶孔对抗拉强度的影响程度最大,对抗压和抗剪强度的影响程度较小且基本相同;对拉伸变形性能的影响程度最大,对压缩变形性能的影响程度最小。

基于LS-DYNA的不同装药量对爆破振动效应的影响研究

由于爆破活动的复杂性,很难通过工程试验进行爆破振动效应研究。运用数值模拟计算的方法对爆破振动效应及其危害进行相关研究。结合吴庄铁矿的相关数据,运用ANSYS/LS-DYNA有限元程序模拟1 000 kg、1 500 kg、2 000 kg及3 000 kg等4种装药量情况下的爆破对地层岩体的振动效应,通过分析得到爆破振速衰减变化以及其应力的变化规律,得出本次爆破生产作业最大装药量为1 500 kg时最为合理;同时该模型模拟结果与吴庄铁矿实际生产爆破计划基本吻合,说明该模型的构建较为成功。模拟结果可以较真实地反映出该铁矿爆破时的爆破振动效应对矿区周边建筑物的影响。

多中段高溜井卸矿冲击气流产生规律及影响因素研究

多中段高溜井卸矿时所产生的冲击气流使溜井内粉尘进入溜井联巷,冲击气流的产生规律及风速大小决定了粉尘运移规律及粉尘浓度。以某金属矿多中段溜井为背景,结合现场实测数据,考虑颗粒碰撞作用,对高溜井卸矿时不同因素影响下冲击气流的变化规律进行数值模拟研究,分析矿石下落过程中颗粒运动位置与各中段气流方向变化的对应关系。结果表明:在矿石下落过程中,溜井内及各中段溜井联巷的风速逐渐增加,矿石下落造成溜井内产生负压,使部分中段溜井联巷风流方向发生变化;随着卸矿量的增大,卸矿口冲击风速逐渐增加,气流进入联巷后在阻力作用下,冲击风速逐渐减小;卸矿高度越高,卸矿口冲击风速越大,达到峰值的时间越长;矿石粒径与卸矿口冲击风速呈负相关,矿石粒径越小,对气体的推动和夹带量越大,冲击风速也越大。

基于GA_IPSO-GRNN的深井采区工作面含湿量预测研究

深井采区工作面含湿量是衡量工人热舒适性和热应激风险的综合指标。为更科学地控制深井采区工作面热湿环境,降低工人的职业病风险,需准确预测含湿量。依据现有深井采区工作面热害影响因素与气象指标之间存在相关性与耦合性的特点,分析矿山生产规划与管理因素、矿岩热湿交换因素及工作面巷道调热圈因素,选取14项含湿量影响因素指标。将遗传算法、改进型粒子群算法与广义回归神经网络相结合,构建GA_IPSO-GRNN组合预测模型,结合20个样本进行实证分析与对比验证。结果表明:本文提出的组合预测算法平均相对误差约为5.1%,模型预测效果较好,并且具有较好的鲁棒性与泛化性,为深井热害和数字矿山领域的研究提供了新思路。

地下金属矿山袋式除尘器的应用与展望

目前地下金属矿山粉尘问题突出,亟需采用有效的手段来解决矿山粉尘问题。袋式除尘器作为一种高效且适应性强的除尘设备,在生活和生产的各个领域被广泛应用,但因其在地下金属矿山的使用中容易出现滤袋粘结、接口处易破坏以及整体体积大、不易移动等问题,没有被广泛应用。基于地下金属矿山粉尘现状,对近20年的袋式除尘器研究成果进行了梳理分析,重点从袋式除尘器的运行机理、国内外发展史、袋式除尘器内部结构优化进展,滤料优化进展及袋式除尘器现行相关标准进行阐述。研究结果表明:袋式除尘器整体性能与其内部结构、滤袋材料以及执行标准密切相关。针对地下金属矿山袋式除尘技术研究现状,分析了现有研究不足,并提出了未来的主要研究方向,即优化袋式除尘器结构、规范袋式除尘效率测定方法及关注矿山粉尘对作业人员身体健康与工作环境的影响。

露天矿破碎站卸料口粉尘运移规律研究

为揭示露天矿破碎站卸料过程的粉尘运移规律,优化降尘措施,以国内某露天矿破碎站为对象,实测粉尘浓度,收集粉尘并测定粉尘粒径与接触角,了解粉尘基本特性,并运用Fluent软件建立破碎站卸料口几何模型,模拟卸料过程的粉尘运移规律,探究粉尘浓度与粒径、质量流率之间的关系。结果表明:卸料口周围的全尘浓度为43.9~526.7 mg/m^(3),呼尘浓度为3.6~32.3 mg/m^(3),污染严重;落尘样品的中值粒径为23.016μm;粉尘与水的初始接触角为41.28°,湿润性较强;卸料过程中,卸料口周围区域的粉尘浓度与粉尘粒径成反比,当粉尘平均粒径为2.5μm时,监测面平均粉尘浓度最高,为538 mg/m^(3);粉尘浓度与质量流率成正比。根据粉尘运移规律,提出安装卷帘、加设除尘器、使用微纳米气泡水为喷雾介质进行喷雾降尘,模拟分析了除尘器在入口风速为-16、-20、-24 m/s时的除尘效果,结果发现,风速为-20 m/s时的降尘效率为94%,治理效果最佳。研究结果可为矿山企业制定降尘方案提供参考依据。

矩形渡槽槽身结构时变可靠度分析

为分析服役期内渡槽安全度变化,将时间离散法引入渡槽结构时变可靠度计算中。基于工程实例,建立矩形渡槽槽身纵向和横向两个方向3个部位的承载力和抗裂极限状态方程以计算时变可靠度,用蒙特卡罗法的计算结果验证其精度,并与动态可靠度法计算结果进行比较。结果表明:渡槽结构纵向承载力可靠度随服役年限下降,尤其在服役后期降幅远大于横向承载力,纵向承载力极限状态为渡槽寿命的控制状态;纵向和横向抗裂可靠度较承载力可靠度下降均较慢;由于初始值不高,底板抗裂可靠度在服役后期略低于目标值;时间离散法计算结果整体误差相对较小,尤其对服役后期的结构安全性评价更精确,其计算精度比动态可靠度法更高,因此,应用时间离散法进行渡槽可靠度计算和安全性评价更为合理。

考虑渗流场影响深埋圆形隧洞的弹塑性解

将深埋圆形隧洞各影响因素简化为轴对称。首先,求解得到渗流场;然后,以渗透体积力方式作用在应力场,求解得到弹性位移和应力解析表达式,再应用Mohr-Coulomb屈服准则,求解得到塑性应力和塑性半径的解析表达式。通过考虑和不考虑渗流场影响两种方法的实例分析表明,随着洞内外水头差的逐渐增大,渗流场对应力场的影响作用将显著增大,但对切向应力的影响程度要比径向应力的大,且径向应力和切向应力不再符合无渗流时的分布规律,出现大小值交换;同时,随着内水水头的增大,洞周压应力和塑性半径逐渐减小,直到出现无塑性区;另外,考虑渗流场影响计算得到的塑性半径要比不考虑时大。

岩石裂纹水力劈裂分析与临界水压计算

水力劈裂是深埋隧洞施工涌水或高压隧洞洞周岩体开裂渗漏的重要因素之一,对其破坏机理研究是岩土工程界的热点课题。根据裂纹面的应力状态,从断裂力学角度将岩体的裂纹扩展分为拉剪复合断裂及压剪复合断裂。应用工程近似裂纹失稳准则,分别推导出两种破坏模式的临界水压计算公式,并对其随裂纹方向及地应力侧压系数变化规律进行分析。结果表明,当侧压力系数等于1.0时,临界水压并不随裂纹的方向而变化;在拉剪复合断裂模式下,裂纹与主应力方向平行时最易发生水力劈裂;在压剪复合断裂模式下,当压剪断裂参数与裂纹面间摩擦系数之差大于零时,其规律性与拉剪复合断裂模式基本一致;但当其差值小于零时,裂纹与最大主应力夹角呈45°及135°时最易发生水力劈裂。

岩石与混凝土水力劈裂缝内水压分布的计算

假定岩石与混凝土水力劈裂过程的裂缝形态为椭圆形,根据自然营造力作用下产生水力劈裂的边界条件,从流体质量守恒和动量守恒定律出发,采用控制体积法推导出水力劈裂裂缝流体运动质量守恒定律的表达式及缝内水压分布的微分方程,并得到在裂缝扩展稳定状态任意时刻缝内压力的计算式。从定性和定量两个方面与已有的试验结果比较,论证了本文计算公式是正确的。

农业水利工程专业人才培养模式实践与探索

随着社会经济进步和科学技术发展以及水危机的日益加剧,农业水土工程学科被不断赋予新的内涵。与此同时,社会对高等学校人才的培养要求也在发生着变革。在分析西北农林科技大学农业水利工程专业发展历史,学校的整体定位基础上,对近几年该专业的人才培养理念、培养方案、师资建设、教学质量监控等问题进行分析总结,以期促进农业水利工程专业的更好发展,为我国培养出能够适应社会需求的高素质农业水土工程人才。

考虑基土不均匀冻胀的梯形渠道混凝土衬砌弹性地基梁力学模型

为了探究寒区高地下水位引起基土和衬砌板耦合非均匀变形对梯形渠道衬砌内力变化影响规律,该研究在前期提出的弹性地基梁模型基础上,将衬砌板与基土相互作用效应分解为基土不均匀自由冻胀位移、衬砌板受到冻土反作用产生的位移和边坡衬砌板坡脚约束产生的相对转动位移,从而建立了满足两端变形协调的弹性地基梁模型。以甘肃省高液限土壤,地下水位5 m地区的边坡系数为1的渠道为例,探究不同边坡衬砌板长度和不均匀冻胀基土之间的相互作用。结果表明,边坡衬砌板长度每增加1m,冻胀反力最大值增大142%,弯矩最大值平均增大223%,弯矩最大值点会从原来的距坡脚1/3左右处向坡脚偏移。以边坡衬砌板长度为4 m为例,探究了基土均匀冻胀和不均匀冻胀对边坡衬砌板影响的差异,得出基土不均匀冻胀的冻胀反力最大值和弯矩最大值,分别比基土均匀冻胀大264%和170%。因此,在寒区高水位地区进行渠道抗冻胀衬砌设计时,宜按基土非均匀冻胀弹性地基梁模型计算。

隧道透水性衬砌环渗透系数合理取值与工程措施探讨

应用地下深埋隧道渗流场和考虑渗透体积力的弹塑性解,结合某工程实例分析衬砌与围岩渗透系数不同比值对隧道渗流场、渗漏流量、塑性区、位移和衬砌围岩压力等影响规律,探讨透水性衬砌的可行性和合理渗透系数取值。实例分析表明,当衬砌为不透水材料时,洞周围岩中孔隙水压、塑性区、塑性区边缘的位移和衬砌承受的围岩压力均最大;若稍增加衬砌渗透性,则孔隙水压、塑性区、塑性区边缘的位移和衬砌承受的围岩压力迅速减小;随衬砌渗透系数与围岩渗透系数比值的逐渐增大,趋于稳定值。分析结果进一步表明,采用透水性衬砌是可行的,且当衬砌渗透系数与围岩渗透系数比值等于或大于1.0时较为合理。最后,针对洞周环境要求的渗流量以及钢筋混凝土衬砌的耐久性问题提出衬砌环的设计思想,并探讨具体工程措施,以便工程设计参考。

自然营造力作用下岩石单裂纹水力劈裂数值仿真模型

考虑水利水电工程中自然营造力作用下岩石水力劈裂特点,建立裂纹内初始含水量饱和而外界水压增大情况下,裂纹进一步发生水力劈裂的数值仿真模型。在数值模型中,通过半解析半数值方法建立裂纹内水压分布梯度与裂纹张开位移间的耦合关系,不仅简化耦合迭代分析,而且提高计算精度;断裂力学模型采用以Hillerborg黏滞区裂纹模型为基础的COD准则,并引入损伤变量对其开裂准则进行修正;裂纹的扩展采用预置零厚度接触单元的方法巧妙地解决耦合与非线性迭代中裂纹的前进与后退问题。最后,对简单的岩石试件进行水力劈裂过程数值仿真分析,得到的裂纹内水压分布规律与已有的试验结果吻合,证明所建模型是合理的,计算结果是可靠的。

基于弹性地基梁理论的梯形渠道混凝土衬砌冻胀力学模型

冻胀破坏是寒区渠道衬砌破坏的主要方式,建立合理的冻胀力学模型是渠道衬砌抗冻胀设计的基础。该文基于Winkler假定,将渠道基土的冻胀效应等效为一组相互独立且垂直或平行于衬砌板的弹簧。冻胀量通过弹簧的伸长量体现,冻胀力通过弹簧被压缩产生的反力体现。结合梯形渠道冻胀时衬砌板的受力特点,应用SL23-2006《渠系工程抗冻胀设计规范》冻胀量的计算成果,建立基于弹性地基梁理论的梯形渠道混凝土衬砌冻胀力学模型,其合理性通过与甘肃省靖会总干渠梯形渠道的前人试验和数值模拟结果进行比较验证。结果表明,该文模型计算的冻胀量和冻胀反力的分布规律与前人的试验和数值模拟基本吻合;计算的冻胀量和试验结果整体相对平均误差为4.72%,计算结果合理。该文模型与现行规范推荐的冻胀量计算成果有机衔接,可为寒区渠道抗冻胀设计提供参考。