基于三维数字图像相关技术的脆性岩石破坏试验研究

利用三维数字图像相关技术(3D-DIC)观测系统研究单轴压缩状态下带中心圆孔花岗岩岩板的破坏全过程,得到了含孔洞岩石破坏过程中观测面的三维全场位移和应变,不仅能够直观地反映岩石表面裂隙的产生、扩展及相互连通的演化过程,亦能够确定裂纹的位置、形态以及扩展方向等具体信息,还能重现加载过程中试样表面的压缩(平行荷载方向)、剥离(垂直荷载方向)、膨胀及剥落(垂直试样表面方向)。结果表明:3D-DIC技术在岩土力学试验中有其独特的优势,岩石材料破坏过程中应变场的演化能较好地反映其内部裂纹的产生和扩展规律。根据全场应变云图可以判断岩石裂纹扩展演化的情况;裂纹的演化具有强烈的非线性特征,在试样接近破坏时形成的"X"型对称变形局部化带,最终只形成一条宏观破坏带,荷载方向、岩石结构及其内部的非均匀性都会对最终宏观破裂带的位置产生影响;利用3D-DIC观测系统进行岩石变形破坏机制的研究是有效的,可为岩土介质宏细观变形破坏机制的研究提供重要的借鉴。

泥岩各向异性热-水-力耦合特性——基于ATLAS Ⅲ现场加热试验

比利时放射性核废料地质备选场址Boom clay是一种典型的横观各向同性材料,在Drucker-Prager帽盖模型的基础上,构建了适用于Boom clay的横观各向同性特点的热-水-力耦合弹塑性本构模型,该模型可反映温度对其强度、弹性模量、渗透性等的影响,并在ABAQUS中进行了二次开发。为验证所建立模型的合理性,结合比利时HADES地下实验室ATLAS Ⅲ现场加热试验结果,应用所提出的模型对加热过程中围岩的温度和孔隙水压力的变化规律进行了数值仿真分析。结果表明:所建立的模型能够正确地描述现场加热试验过程中围岩温度场和孔压场所呈现出的各向异性特征,主要表现为热源水平面内测点的孔压在加热功率升高时先略为下降后才升高,在加热功率下降时先略为升高后才下降,而竖直面内测点的孔压在加热功率升高时立即升高,在加热功率下降时立即下降。研究成果表明,考虑各向异性的THM耦合分析能更好地反映加热过程中泥岩温度场和孔压场的实际分布情况,研究结果对类似工程或现场试验的设计、安全运行提供重要的决策依据。

黏土岩温度-渗流-应力耦合特性试验与本构模型研究进展

高放废物处置库、垃圾填埋场等工程中常常涉及到温度场(T)、渗流场(H)和应力场(M)的耦合作用的问题。从试验和理论模型两个角度综述国内外黏土岩温度-渗流-应力耦合特性的研究进展,主要包括其传热特性、温度影响下的渗流特性、变形、强度、蠕变特性。在此基础上,重点分析了黏土岩水-热迁移模型以及热-力耦合本构模型的适应性。基于上述认识,通过试验研究了比利时Boom clay在温度作用下的强度、渗透性、蠕变性等特征。结果表明:随着温度升高,Boom clay的强度有所降低,渗透性显著增强,蠕变速率明显加快。提出了适用于Boom clay的THM耦合弹塑性损伤模型,计算结果验证了模型能合理反映温度的影响。最后,探讨了黏土岩THM耦合机理研究的不足和今后的研究方向。

热-水-力耦合条件下黏土岩蠕变特性研究

黏土岩作为放射性核废料处置的备选介质,长期处于热-水-力耦合的复杂条件下。为研究围岩的长期稳定性,开展了一系列不同围压和偏应力下的黏土岩加温-降温排水蠕变试验。得出以下结论:温度的升高会提升黏土岩的蠕变速率,延长衰减蠕变阶段的时间,但是降温过程中试样主要以冷缩变形为主,并未见明显的蠕变变形;围压的降低以及偏应力的增加会提高黏土岩的蠕变速率,并且这种影响会随温度的升高明显加剧。基于试验结果,在Perzyna过应力理论的基础上引入蠕变硬化、蠕变损伤以及热损伤,建立了黏土岩热-水-力耦合蠕变模型。通过ABAQUS软件及其子程序对该模型进行数值实现,模拟结果与试验结果的对比初步表明该模型可以很好地描述热-水-力耦合条件下黏土岩的蠕变特性。

引红济石引水隧洞围岩力学特性研究

引红(红岩河)济石(石头河)引水隧洞围岩断层带破碎松软,岩石强度低,自稳能力差,易产生大变形。以上不良地质条件使其隧洞施工过程中经常会遇到TBM卡机等一系列特殊问题。针对引红济石引水隧洞施工中存在的软岩隧洞大变形问题,首先开展了X射线衍射、崩解试验,分析了试样的组成成分、黏土矿物含量对崩解性影响;再通过一系列单轴压缩试验、三轴压缩试验和蠕变试验研究了该类岩石不同应力条件下的变形破坏特征及蠕变特性。试验结果表明,该类岩石含有大量的黏土矿物(33.49%),对水比较敏感,遇水膨胀易崩解,导致岩体软化;试样具有较大塑性压缩变形,其应力-应变曲线为应变强化型,且没有明显的峰值。基于试验研究成果和现场监测数据,对该软岩隧洞大变形机制进行了分析,并提出了在围岩与管片之间安装聚氨酯缓冲层的新型支护方案,通过数值计算对支护方案的合理性进行了验证。分析结果表明:聚氨酯缓冲层可以很好地吸收围岩形变压力,避免应力集中带来的管片错台,从而大大减小管片上破坏区的产生。研究成果对该类岩体中隧洞的设计施工以及长期稳定性分析具有重要的参考作用。

Boom黏土热-力耦合弹塑性损伤模型研究

黏土的热-力耦合本构模型研究在许多工程领域,尤其是核废料地下处置方面有着十分重要的工程意义。根据Boom黏土的在不同温度下的三轴与固结试验的结果,综合考虑了温度对黏土的强度与弹性模量的影响,在Drucker-Prager(简称D-P)帽盖模型的基础上,引入了硬化方程和热损伤、力学损伤的演化方程,建立了适用于黏土的热-力耦合弹塑性损伤本构模型。将模型在ABAQUS中进行了二次开发,根据试验结果反演得到了Boom黏土的模型参数。利用所建立的本构模型,对比利时HADES试验室中的ATLAS III现场试验进行了数值仿真,计算结果表明,模型的计算结果与现场实测的结果能较好地吻合,证明了模型的合理性。

并联型软岩温度-渗流-应力耦合三轴流变仪的研制

为研究温度-渗流-应力耦合条件下软岩的长期力学特性,研制了并联型软岩温度-渗流-应力(THM)耦合三轴流变仪。该仪器适用于开展软岩在不同温度和应力条件下的力学特性的试验研究。仪器通过伺服控制实现试验过程中自动稳压、试验数据自动采集以及温度、水压力和应力独立控制的梯度加载,设备采用高精度的LVDT变形传感器对试样的变形进行精确测量。设备可以完成的试验包括单轴压缩试验、三轴压缩试验、三轴流变试验、循环加卸载试验以及稳态与瞬态条件下的渗透性测试。试验机由于其独特的设置可以同时对2个试样进行相同围压和水压,不同轴压和温度的试验,大大节约了试验的时间成本,尤其是长期力学性能试验,同时更为有效地减少试验的系统误差。近一年的试验,表明该试验机稳定性好,测量精度高,是一套功能齐全,使用方便的试验装置。

泥岩核废料处置库温度-渗流-应力耦合参数敏感性分析

针对比利时HADES地下实验室PRACLAY现场加热试验,应用温度-渗流-应力耦合弹塑性模型,模拟现场加热过程中泥岩核废料处置库的水力学响应特征。采用单因素分析法,就泥岩热、水、力学参数对核废料处置库围岩孔压、温度、有效应力的影响进行了三维有限元分析。并基于参数敏感性分析结果,就温度、渗流、应力三场两两耦合作用对处置库围岩水力学响应的影响程度进行了系统分析。研究结果表明:泥岩热、水、力学参数中,渗透系数、弹性模量以及导热系数对加温所导致的超孔压的值影响较大;凝聚力、内摩擦角以及热膨胀系数对孔压的影响较小,但会显著影响围岩的有效应力;导热系数对围岩温度场的分布有决定性影响,温度传递的差异会显著影响围岩的孔压和有效应力;不同的热、水、力学参数对孔压、温度以及有效应力的影响机制是不同的,温度、渗流、应力三场两两耦合作用对围岩水力学响应的影响程度也存在显著的差异性。温度场对应力场、温度场对渗流场的耦合效应十分显著,加热后,围岩超孔压的产生以及热膨胀导致的有效应力变化会显著影响处置库的稳定。该研究结果在一定程度上可以为核废料处置库泥岩的热、水、力学参数的确定及耦合机制分析提供科学依据。

黏土岩水力耦合特性试验研究

对于高放废物地质处置工程,地质屏障系统是放射性有害物质进入环境的最后一道屏障,也是一条重要防线。黏土岩由于其低渗透性、渗透损伤自修复以及较强的吸附能力等特性,被认为是一种合理的高放废物处置地质屏障。结合比利时正开展的黏土岩高放废物地质处置相关研究课题,通过一系列室内试验研究黏土岩的水力耦合机制及长期蠕变特性。三轴压缩试验表明,黏土岩压缩强度、超孔隙水压力与围压正相关。渗透试验表明,黏土岩渗透性呈现显著的各向异性特征,围压增大使黏土岩渗透性显著降低。蠕变试验表明,黏土岩蠕变变形、蠕变变形速率与载荷密切相关,即:载荷越大,黏土岩蠕变变形越显著,蠕变变形速率达到稳定所需的时间越长,且相应的稳态蠕变速率越大;根据应力阈值和等时曲线法初步确定该黏土岩长期强度在1.0~1.2 MPa。研究结果将为我国未来黏土岩高放废物处置库的选址和安全性评估提供重要科学依据。

黏土岩饱和过程中水分运移规律试验研究

黏土岩作为高放废物地质处置库的备选介质,目前得到世界各国的高度重视。黏土岩地质处置库巷道施工过程中,一方面,围岩因开挖损伤生成裂隙使得渗透性增强,对核素的阻滞作用降低;另一方面,在应力和水的耦合作用下,黏土岩良好的裂隙渗透损伤自修复能力使得围岩的渗透性逐渐恢复接近于原始状态。基于电阻率测试,首先开展了黏土岩试样在不同条件下的饱和过程试验研究,得到了黏土岩试样饱和过程中等效电阻率的变化规律,分析了不同损伤程度试样、盐溶液对等效电阻率的影响,进而揭示黏土岩饱和过程中水分运移规律。试验结果表明:(1)等效电阻率随着含水率增加而逐渐减小,并逐渐趋于一个稳定值;(2)等效电阻率的大小不仅与含水率有关,试样内部裂隙的存在也会影响等效电阻率分布,这一发现为电阻率法可以探测试样中裂隙的存在提供了依据;(3)水流在黏土岩中扩散,内部裂隙成为优先通道,水流在裂隙中的快速扩散加快了黏土岩的饱和速度。同时,随着黏土岩中水分与黏土矿物的水化膨胀反应,内部裂隙有一定程度闭合,加深对裂隙闭合机制认识,通过电阻率测试可以有效地揭示这一过程。

新疆农作物1991—2000年单产预测

建立在二次指数平滑法、三次指数平滑法、Holt预测法、自适应过滤法、Winters预测法、灰色模块GM(1,1)法、Box—Jenkins预测法基础上的组合预测法,有较高的预测精度。用此法预测新疆农作物1991—2000年的单产,所得结果与有关专家预估的单产基本一致。

新疆土壤比阻预测模型探讨

本文运用相关分析、正测定法、多种回归方程的比较、相关比分析以及回 归方程的差异性分析得出：新疆土壤比阻与土壤含水率表现为显著的负相关、 与土壤坚实度表为显著的正相关关系；分别以土壤含水率、土壤坚实度与土壤 比阻建立直线回归方程作为新疆土壤比阻预测模型是理想的；这种相关关系是 一种普遍存在的、不受土壤质地与土壤大地分布影响的规律；新疆土壤比阻受 土壤质地与土壤大地分布的影响是一种客观存在，应根据不同的质地、不同地 区建立不同的土壤比阻预测模型．

组合预测模型在新疆农作物单产预测中的应用

通过建立并论证了组合预测模型,得出了组合预测模型的精度高于单一预测模型,并将其应用于新疆的粮食产量之中。

基于塑性损伤的黏土岩力学特性研究

一系列三轴压缩试验表明,黏土岩的力学特性与其应力状态相关。主要表现为:围压越大,黏土岩试样应力峰值越大,且峰值出现得越晚。这是因为高围压试样内部微裂纹闭合趋势更加明显,从而对于微裂纹的发展具有一定的抑制作用。但在软化过程中应力的跌落程度受围压影响不大,这是因为软化过程中,不同围压作用下试样内部的微裂纹均逐渐贯通,并发展成同类型的剪切面,对试样力学性能的削弱大致相同。在试验研究基础上,以微裂纹作为损伤基元,引入受应力状态影响的损伤演化方程(因微裂纹的发展受应力变化影响),建立新的本构模型,通过Abaqus及子程序对新模型进行数值实现。模拟结果与试验结果对比表明,该模型可以有效地描述黏土岩的力学特性。研究成果为黏土岩相关地下工程施工提供了更可靠的理论指导。

新疆农业开发的有益借鉴与今后发展雏型

新疆农业的发展,除正确贯彻执行了党的有关方针政策外,主要表现在农业综合生产能力的增强和科学技术水平的提高。 一、垦荒与新疆农业的发展 五十年代,新疆主要贯彻以扩大耕地面积为主的方针来增加粮食总产量。1949—1959年,新疆累计开荒2236.17万亩,耕地面积由1814.55万亩增加到3862.94万亩。

巷道顶板力学模型与围岩失稳机理分析

建立了锚杆锚固因素和水平地应力因素的巷道顶板力学模型,基于此模型提出了巷道失稳宽度Bmax的确定方法。首先推导出力学模型的基本方程,并通过Maple符号演算解算出方程的解析式,就Bmax的力学意义探讨了围岩的失稳机理。最后以东滩矿1305轨道回风巷作为算例,得出结论:当该巷道开挖宽度超出4.6 m围岩将产生明显的失稳现象,此后需预防冒顶事故的发生并采取合理的加强支护措施。

基于塑性损伤的黏土岩本构模型及其数值实现

黏土岩是深部地下工程中常见的岩土介质,在施工过程中为确保巷道安全开挖,急需开展与其力学特性相关的研究。已有试验研究结果表明黏土岩在三轴压缩试验过程中表现出明显的塑性硬化、软化以及流动特性,同时发现试样在加载过程中内部会产生明显的缺陷,这些缺陷的存在会在一定程度上削弱其力学性能。为建立能描述黏土岩力学现象的模型,以微裂纹作为损伤基元,构建了合理的塑性损伤变量并将其与塑性硬化变量一同引入至修正Drucker-Prager帽盖模型中,建立了新的本构模型。通过ABAQUS平台及其UMAT子程序对该模型进行数值实现,子程序在向后欧拉本构积分算法的基础上引入塑性硬化和损伤变量参与迭代计算,使得屈服面在迭代过程中与应力一同更新(屈服面的大小会随着塑性损伤与硬化变量的更新而变化),直至应力回到屈服面上。采用该模型对常温条件下的黏土岩三轴压缩试验进行数值模拟,并将新模型的计算结果与试验结果进行对比,对比结果显示模拟结果与试验结果大致吻合,说明本文所建立的本构模型可以较好的反映黏土岩的力学特性。最后建立黏土岩隧硐开挖平面模型,采用新模型对开挖过程进行模拟,并对整个模拟过程中损伤变量、应力以及孔隙水压力的演化规律进行分析,模拟结果验证了新模型在地下硐室开挖数值模拟上的适用性。

8种生物源和矿物源农药防治加工番茄细菌性斑点病试验

【目的】研究8种生物源和矿物源农药对加工番茄细菌性斑点病的防治效果,筛选出更加适合番茄制品出口食品安全要求的高效农药。【方法】采用田间小区试验,比较8种生物源和矿物源农药对加工番茄细菌性斑点病防效差异。【结果】第3次施药后7 d各药剂的防效分别为:77%氢氧化铜干悬浮剂73.11%、37.5%氢氧化铜悬浮剂67.43%、波尔多液64.78%、2.0%氨基寡糖素水剂51.14%、4%春雷霉素可湿性粉剂50.38%、3%多抗霉素可湿性粉剂45.46%、0.5%小檗碱水剂43.45%,植物激活蛋白防效最低仅为29.17%。【结论】77%氢氧化铜干悬浮剂、37.5%氢氧化铜悬浮剂和波尔多液3种矿物源农药防效较高,且更适合加工番茄产品出口的食品安全要求。

六种生物农药防治加工番茄棉铃虫试验

【目的】研究六种生物源农药对加工番茄棉铃虫的防治效果,筛选出更加适合番茄制品出口食品安全要求的高效农药。【方法】采用田间小区试验,比较六种生物源农药对加工番茄棉铃虫的防效差异。【结果】施药后第10 d,各药剂的防效分别为:48%多杀菌素悬浮剂93.28%、600×108PIB/g棉铃虫核型多角体病毒水分散粒剂91.44%1、6 000 IU/mgBT可湿性粉剂83.88%、0.3%印楝素乳油73.44%、5%天然除虫菊素乳油68.21%、0.36%苦参碱水剂43.89%,对照化学药剂2.5%高效氯氟氰菊酯水乳剂为86.67%。【结论】48%多杀菌素悬浮剂6、00×108PIB/g棉铃虫核型多角体病毒水分散粒剂、16 000 IU/mgBT可湿性粉剂、0.3%印楝素乳油、5%天然除虫菊素乳油5种生物源农药的防效较好,且更适合加工番茄产品出口的食品安全要求。

设备质量比对设备-结构耦合隔震体系近断层地震响应影响分析

建立设备-结构耦合隔震体系模型,选取近断层地震波,分析设备质量比变化对耦合隔震体系的隔震层位移、楼层层间位移、楼层加速度和设备位移等动力响应的影响。结果表明,随着设备质量比的增大,设备的自振周期与主体结构的自振周期接近,设备与主体结构相互作用增强,对结构体系的动力响应影响明显,隔震层位移、楼层层间位移、楼层加速度呈逐渐减小的趋势,设备位移呈逐渐增大的趋势。