土壤-水稻前茬离散元仿真参数标定及其旋耕轨迹分析

在进行稻油轮作区域水稻收获后旋耕作业中的前茬运动、受力仿真分析时,由于缺乏可靠的离散元仿真参数难以准确计算土壤-水稻前茬运动规律和相互间受力。该研究采用EDEM软件对土壤-水稻前茬混合物内部各物质的物理与接触参数进行离散元仿真标定。首先测定了土壤-水稻前茬混合物内各物质物理与相互间接触参数,以堆积角作为评价指标,利用仿真试验进行了显著因素筛选、最优水平取值范围确定及二阶回归模型下最佳参数寻优,对参数进行了标定,得到土壤-水稻前茬混合物模型极显著参数的最优组合为土壤-土壤恢复系数0.407、土壤-土壤动摩擦系数0.123、土壤-水稻前茬静摩擦系数0.596、土壤表面能1.860 J,此时与试验堆积角误差为0.58%。并进行了土壤-水稻前茬间的直剪试验与仿真,得到了稳定后不同垂直应力下试验与仿真的直剪切应力误差分别为:5.4%(50 kPa),4.1%(100 kPa),3.1%(150 kPa)。最后在最优参数组合下,开展了基于MBD-DEM的旋耕土壤-水稻前茬轨迹分析试验,前茬跟随旋耕刀及直接被掩埋两种埋覆场景下仿真与土槽试验轨迹的Spearman秩相关系数分别为0.91、0.84,验证了仿真模型标定参数的准确性。研究结果可为水稻前茬旋耕轨迹调控过程的离散元仿真分析提供可靠的接触参数。

花岗岩冲击剪切力学行为的试验及数值模拟研究

为探究动态剪切荷载作用下岩石的力学特性,采用冲击直剪方法,对立方体花岗岩试样进行了不同正应力和冲击速度条件下的动态剪切试验。分析了花岗岩的冲击剪切变形演化过程,讨论了正应力和冲击速度对花岗岩剪切变形和破坏模式的影响。然后,采用颗粒流程序模拟了花岗岩的冲击直剪试验,从细观角度探讨了花岗岩剪切变形破坏的演化机制。结果表明,冲击剪切荷载作用下,试样剪切变形过程中正应力持续变化,剪应力峰值对应的正应力可达到初始值的数倍。得到了回弹型和断裂型两类剪应力−剪切位移曲线,随着初始正应力的增大,峰值剪应力增大,峰值剪切位移和最大剪切位移减小;随着冲击速度的增大,峰值剪应力和最大剪切位移均增大。花岗岩的断裂包含主断裂面和多条翼裂纹,随正应力和冲击速度的增大,花岗岩的轮廓由起伏变得平直,断裂面由粗糙变得平坦,这与断裂后的摩擦滑移有关。花岗岩试样的起裂源于内部,并沿剪切方向扩展至试样边界,起裂方向与剪切面的夹角与接触力集中区的倾角一致。该研究可为岩石的动态剪切力学参数测试提供新的方法参考,也有助于揭示岩石冲击剪切断裂的动力诱灾机制。

离子型稀土堆浸场地复合土壤固化剂正交实验研究

为解决离子型稀土堆浸场地边坡土壤稳定问题,研发新型环保土壤固化剂,对减少离子型稀土堆浸场地水土流失,稳定矿山边坡具有重要意义。采用3因素3水平的正交实验方法,设计了9组不同质量配比的复合土壤固化剂实验方案,并进行室内直剪实验测试加固土的抗剪强度,对直剪实验结果进行极差分析和方差分析。结果表明:复合土壤固化剂中硅酸盐水泥对提高固化土的黏聚力贡献最大,其次为水性聚氨酯和膨润土;膨润土在改善固化土内摩擦角方面优于硅酸盐水泥和水性聚氨酯。综合分析结果,对于离子型稀土堆浸场地,复合土壤固化剂以膨润土∶碳酸氢钠∶水性聚氨酯∶硅酸盐水泥∶水=10∶1∶10∶20∶100的质量配比可以达到良好的固化效果和经济效益。

考虑剪切方向的改进Barton模型

为研究节理在剪切过程中的方向性和剪切强度规律,利用直剪仪对复制岩石节理试样进行了爬坡和顺坡两个方向的直剪试验。试验结果表明:剪切方向对岩石节理的剪切强度有明显影响,沿爬坡方向的剪切强度大于沿顺坡方向,但粗糙度系数(joint roughness coefficient,JRC)的减小和法向应力的增大可在一定程度上削弱剪切方向的影响。节理剪切破坏过程具有显著的阶段性特征,中低法向应力条件下以爬坡滑移为主要机制,而高法向应力下以相互啃食和凸起啃断为主要机制。采用平均有效倾角差指标参数描述剪切强度的各向异性,并在此基础上提出了考虑剪切方向的改进剪切强度模型,更好地预测节理正、反方向的剪切强度。通过百分位数参数建立了三维形貌指标与端部轮廓线二维高差指标的联系,大大简化了节理形貌指标的获取难度。该模型参数较少容易获取,物理意义明确,且把岩石节理剪切强度的各向异性考虑在内,具有广阔的潜在工程应用前景。

不同含水率对于黄原胶改良土性能影响研究

为探索含水率对黄原胶改良土的工作性能影响,通过对重塑广州砂质黏土在试验室掺和2%的黄原胶溶液,借助于快速直剪试验、变水头渗透试验以及压缩试验3种常规土工试验方法,研究了4种不同含水率的黄原胶改良土的抗剪强度指标、渗透系数和压缩模量,进一步分析了含水率对黄原胶改良土的工作性能影响。结果表明:黄原胶作用于土壤改良的一个主要缺点是它对水的敏感性。水分含量对黄原胶改良土的强度指标c值影响巨大,内聚力在最优含水率附近达到峰值。另外,随着黄原胶改良土含水率的提高,压缩模量和渗透系数表现出显著下降。试验结果对实际工程项目采用黄原胶改良技术具有实际意义和参考价值。

软土流变特性的室内试验与改进的西原模型

详尽描述了软土流变特性的室内直剪实验方法,探讨了实验中需特别注意的加载方法、试样保存以及试验数据读取等一些重要问题.通过对现有流变模型的分析及结合室内直剪蠕变试验结果,用非线性牛顿体替代线性牛顿体,从而对西原正夫模型进行了改进,并导出了改进后模型的本构方程.最后,采用本文改进模型对实验结果进行了非线性分析,获得了相应的实验拟合曲线及模型的参数值,结果表明,理论计算与实测结果吻合良好.

韧性剪切带糜棱岩中不对称旋转碎斑系剪切指向模拟实验研究现状及其问题

韧性剪切带是大陆变形过程中形成于地壳深层次的重要构造变形形迹,是重建构造变形温压环境、变形几何学、运动学及动力学的重要研究对象。剪切变形方向的确定是韧性剪切带研究的基础环节之一。尽管指示韧性剪切带剪切方向的标志很多,但是由于韧性剪切带变形过程的复杂性,实际工作中往往很难准确地限定剪切方向,甚至常常会发现同一条韧性剪切带中发育指向相反的剪切标志。在变形岩石中,不对称旋转碎斑系被认为是判断韧性剪切带剪切方向的可靠标志。根据有拖尾的旋转碎斑系判断剪切指向要比"云母鱼"、"多米诺"等组构可靠得多。总结前人的理论和模拟试验成果,可以清楚地认识到,碎斑系的演化是其形态、轴率、初始方位、基质及其界面性质、运动学涡度、剪应变强度、剪切带宽度/碎斑短轴等因素综合作用的结果。深刻认识不对称旋转碎斑系在韧性剪切带形成过程中的发育过程、限制条件、影响因素,将有助于准确地运用它们来判断韧性剪切变形的构造指向,以便进一步研究与该韧性剪切变形相关的大陆动力学。

岩石破损过程强度变化规律实测研究

岩石材料强度会随着破裂发展而逐渐衰减,详细介绍自行设计的岩石强度衰减测试方法,试验思路、试件制作及关键技术;通过自行设计的直剪试验,测得常规压缩试验破裂得到的不规则损伤岩块在直剪过程中的剪应力-压应力关系曲线,由其拟合得到库仑强度曲线,并与已有(单、三轴)压缩试验数据线性拟合得到的莫尔强度包络线进行比较,分析讨论岩石在破损过程中材料强度(黏聚力和内摩擦角)变化规律,澄清现有黏聚力和内摩擦角变化规律2种完全相对立观点的适用范围。研究结果表明,由完整岩样进行单、三轴试验测得的黏聚力明显大于不规则岩块直剪试验结果,这主要是岩样在单、三轴压缩破坏过程中产生的损伤所致,而不是试验方法所导致的偏差;黏聚力反映的是岩石本质强度特性,受不同应力状态的影响较小。岩样单、三轴压缩试验测得的内摩擦角小于岩块直剪试验结果,这主要是受到不同应力状态和岩石缺陷分布的影响。在岩石破损过程中,内摩擦角随损伤的发展具有先快速增大至最大值后大幅降低直至保持一定趋势不变的规律。内摩擦角反映的是岩石摩擦强度特性,受不同应力状态的影响较大。黏聚力对应力水平的敏感程度远小于内摩擦角。岩石在破裂前后自身材料强度会产生明显衰减。

单排配筋低矮剪力墙抗震试验及承载力模型

以研制抗震性能较好且经济适用的新型多层住宅结构为目标,提出了单排配筋混凝土剪力墙结构.为了研究其不同边缘构造的单排配筋剪力墙的抗震性能,同时与传统的砌体结构抗震性能比较,进行了3个不同边缘构造的单排配筋混凝土剪力墙和1个页岩砖砌体剪力墙的低周反复荷载试验.4个试件的剪跨比均为1.0.在试验基础上,分析了各剪力墙的承载力、延性、刚度、滞回特征、耗能能力和破坏特征,建立了其简化的承载力计算模型,计算结果与试验结果吻合较好.研究表明,单排配筋混凝土低矮剪力墙的抗震性能明显优于页岩砖砌体剪力墙,可以满足多层住宅结构抗震设计要求.

反复剪切作用下砒砂岩土壤力学性能试验

为分析砒砂岩土壤的力学性能,该文根据砒砂岩土壤的粒径分布特点,对比分析3种不同粒径（≥0.5~1 mm、≥0.25~0.5 mm、〈0.25 mm）,4种不同含水率（5%、8%、11%、14%）土壤试样在法向压力50~300 k Pa作用下反复直剪的力学性能,得出以下结论：1）不同粒径的砒砂岩在第1次剪切中剪应力出现峰值,第2、3、4次的剪应力与剪切位移关系曲线呈微硬化型。粒径范围为≥0.25~0.5 mm的砒砂岩峰值强度和残余强度均最低;2）砒砂岩随含水率增加,峰值强度和残余强度均有所降低。粒径范围为≥0.5~1 mm的峰值强度和残余强度受含水率影响最显著;3）进一步拟合得到了砒砂岩法向位移和剪切位移的函数关系,可以较好地反应砒砂岩剪切过程的剪胀规律。该研究为砒砂岩区水土流失及边坡稳定问题的防治提供力学依据。

裂隙密度对快、慢横波速度影响的物理模型实验研究

在裂隙储层中,横波速度是对裂隙密度最敏感的参数。在实验室通过在均匀介质中嵌入圆形薄片弱弹性材料,构建了与Hudson裂隙理论假设相符的裂隙模型。分别用3种谐振频率(0.50,0.25,0.10MHz)的超声波测试观测了平行和垂直裂隙模型方向传播的快、慢横波波形特征和速度,并用实测的模型基质速度和裂隙参数计算了裂隙模型的理论速度值。实测值与理论计算值的对比表明,随着裂隙密度的增加快、慢横波速度的下降趋势基本一致;随着测试频率的降低出现明显的速度频散现象,实测值由高于理论值向低于理论值方向变化。快横波速度在0.10MHz频率时测试值与理论值几乎一致;慢横波速度则在0.25MHz时测试值与理论值偏差最小。在实测值中,横波偏振垂直裂隙时与传播方向垂直裂隙时的慢横波速度有达2%的差异。分析认为这与波长与裂隙尺寸之比有关,比值接近1时,偏振因素影响大,慢横波波至前会出现干扰波;比值大于1时,传播方向的散射影响大。

不同粗糙度下锚固节理破坏机理宏细观研究

为了研究不同粗糙度下锚固节理岩体的破坏特征和锚固机理,利用二维颗粒流程序PFC2D生成6种不同粗糙度的锚固节理面,并对这6种粗糙度的锚固节理模型在5种法向荷载下进行剪切实验,探讨JRC值和颗粒摩擦因数对锚固节理抗剪强度的影响。并从宏细观角度分析不同节理粗糙度的形貌破坏和裂纹扩展演化特征。研究结果表明:当剪切试验中节理面的微凸体没有发生太大的破坏时,锚固体系的峰值剪切强度随粗糙度的增加而不断变大,但是当微凸体剪断破坏后峰值抗剪强度会有小幅的衰减,同时随着节理面摩擦因数的增加,锚固体系的峰值剪切强度也相应变大,并呈现很好的线性关系;细观裂纹开始主要在节理面的微凸体处产生,随后在锚杆周围快速大量产生,并且逐步扩展到模型的内部,产生的裂纹以张拉裂纹为主;锚固节理上的颗粒间接触力的数量和方位角的分布区域随剪切过程的进行逐渐衰减,并且接触方位角逐渐向剪切荷载施加的方向发生偏转。

黄泛区粉砂土静力特性的试验研究

以河南开封地区粉砂土为研究对象,研究其静力特性,进行了固结试验、液塑限试验和直接剪切试验。试验结果表明,粉砂土的压缩系数为0.3 MPa-1,属中等压缩性土。粉砂土液限为15.3%,塑限为10.1%,塑性指数为5.2,属于含砂低液限粉土。粉砂土的内摩擦角为35.3°,黏聚力为7.5 kPa。并选取沙漠地区风积沙,及豫东平原区和南京地区广泛分布的黏性土为代表,与研究中黄泛区粉砂土的静力特性做比较。

大粒径碎石桩在饱和超软土地基中的应用

对广东省西江下游航道整治工程中不排水抗剪强度7～15kPa的淤泥土地基进行了碎石桩现场试验，得出了采用大粒径碎石桩加固不排水抗剪强度小于20kPa软土地基的合理施工控制参数：碎石填料主要粒径为5～15cm；充盈系数为1，4～1．6；密实电流大于50A：留振时间为5～15s．现场桩径检测、动力触探试验和复合地基大型直剪试验结果表明，采用大粒径碎石桩加固超软土地基是可行的，大粒径碎石桩对增强地基土的抗剪强度和提高软土地基承载力十分有效．

高羊茅根系增强土壤粘聚力的试验研究

为研究植物根系与土壤颗粒粘聚情况与抗剪强度的关系,选择高羊茅植物(Festuca arundinacea Schreb)(无植物对照)盆栽于3种不同土壤基质(高岭土、重钙土、河沙)进行控制性盆栽试验。分别测定生长形成根土复合体后根土复合体抗剪强度、及其对应下的根系表面积、体积以及长度、根系作用区的土壤pH值、电导率等指标。研究试验结果表明,在同一含水率、同一垂直荷载作用下活性的植物根系提高了土体抗剪强度(与素土对照相比)、粘聚力有明显提高,而内摩擦角提高程度较小。与无根系作用的土体相比,高羊茅—高岭土、高羊茅—重钙土根土复合体粘聚力c值增幅度在100%左右;3种土壤基质中由于河沙本底粘聚力低,高羊茅—河沙根土复合体粘聚力的增长倍数最大;而内摩擦角提高程度较小。通过根系分析,土体粘聚力随根系体积的增大有所增加,根土复合体区域的土壤电导率、pH值也有所提高。此外,对植物根系提高土壤粘聚力的这种"根土关系"和根土复合体提高土壤颗粒粘聚力的机制问题进行了探讨,根土作用通过粘聚力的提高与增强直接关系到土壤结构体形成与稳定,这对研究斜坡土壤的植物稳定与土壤破坏下的抗冲性、抗侵蚀能力大小与破坏分离过程等都有一定的指导意义。

高程对强风化灰岩抗剪强度影响的研究

高程对强风化灰岩抗剪强度具有显著影响。以北衙金矿露天采场边坡的强风化灰岩为研究对象,采用现场原位直剪试验、数值分析和理论分析等方法,探讨了强风化灰岩黏聚力c、内摩擦角φ与高程H间的预测计算模型,分析得到它们与高程间分别呈负相关和正相关的变化规律,并设计试验对其进行了验证。结果表明:由预测模型计算得到的强风化灰岩黏聚力c、内摩擦角φ的理论值与实际测量值相差不大,差率均小于10%,因此,可用来预测其他与北衙金矿露天采场边坡地质条件类似的矿山或工程在不同高程的强风化灰岩黏聚力c和内摩擦角φ。

多向铺层拉挤FRP薄壁梁成型工艺及弯曲性能研究

采用适当的铺层设计和在模具口加装自主设计的导向装置,并改进拉挤工艺的进丝方法,然后通过拉挤工艺完全采用±45°纤维缝编毡作为型材腹板的预浸料生产纤维增强复合材料(FRP)薄壁梁,从而使FRP薄壁梁腹板为全±45°铺层结构。随后进行了4种不同铺层结构的FRP梁的对比弯曲试验。结果表明,与全0°铺层的FRP薄壁梁相比,腹板采用±45°铺层的梁的极限承载力提高明显;随着±45°铺层的增加和0°铺层的减少,梁的弯曲弹性模量则有所下降;腹板剪切强度提高之后,腹板剪切破坏不再是FRP薄壁梁的主要破坏形式,局部强度破坏将成为制约梁整体承载力的瓶颈。

郑开下穿越工程非饱和土强度特性试验研究

利用气相法和渗吸法获取了郑开工程由于降水施工引起的非饱和砂质粉土和粉质黏土的土-水特征曲线,特征曲线显示,两种非饱和土的减饱和过程都具有明显的阶段特征。然后根据土-水特征曲线,对两种非饱和土进行了直剪试验研究,得到如下结论:在低吸力范围内非饱和砂质粉土和粉质黏土的抗剪强度与吸力基本上呈线性增长关系,并得到两种非饱和土的抗剪强度参数φb分别为8.5°和4.9°。该工程非饱和土强度特性的室内试验研究,为工程地表沉降控制和掌子面稳定性分析等提供了重要的基本数据和理论参考。

非饱和土剪切试验颗粒流模拟

实验研究基质吸力对非饱和土的变形及强度特性影响耗时耗力,为减少实验所带来的问题,采用颗粒流理论,以颗粒黏结强度为桥梁,建立非饱和土的PFC^3D直剪数值模型,模拟不同固结应力及基质吸力作用下非饱和红土的力学特性,得到其剪切应力与剪切位移的关系。基于摩尔-库伦准则,通过拟合计算得出与基质吸力相关的黏聚力c、内摩擦角φ并与实验值对比;通过黏聚力与基质吸力的关系得到φb角,数值模拟与实验值非常接近,结论验证了模拟的合理性。研究成果为非饱和土性质验证提供了新的思路。

粉土在直剪试验中的强度特性研究

通过在不同初始含水率、不同干密度、不同垂直压力条件下的直剪试验,研究重塑粉土强度指标随这些外部因素的变化规律,研究表明,垂直压力、干密度的增大对提高重塑粉土峰值强度作用明显,随初始含水率增加,重塑粉土土体峰值强度的剪切位移增加,而峰值强度、黏聚力、内摩擦角都有先增大后减小的趋势。