下地幔布里奇曼石与毛钙硅石混溶对大型剪切波低速省长期演化的动力学影响:二维数值模拟

布里奇曼石(bridgmanite)和毛钙硅石(davemaoite)是下地幔主要的端元矿物,是构成下地幔的重要基石.矿物物理学新的研究发现,在高温高压条件下这两种矿物可以发生混溶,因而可能改变下地幔的物理化学状态.本研究我们在二维地幔对流数值模型中以相变的方式模拟布里奇曼石和毛钙硅石混溶现象,讨论其对地幔热-化学结构(尤其是下地幔大型剪切波低速省)的长期动力学影响.模拟结果显示,布里奇曼石和毛钙硅石混溶更有利于下地幔大型剪切波低速省长期保存,并且这种稳定作用随大型剪切波低速省与周围地幔密度差减小而更加显著,而相变边界的克拉伯龙斜率则在长期演化过程中起次级作用.

饱和土体原位大型剪切试验方法与实践

由于室内剪切试验结果存在试样结构性扰动和尺寸效应等带来的不确定性问题,且以往的常规原位大型剪切试验是针对天然状态土体,不能获得饱和土体的强度参数,导致岩土结构稳定性分析和工程设计中大多采用反演方法求取强度参数,而很少直接运用这些试验参数。在本次试验方法研究中,试验仪器仍然采用常规的天然土体原位大型剪切试验仪器,针对土体饱和问题,设计了"制样后饱和法"和"饱和后制样法"2种浸水饱和装置,并采用这2套装置在甘肃省黑方台地区进行了7个饱和黄土原位大型剪切试验。结果表明,2种饱和方法都能够使土样饱和,"饱和后制样法"容易达到饱和,试验历时短,但对试样扰动大,甚至导致试样在制样时破坏,试验成功率低;"制样后饱和法"达到饱和历时稍长,对试样扰动小,试验成功率高。与原位天然大剪试验相比,粘聚力c值由44.65kPa下降至17.35kPa,Φ值由14.18°降至11.95°;与室内饱和固结快剪相比,饱和黄土原位大剪的c值增加约4kPa,Ф值增加3°左右。

基于大型剪切试验的西藏某露天矿高原碎石土力学特性研究

高原碎石土由于其力学成因较特殊,因而具有大颗粒多、联结力很小的特点。大型矿山的边坡失稳绝大多数是由于剪切破坏引起的,准确把握岩土体强度特性是稳定性分析与治理工程设计的关键。岩土体剪切强度试验方法主要根据工程需要和土体特点来选用,根据大试样尺寸、且不失碎石土本身结构的原则,进行了原状碎石土样以及和原状土相同干密度、不同含水率、含有不同量石灰重塑样以及和原状样具有相同状态的重塑样的大型直剪试验与常规的应变控制式的小型剪切试验,通过试验结果对比揭示岩土的结构性强度特征。

大型剪切试验在边坡工程上的应用

工程地质调查发现苏州渔阳山边坡稳定性受软弱夹层控制,通过现场制样对软弱夹层进行原位大型剪切试验得到软弱夹层的强度参数为c=71.86 kPa,φ=22.1°,根据试验结果计算得不同工况下边坡稳定性系数与边坡实际稳定性情况一致,表明该试验方法和试验结果可靠,可作为边坡稳定性评价和加固设计的依据。

大型剪切连接件的分析

对现有剪切连接件形式进行了总结,并针对现有连接件的缺点,提出了大型剪切连接件的形式,最后通过有限元软件对栓钉连接件与大型剪切连接件进行比较分析,结果表明,大型剪切连接件的各方面性能均优于普通栓钉连接件。

黄河三角洲粉土-钢界面大型剪切试验研究

土-结构界面的剪切性能决定着构筑物承载能力,影响构筑物安全,在土与结构相互作用研究中至关重要。使用大型界面剪切仪,对黄河三角洲粉土-钢结构界面进行了剪切试验,研究了不同法向应力、含水率和钢板粗糙度对界面剪切特性的影响。结果表明:最大剪应力随着法向应力的增大、粗糙度的增加、含水率的减小而增大;粗糙度对黏聚力影响显著,粗糙度越大,黏聚力和内摩擦角越大;而含水率主要影响内摩擦角,含水率越高,内摩擦角越小,其黏聚力随含水率的升高呈先升高后下降的趋势;法向应力越低,含水率越低,界面剪胀性越明显;随着法向应力和粗糙度的增加,界面剪缩趋势增加,体变量也随之增大。研究成果可为黄河三角洲地区工程设计及数值模拟提供参考。

考虑颗粒破碎的建筑垃圾再生粗粒料大型剪切试验

基于大型直接剪切试验,对不同剪切速率下建筑垃圾再生粗粒料的强度和变形特性进行了室内试验研究,探讨了剪切速率对建筑垃圾再生粗粒料强度和变形特性的影响。结果表明:剪切速率越大,剪应力-剪切位移曲线波动越明显,当剪切速率为1 mm/min时,所得抗剪强度指标为极大值,且抗剪强度随剪切速率的变化与破碎率具有相关性。

非饱和膨胀土-桩界面大型剪切试验与本构模拟

目前对于膨胀土-桩接触面的研究较少,没有合适的接触面本构模型能够考虑土体含水率对接触面的影响,为揭示含水率影响下的膨胀土-桩接触面的强度特性以及在剪切过程中的剪胀性,对膨胀土-桩接触面开展不同含水率的大型直剪试验。试验结果表明,不同含水率和法向压力下的接触面剪切强度曲线均呈现硬化的特性,接触面法向位移均呈现先剪缩,达到相变状态后再发生剪胀,最终趋于临界状态的现象。提出了一个接触面弹塑性硬化本构模型,并将所提出模型通过Fortran语言编写为ABAQUS有限元软件的UINTER子程序,并对试验结果进行了应力-应变模拟,合理地再现了含水率对桩-土界面力学行为的影响规律。

大型剪切机中的摩擦力矩不容忽视

通过对剪切机的受力分析和实例计算，发现摩擦力矩在整个静力矩中占有很大的比例，其大小不容忽视，并从设计和使用方面提出了降低摩擦力矩、提高设备效率的措施。

循环荷载作用下钢桩-软黏土接触面剪切特性研究

目前,中国海上风电工程的建设已进入快速发展阶段。海上风电机常采用大直径钢管桩作为基础,然而现在的桩基承载力设计预测方法往往基于小直径柔性桩,不适用于大直径刚性桩。因此需要研究海上桩基桩-土界面的相互作用,来对海上大直径刚性桩基的设计预测方法进行优化。使用循环荷载作用下钢桩-软黏土大型接触面剪切试验数据,建立法向循环荷载作用下钢与黏性土接触面剪切试验的离散元模型,对各个细观参数进行标定,分别研究动荷载频率和幅值对剪切特性的影响,并进行了细观机理分析。数值模拟结果表明动荷载频率和幅值越大,钢与黏性土接触面强度越小,其中动荷载幅值的影响较为明显。通过细观机理分析可以发现:动荷载频率和幅值越大,接触面处黏性土的颗粒位移越小;静荷载下黏性土的颗粒间作用力大于动荷载下的颗粒间作用力;动荷载会导致颗粒间的扰动,从而使接触面强度减小。研究结果可以为海上风电桩基承载力的准确预测提供理论基础。

加筋土挡墙墙趾界面剪切刚度计算模型研究

在硬质墙面加筋土挡墙数值模拟中,墙趾界面参数的选取对模拟结果的正确性至关重要。然而,墙趾界面剪切刚度仅能通过混凝土界面剪切试验获取,其过程繁琐、周期长。开展大型剪切试验研究混凝土界面剪切刚度与界面摩擦角、正应力的关系,在此基础上提出墙趾界面剪切刚度计算模型,该计算模型的输入参数为墙高和墙趾界面摩擦角,其中墙趾界面摩擦角可通过简单的混凝土斜板试验获得。采用该计算模型为3组不同墙趾约束条件的加筋土挡墙数值模型选取了墙趾界面剪切刚度值。3组挡墙数值计算得出的筋材应变均与实测值相吻合,筋材拉力分布随墙趾约束条件的变化规律与已有的模型试验结果一致,证明了墙趾界面剪切刚度计算模型的可行性。

循环剪切作用下卵石-碎石复合垫层变形特性试验研究

为研究卵石-碎石复合垫层在地震荷载下的变形特性,开展了一系列位移控制的大型循环剪切试验,探讨了垫层材料、法向应力、剪切幅值、颗粒破碎、循环剪切次数和剪切方向等因素的影响。结果表明:卵石、碎石在颗粒形态及孔隙率等方面的差异显著影响了垫层的变形特性;由于垫层材料间的相互作用,因此卵石-碎石复合垫层的水平变形和累积法向变形均大于单一材料垫层的变形。

砾石料尾矿坝力学性质大型三轴剪切试验研究

某尾矿坝采用砾石料一次建坝方式建设,分两期实施。在开展二期工程前,对已填筑坝体砾石料的物理力学性能指标进行了系统测试,为坝体加高工程稳定性评价分析提供理论依据。现场取样进行颗粒分析表明,该筑坝料为级配良好砾,同时基于现场检测干密度指标,在室内开展了不同固结排水状态下砾石料的大型三轴剪切试验,以了解其在不同状态下的力学性能。试验结果表明:筑坝砾石料CD试验抗剪强度指标内聚力c为20 k Pa,摩擦角φ为31.8°;CU试验抗剪强度指标内聚力c为8 k Pa,摩擦角φ为29.2°;UU试验抗剪强度指标内聚力c为107 k Pa,摩擦角φ为4.0°。

土石混合填料大型三轴剪切试验研究

为研究土石混合填料在不同土石混合比情况下的力学响应,以国道316旬阳至安康二级公路改建工程中的填石高路堤工程为依托,利用大型三轴剪切试验仪,在4种不同围压条件下,分别对土石混合质量比为3∶7和3∶2的试样进行固结不排水剪切试验。发现当土石混合比为3∶7时,在低围压(200 kPa)条件下,试样应力-应变曲线为应变硬化型,在高围压(400,600和800kPa)条件下,试样应力-应变曲线在达到峰值应力后有所下降,表现为弱应变软化。在4种围压条件下,试样体应变均表现为随轴向应变先增大后减小,即试样先剪缩后剪胀,且表现为随着围压的增大,剪缩量不断增大,然后达到峰值,随后体应变减小,表现出剪胀趋势,且随着围压的增大,剪胀趋势减弱。当土石混合比为3∶2时,在4种围压条件下,试样应力-应变曲线均表现为应变硬化,无明显的峰值强度。试样体应变均随轴向应变增大而增大,即试样一直表现为剪缩,且围压越大,剪缩趋势越明显,剪缩量越大。体变速率(dεv/dε1)能较好地反映试样变形特性和应力-应变特性。结果表明:土石混合比的变化对土石混合料剪胀性影响很大,对应力-应变特性的影响主要体现在加载后期。

人工配制生活垃圾强度特性的超大型直接剪切试验

将生活垃圾分为易降解材料、难降解材料和不可压缩的固体材料3大类,其比例为50%、15%、35%.在环境土工实验室,人工配制该比例的垃圾,采用超大型直接剪切试验仪器,进行了生活垃圾强度特性及抗剪强度参数的研究.研究表明,生活垃圾的强度与压缩时间和剪应变有关,且符合库仑定律,得到了初始孔隙比为2.9的生活垃圾在不同压缩时间及不同剪应变下的抗剪强度参数,黏聚力为9.69～15.64kPa,内摩擦角为18.73°～35.53°.

关于国外大型废钢剪切机的性能比较

大型废钢剪切机是废钢加工业的重要设备,国外技术已基本成熟.国内仅生产剪切力1000吨以下的废钢剪切机.1000吨以上的剪切机仍需引进.本文作者自1999年开始,跟踪考察了部分废钢剪切机制造厂家和使用厂家,并分别参加了对德国蒂森公司、林德曼公司、日本森田侏式会社及台湾正合兴股份公司引进设备的技术谈判,因此对国外有代表性的大型废钢剪切机有一定了解,现对以上各生产厂家的大型废钢剪切机的性能作一个介绍和比较.

排弃物料力学性质大型三轴剪切试验研究

露天矿剥离堆积的排弃物料力学性质是矿山排土场设计与稳定性控制之关键科学问题。文章以西南某露天矿剥离排弃物料为研究对象,采用室内相似级配模拟试验制作了不同物质组成、级配、相对密度条件下的试样,采用剪后筛分试验研究了各试样在不同应力状态下的颗粒破碎机理及破碎率变化关系,采用大型三轴剪切试验测试了各试样的应力-应变关系及抗剪强度参数。试验结果表明:排弃物颗粒剪切破碎力学机制复杂,颗粒破碎率与物料组分、级配、相对密度及围压条件密切相关,与抗剪强度参数相关性强。应力-应变曲线无明显峰值强度,具有应变硬化特征,分析认为其与围压、相对密度水平较低有关。试验数据拟合曲线均表明:ε1/(σ1-σ3)与ε1为线性关系,-ε3与ε1为抛物线关系,相关系数均大于0.9。据此拟合曲线,求解出排弃物料的切线泊松比μt,修正了邓肯-张模型。对相同试验条件下对比试样(QG-B-3)应力-应变关系,采用邓肯-张模型(修正)进行了预测,预测结果与试验测试数据基本一致,验证了邓肯-张模型(修正)能够描述排弃物料力学特征。研究排弃物料剪切破碎机理与应力-应变特征,对露天矿排土场边坡变形控制具有重要的理论意义。

试论胶东花岗岩—绿岩地体剪切带超大型金矿

在分析胶东金矿的成矿物质来源 ,成矿控制作用及成矿机理的基础上 。

皖南地区大型韧性剪切带的精确厘定

皖南地区发育多条北东向大型韧性剪切带,其发育在不同地质体的边界。本文利用天井山、小贺、白石坑、田子坑、韩家、大片等6条重要实测构造地质剖面,和大量室内显微构造的专题研究,从构造几何学、构造岩石学、构造运动学等方面进行了璜茅–五城–屯溪韧性剪切带的精确厘定。阐述了韧性剪切带的延伸方向、规模、剪切变形特征、变形条件及形成的变质相。

胶东花岗岩—绿岩地体剪切带超大型金矿

通过对胶东地区金矿床的成矿物质来源 ,成矿特征及成矿规律 ,成矿控制作用及成矿机理的分析研究 ,进而得出胶东金矿床为花岗岩—绿岩地体剪切带超大型金矿床的结论。