骨架颗粒组成对散粒土管涌规律影响的试验研究

利用改进的渗透装置试验研究了细颗粒(0.075~1 mm)含量相同时骨架颗粒组成含量不同对散粒土的管涌发生临界条件以及颗粒侵蚀流失规律的影响,结果表明:不同颗粒级配的试样在管涌发生前,水力梯度与渗流速度呈线性关系,基本符合达西定律;骨架颗粒1~2、2~3、3~5 mm 3个粒径段对管涌发展起到了阻碍作用,其中1~2 mm粒径段颗粒对管涌孔隙的堵塞作用强于另外两个粒径段颗粒;对于不同级配的骨架颗粒,其不均匀系数越大,试样的下限临界水力梯度值就越大,细颗粒越不易起动,发生管涌的时间越晚,而不同级配的骨架颗粒对试样的上限临界水力梯度影响较小。

间断级配散粒土侵蚀过程及强度演变机理研究

旨在探究相同应力条件下不同密实度间断级配散粒土管涌侵蚀机理及其侵蚀后强度变化特性,制备干密度为1.80,1.84,1.88 g/cm^(3)的3种土体试样,通过管涌三轴试验深入地探讨了干密度对其破坏临界水力梯度、累计涌砂量、体积变化量及侵蚀后强度变化的影响规律。研究表明:试样破坏临界水力梯度随其干密度增大而增大,且利用Terzaghi公式(F1)、毛昶熙公式(F2)及水利水电科学研究院公式(F3)对其渗流临界水力梯度进行分析,发现在该应力环境下各公式计算结果与试验结果均较接近(优劣度为F2>F3>F1)。试样累计涌砂量与体积变化量均与其干密度呈负相关性变化趋势,其涌砂速率随管涌侵蚀不断发展而逐渐衰减;土的强度受干密度与侵蚀率二者影响,表现为侵蚀后土体强度折减程度随侵蚀进行而逐渐增加,随干密度增大而减小。

锚杆加固散粒体形态不良工程地质体影响机理研究

散粒体是一种广泛存在于自然界的物质,研究以锚杆加固散粒体形态不良工程地质体为例,对锚杆分布间距、散粒体粒径、锚固面积比、预应力大小等指标影响散粒体形态不良工程地质体的效果和作用机理进行分析,旨在为该类型工程的施工提供借鉴。结果表明,锚杆之间的间距、散粒体粒径、预应力等因素都会在一定程度上影响锚固结构的强度,且这些元素之间还存在复杂的相互作用机理,当锚杆间距为100 mm、散粒体粒径为30~40 mm、预应力为0.383 kN时锚杆加固散粒体的综合效果最佳。

非均匀散粒粗糙床面明渠水流流速结构PIV试验研究

鉴于床面非均匀散粒粗糙直接影响明渠水流的流速结构问题,基于PIV水槽试验,研究了非均匀散粒粗糙床面明渠水流的流速结构,探讨了水流时均流速沿流向和沿垂线的分布规律,分析了脉动流速的象限分布特征。结果表明,梅花形排列的大尺度非均匀散粒粗糙显著影响了颗粒顶部以下的水流结构,大、小颗粒周围时均流速结构相似,颗粒大小明显影响了流动分离区形状尺度和内外层流体分界点位置;象限分析显示外层流体中,大颗粒使其上方区域Q2、Q4事件的概率减小;内层流体中Q1、Q3事件占主导,颗粒上游及大颗粒附近相比下游及小颗粒附近更易产生强紊流事件。

非均匀散粒粗糙床面明渠紊流特性研究

为揭示非均匀散粒粗糙床面明渠紊流特性,采用d_1=1.0 cm、d_2=1.5 cm的正方体散粒制成粗糙床面开展PIV水槽明渠紊流试验,探讨了紊动强度、速度高阶矩、雷诺应力和紊动能的分布规律。结果表明:(1)粒间区中部,邻近剖面颗粒的绕流作用使紊动强度发生明显变化。(2)速度高阶矩纵向偏度系数S_(u')与垂向偏度系数S_(v')的分布特性揭示在近床处主要发生扫掠事件,而颗粒顶部以上区域喷射事件占主导。(3)平均雷诺应力R_(mean)在粒间区沿程先增大再减小,在颗粒区先减小后增大。(4)紊动能呈条带状分布,在河床底部和水面受到的抑制使得整体紊动能从床面开始增大,在颗粒顶部附近达到最大之后开始减小。

锚杆加固散粒体室内模型试验研究

锚杆加固在土木工程领域中被广泛应用,是一种有效的加固方法。散粒体是一种常见的土体类型,其稳定性直接影响工程结构的安全性。通过室内模型试验,探究锚杆加固对散粒体的加固效果,为工程实践提供参考依据。首先,详细分析了散粒体特性与锚杆加固技术。其次,探讨了锚杆支护机理与特性研究。然后,设计了锚杆加固散粒体室内模型试验。最后,通过不同监测点验证了锚杆加固技术。结果表明,锚杆加固是一种有效的散粒体加固方法,能够提高其稳定性和承载能力。

GaAs/AlGaAs异质结量子点接触中的散粒噪声实验研究

量子点接触是一种具有丰富物理内涵的准一维受限量子体系,是研究电子量子输运的理想体系.量子点接触产生的散粒噪声已经成为介观物理越来越感兴趣的一个热点.本文在传统的GaAs/AlGaAs材料中设计了量子点接触器件,分别测量了它处于零磁场与高磁场下的散粒噪声,分析了处于20 mK的极低温下器件的散粒噪声随源漏偏压、栅电压以及磁场等参数的变化规律.我们得到了Fano因子随栅电压的变化规律,并与器件的电导平台作对比,分析了前两个霍尔通道从关闭到打开的过程中电子的散射行为.本文的研究会加深我们对量子点接触结构中电子量子输运性质的理解.

基于数值仿真技术的散粒体堰坝材料特性研究

选取20~40,40~60,40~80,60~100,80~120 cm不同粒径块石颗粒组成的5组散粒体堰坝进行抗冲破坏实验研究,同时运用Flow-3D进行数值模拟,在相互对照验证的基础上,进行了3组拓展计算。研究结果表明,数值模拟得到的沿程流速及堰坝破坏情况与实验结果吻合较好,三维数值仿真技术可以运用在散粒体堰坝结构特性的仿真研究中,同时对物理模型实验进行拓展研究,弥补物理模型所受实验条件的不足。散粒体堰坝的沿程流速、下游的水跌影响范围等都与通过堰体的单宽流量呈正相关关系,组成堰坝块石的等效粒径D、等效质量G与其能承受的最大抗冲流速v呈指数相关,且当抗冲流速超过2.5 m·s^(-1)时,块石粒径增加对于抗冲性能影响的边际递减效应也越来越明显。

散粒体斜坡颗粒摩擦破坏机制研究综述

散粒体斜坡在工程中发育广泛,其致灾模式具有明显链式、复发性、突发性等特征,因而近些年对其研究得到广泛关注。本文首先对散粒体斜坡颗粒内部的摩擦作用机制进行梳理,发现散粒体斜坡颗粒间的摩擦机制同样遵循几种经典的摩擦模型,散粒体颗粒物质内部影响宏微观摩擦特性的指标主要有:宏观(密度、密实度、含水率、外荷载)和微观(材料硬度、颗粒表面粗糙度、颗粒形状、咬合);在散粒体中颗粒物的细观变形破坏方面,剪切破坏过程中,存在明显的剪切带现象,且摩擦大小决定了颗粒物质最终的破坏形态,即单面破坏或双面破坏。

空气动力学数值模拟方法在设计铁路散粒货物货车中的应用

装运散粒货物的铁路货车运行时,环境自然风以及车辆运行形成的空气流会对货物产生扰动并且会造成一定货物损失及环境污染。运用列车空气动力学数值模拟方法对列车空气流场进行了仿真分析,通过在空气流场影响下的货物颗粒运动及撒落量的分析统计及评估,完成了车辆设计方案优化,确定了合理及有效的结构设计和措施,满足设计指标要求。该数值模拟计算方法与高成本费用且时间周期长的实车试验方法相比,在技术方案的理论指导以及优化比选方面,是一种比较理想且经济实用的辅助设计手段。

铁路货车散粒货物侧压力分布理论研究

文章以无黏着散粒货物为研究对象,基于经典库伦土压力基础理论,采用水平层分析法,分析了散粒货物在稳态条件下对铁路货车端、侧墙的侧压力分布,推导了主动、被动状态下的侧压力分布、合力及其作用点位置公式,并采用图解法得到了破裂角的显式解及每种状态的临界点,给出了货车散装货物侧压力的研究建议。

散粒体介质剪切变形的宏观特征与细观机制

为了探究散粒体介质在剪切过程中的内部结构变化及细观变形破坏特征,开展了直剪数值模拟试验,对剪切过程中颗粒体系的变形特性进行研究。试验中观察了散粒体内部结构随外荷载的变形响应情况,分析了试样的应力应变及剪胀特征关系。结果表明:散粒体的剪切变形及破坏是一个累积增长的过程,颗粒试样具有明显的应变软化现象,且在剪切面附近发生局部化塑性变形,同时整体表现出剪胀性;剪切过程中试样的细观组构各向异性与剪应力的变化具有一致性;接触力链网络演化呈现出强力链发育且主要集中于剪切面区域内的规律;颗粒的接触平均配位数整体呈现出减小的规律。

散粒体斜坡上滚石法向碰撞恢复系数研究

国内外在研究滚石碰撞问题时多将碰撞目标假设为弹塑性体,从而推导出恢复系数计算公式。但是对于散粒体斜坡,由于具有结构松散、高压缩、低黏结力等物理力学特性,如果将其完全考虑为弹塑性体,那么低估了其自身的耗能潜力。为此,我们考虑了松散介质的孔隙压密特征,改进提出了散粒体斜坡上滚石法向碰撞恢复系数的计算式,并探讨了滚石碰撞再回弹的临界条件。同时以西藏昌都察达隧道进口散粒体斜坡为算例进行数值模拟,分析了5种影响因素下滚石法向碰撞恢复系数变化规律,并与改进公式、已有相关公式计算结果进行了对比分析。结果表明改进公式与数值模拟结果较为吻合,优于假设为弹塑性体的公式计算值。研究思路及成果可为类似区域性问题提供参考。

高频振动下散粒体-结构界面临界状态强度特征试验研究

高铁桥梁、路基工程中的桩基础持续承受列车运行引发的振动荷载,当前350 km/h车速下的车致振动已高达近40 Hz。随着车速的进一步提升,可能给桩基础承载性能带来不利影响。桩-土界面是桩和地基土之间力和变形传递的重要媒介,很大程度上决定着桩基础的长期服役性能。但目前对于高频振动荷载下桩-土界面相互作用行为的认识和研究均不足。基于自主研制的可实现土-结构界面高频振动耦合静力剪切的试验装置,研究了散粒体-结构界面在振动下的临界状态强度特征,探讨了振动加速度、法向应力、结构面粗糙度、颗粒形状和振动频率的影响。结果表明:振动会导致界面强度衰减,部分振动条件下的界面强度甚至低于静力条件下的0.5倍;振动下的界面强度随振动加速度、频率的增大而下降,随法向应力的增大而提高。最后,基于摩尔-库仑强度理论,建立了振动下的散粒体-结构界面强度准则。

散粒体滑坡涌浪运动特征与能量转化规律研究

滑坡涌浪灾害造成的伤亡和损失一般远超滑坡灾害本身,已引起广泛关注。针对该类灾害的预测评价一直是研究的难点,精细刻画滑坡涌浪运动特征和能量转化规律是解决问题的关键和前提。因此,以天然碎石模拟散粒体滑坡,建立缩尺的矩形水槽滑坡涌浪三维物理试验模型,研究滑坡体积、速度和水深对堆积体形态和涌浪特征的影响以及滑体与水体能量转化规律。研究结论包括:(1)滑体通过冲击、挤压和抬升水体形成涌浪的特征受滑体规模和形态影响显著;厚度大且速度快的滑体趋向产生非线性过渡波,厚度小且速度低的滑体一般产生非线性震荡波;(2)基于试验提出的体积效应和速度效应揭示了一定水深的涌浪规模与滑坡体积和速度呈正相关规律,水深效应则解释了一定波能的涌浪在波形和速度上的分布差异,结果表明浅水比深水工况涌浪高度平均高出67%、波速平均高出51.17%;(3)基于试验的数值反演总结了滑体势能与波能转化率为1.00%~3.07%,由于三维试验中滑体与水体在水平和环向的扩散造成更多能量耗散,相较二维试验转化率较低。通过探讨散粒体滑坡运动过程和首浪产生、传播及爬高特征,揭示滑体-水体能量转化基本规律,研究成果对滑坡涌浪防灾减灾工作具有一定的理论价值和意义。

基于散粒体阻塞机理的变刚度柔性机械臂研究

为提高柔性机械臂的刚度和控制精度,基于散粒体阻塞机理对柔性机械臂的变刚度控制进行了研究。在柔性硅胶管内部填充塑料颗粒以构成变刚度杆,并通过理论分析和实验研究构建了其刚度模型。沿圆周方向对称并联布置3根变刚度杆以构成变刚度柔性机械臂,并基于搭建的实验平台对柔性机械臂进行变刚度控制和定位精度分析。结果表明:散粒体阻塞不仅可以实现柔性机械臂的刚度调节,还可以提高其控制精度;柔性机械臂的剪切刚度与变刚度杆的真空度成正比,柔性机械臂的定位精度与变刚度杆的剪切刚度也存在一定的正比关系。研究结果对促进柔性机械臂在工业机器人、服务机器人领域的广泛应用和提高人-机交互、人-机协同安全性有重要意义。

加卸载状态下散粒体力链结构的复杂网络分析

岩土类散粒体在加卸载过程中会呈现出不可逆的力学行为,可从复杂网络参数演化角度分析散粒体加卸载细观机制。采用离散单元法,进行散粒体加载―卸载―再加载过程的三轴数值模拟,并分析了加卸载过程中散粒体的宏观应力-应变演化及其对应的不同强接触体系的复杂网络特征。研究表明:散粒体的应力-应变曲线在加卸载过程中形成“滞回环”,在微观配位数和聚类系数上亦表现出了不可逆行为;采用不同阈值划分不同加卸载状态的强弱接触体系,随着阈值的增大,各应力状态对应的细观结构差异减小;强接触体系的最大簇在特定阈值区间内达到贯穿边界的极限,其几何特征与拓扑特征反映了散粒体加卸载过程的不可逆变化。

基于光学偏振控制的散粒噪声极限微振动光学测量方法

物体微振动信号测量在磁场、建筑、生物成像及航空航天等方面具有重要的应用价值。但是,物体微振动产生的弱反射光不仅极其微弱,易受到探测距离、雨雾气等环境因素的干扰,而且低频振动的振动形式多变,易受到经典噪声影响,难以实现极端微弱反射光条件下的振动信号测量。针对以上问题,文中采用光学偏振控制方法,对信号光与本振光的偏振性进行控制,以减少光学噪声的干扰;采用平衡外差探测,将低频直流信号转变为高频交流信号,避免信号被噪声湮没的同时,克服了光电流共模噪声的影响。在赫兹(~10 Hz)频段,探测器的噪声水平达到了散粒噪声极限,并实现了阿瓦量级反射光条件下的微振动信号测量,测得的物体微振动振幅为11.44 nm,A类标准不确定度为0.25 nm,合成不确定度为0.34 nm,测量精度为±0.75 nm。该方案不仅为微弱多普勒频率测量、振动检测等测量领域的研究提供了实验支持,在弱反光、长距离、雨雾天气等复杂测量环境也具有广阔的应用前景。

基于散粒噪声模型的协作缓存放置策略

为解决缓存中Zipf模型的适用性缺陷,以表征实际文件的流行度分布,提出一种基于SNM模型,通过设备间协作的缓存放置方案。利用SNM模型,解决Zipf模型难以反映动态流行度的问题。在此基础上利用基于D2D设备和Helper节点设备组成的混合网络,解决Zipf模型不能表征局部流行度问题。通过凸差算法得到最优的缓存文件放置。仿真结果表明,与原有缓存放置算法相比,提出算法缓解了BS端拥塞的问题,提升了总体的缓存命中率,具有更高的卸载增益。

基于散粒噪声方差实时监测的连续变量量子密钥分发系统的设计与实现

为了有效抵御窃听者对本振光的攻击,提高连续变量量子密钥分发(continuous-variable quantum key distribution,CVQKD)系统的安全性,提出了一种基于散粒噪声方差实时监测的CVQKD系统.该系统采用散粒噪声方差标定技术,在原有的CVQKD系统中加入散粒噪声方差实时监测模块,通过本振光强和散粒噪声方差的线性关系评估出实时的散粒噪声方差,再计算系统准确实时的密钥率来判断当前系统是否处于安全状态.实验上也表明了该系统能够有效抵御Eve对本振光的攻击,提高CVQKD系统的安全性.