基于颗粒破碎耗能的堆石料流变模型

由于堆石料流变的复杂性,现有的经验流变模型主要是根据流变试验结果,考虑围压和剪应力或其耦合效应的影响所建立,存在一定的随意性且存在参数多和物理意义不明确等问题。开展了红石岩堰塞料三轴压缩试验和流变变形试验,分析了流变过程中应变能与围压和应力水平的相关关系,得到了流变应变能的表达式;基于考虑颗粒破碎耗能的ROWE剪胀方程和流变过程中切线体积比保持不变的推论,推导得到了最终体积流变和剪切流变的表达式,所建立的模型可反映堆石料流变变形的机理。花岗岩堆石料、砂岩堆石料和砂砾料等其它堆石料的分析结果表明,提出的流变变形计算模型具有普适性。

基于改进流变元件模型的层状深厚覆盖层流变对面板坝结构性能影响的数值分析

在深厚覆盖层上建造面板堆石坝,除考虑水-土流固耦合外,还应考虑坝基流变的影响。为了更好地模拟坝基流变对大坝及渗控体系的真实受力,基于深厚覆盖层所呈现出的层状特性,首先改进新的流变元件模型H-KS以适应层状覆盖层,然后借助Comsol建立流变与流固耦合模型,最后按时间顺序计算了河口村面板坝各阶段的力学指标,分析了坝基流变对大坝及防渗体系的影响。结果表明:对于各向异性明显的层状坝基,采用H-KS流变模型能较好反映大坝各阶段的应力、变形和渗流实际情况,误差均在5%以内;计算结果相比不考虑流变的DuncanE-B模型,应力和变形均增大11.8%以上,部分增量对大坝结构的安全稳定造成影响;填筑期的沉降和应力总量占比达70%以上,但单位时间增量却较小,如沉降增量仅为0.015m/月;蓄水期的岩土体流变及流固耦合作用对大坝各部位强度和刚度影响最大,应力及沉降增长率分别为0.02MPa/月、0.038m/月;运行期的各指标增长率逐渐趋缓,最终趋于稳定,但变形和应力增量可能会导致主要结构失稳或破坏。混凝土面板-趾板-连接板-防渗墙是完整、有效的渗流控制体系,坝基流变导致防渗墙上部水平位移增大,整体强度降低;趾板和面板在中部有受弯破坏的趋势。层状岩土体流变具有时效性,该层状坝基的流变在蓄水后2~3a间基本完成,相应指标也趋于稳定。研究结果对层状覆盖层上的面板坝安全稳定体系的建立提供了理论支持。

国内外雪崩试验、流变模型与动力模拟进展综述

高海拔地区水电建设面临雪崩、冰崩等地质灾害的挑战。本文以雪崩为研究对象,阐述关于雪崩试验技术、流变模型及动力学数值模拟的研究进展。国内外通过开展全尺寸雪崩试验或缩尺雪槽试验,结合先进测量技术积累雪崩案例数据;雪崩常被视作复杂流体或颗粒流,采用Voellmy双参数模型、多孔黏弹塑性模型、颗粒流流变模型等描述其流变行为;基于流体动力学和基于连续介质力学的雪崩动态模拟已逐步发展成熟。该研究可为雪崩运动路径的科学预测与灾害风险评估奠定基础。

基于西原流变模型的隧洞围岩支护参数研究

为优化榕江关埠引水工程隧洞围岩锚喷支护方案设计,引入了西原流变模型,并基于此建立了围岩强度准则下的西原流变分析模型,探讨了锚杆物理力学特征与体型参数特征对围岩稳定性影响。锚杆弹性模量参数对围岩位移、径向与切向应力影响均较小,锚杆弹性模量参数优化设计时具有较宽泛选择区间。锚杆直径愈大,围岩位移进入稳定期愈早,同时围岩位移也愈低,且以锚杆直径20~26 mm区间内围岩位移降幅最大。锚杆直径参数对围岩径向、切向应力影响超过锚杆弹性模量参数,径向应力发展在锚杆直径各区间内不均衡,但切向应力与锚杆直径关系较均衡稳定。本研究可为水工隧洞围岩支护方案设计及围岩流变数值计算分析提供参考。

基于Arrinus方程的GH4706高温合金应变补偿高温流变应力模型的建立

GH4706高温合金的高温流变应力模型对指导GH4706锻件生产、预测设备吨位有着重要作用。本文推导了Arrinus方程的高温合金应变补偿高温流变应力的模型,归纳总结了相关流程,成功将该流程自动化,将必要的数学工具模块化。并由此建立了Python综合性数据处理与分析模块,该模块由六大模块组成,可以自动实现高温流变应力曲线的导入、数据处理、自动拟合材料参数、拟合精度的评估等数据处理与分析的操作。最终使用该模块建立了GH4706高温合金的高温流变应力模型,均方根误差(RMSE)只有8.316,且计算速度极快,这对加快生产效率有着重要意义。

基于流变分析的玉米去雄抽取式夹持装置研究

针对玉米去雄设备存在喂入困难、去雄率低、叶片损失严重的问题,该研究设计了一种抽取式夹持去雄装置,说明了其主要结构与工作原理。通过对雄穗夹持运动与受力分析,确定了影响去雄作业关键作业参数的取值范围。构建了玉米雄穗的Burgers流变数字模型,根据不同探头速度下雄穗力与变形的曲线拟合了流变数字模型参数,分析了充气夹持轮径向垂直刚度、两轮间距、充气夹持轮转速与抽取式夹持装置夹持力的关系。应用三因素三水平正交试验方法,以充气夹持轮径向垂直刚度、两轮间距、充气夹持轮转速为试验因素,去雄率、叶片损失率为评价指标,结果表明最优参数组合为充气夹持轮径向垂直刚度66.8 N/mm、两轮间距256 mm、充气夹持轮转速100 r/min,在最优参数组合下进行试验验证,得到去雄率为96.7%、叶片损失率为63.3%,较未去雄区域增产5.6%,符合行业标准和农艺要求,该研究为抽取式玉米去雄机提供了理论参考。

渗流作用下红层软岩流变力学特性试验与本构模型研究

滇中引水工程隧洞软岩大变形问题是十大世界级技术难题之一.以滇中引水工程柳家村隧道钙质泥岩为研究对象,开展了渗流作用下的三轴流变力学试验,研究了渗流作用影响下钙质泥岩流变变形规律及加速流变特征.结合钙质泥岩在不同渗压作用下的流变特性,引入比奥系数与损伤变量,基于非线性元件模型,建立反映不同渗流压力作用下钙质泥岩损伤流变特性的本构模型,对非线性损伤流变模型进行参数辨识,模型与流变试验结果匹配良好.研究成果对认识和掌握滇中红层软岩渗流流变力学特性具有重要理论意义和实用价值.

基于流变模型的降黏型聚羧酸减水剂的试验研究

为解决高强混凝土存在的黏度过高影响施工的问题,本研究对减水剂分子结构进行设计,提高了聚羧酸减水剂对低水胶比胶凝材料体系的黏度调节能力。以异戊烯醇聚氧乙烯醚(TPEG)、丙烯酸、巯基丙酸等为原材料,分别加入功能性单体甲基丙烯酸甲酯(MMA)、甲基丙烯磺酸钠(SMAS)和2-羟乙基甲基丙烯酸酯磷酸酯(HEMAP),通过自由基聚合反应合成了降黏型聚羧酸减水剂。通过红外光谱仪对减水剂结构进行表征,结合流动度测试探究了其分散性能规律,结合流变学测试定性分析了其降黏性能规律。实验结果表明,适量掺加三种功能单体时,合成的聚羧酸减水剂不仅获得了良好的分散性,而且降黏效果显著;流变学测试结果与Bingham流变模型具有良好的相关性,可以反映减水剂的降黏性能规律。

基于Herschel-Bulkley流变模型的滑坡涌浪数值模拟方法研究

山区水库滑坡涌浪灾害严重威胁库区航运、水工建筑物及沿岸城镇的安全,针对这类次生灾害进行预测和早期防范具有重要意义。滑坡冲击水体形成涌浪的动力过程十分复杂,对其进行准确模拟一直是近年来的研究热点。本文将滑坡视为由流体化物质组成的一类连续的特殊流体,在满足连续方程和动量方程的基础上,引入Realizable k-ε紊流模型和VOF模型,采用自定义函数程序控制滑坡流变特征和底部摩擦阻力,利用有限体积法模拟了Lituya海湾滑坡涌浪运动的全过程,数值模拟得到的涌浪生成形态、速度矢量场与试验结果吻合较好。通过对库区滑坡涌浪开展三维数值模拟,定量获得了不同时刻下库区内涌浪的运动信息。结果表明,涌浪在狭窄顺直河道内传播时波高衰减缓慢,波形类似于孤立波,而在库区弯道地形影响下波幅会迅速衰减。论文研究成果可为科学制定涌浪灾害应急预案和紧急避险方案提供依据。

磷素对含沙水流流体变异特性影响

[目的]为探明磷素对含沙水流流体变异特性的影响。[方法]采用自制双竖管流变仪,研究了磷素对不同浓度含沙水流流体类型、流变参数及流体发生变异的临界阈值的影响。[结果](1)磷素浓度、泥沙浓度及泥沙理化性质是影响含沙水流发生流体变异的主要因素。在25℃下,过磷酸钙浓度每增加0.1 g/cm^(3),黏滞系数和宾汉极限剪切力分别增加0.48~1.47 mPa·s和3.49~6.84 N/m^(2)。(2)随着磷素和泥沙含量的增大,含磷素的含沙水流由牛顿流体变异为宾汉流体。构建并验证了磷-泥沙水流黏滞系数和宾汉极限剪切力等流变参数的计算模型。(3)给出了磷-泥沙水流流体变异的临界浓度阈值。当磷素浓度从0增加至0.45 g/cm^(3)时,含沙水流的流体变异临界浓度阈值降低49%,说明磷素的存在加速了含沙水流的流体变异。[结论]磷素的增加使得侵蚀水流更容易由牛顿流体变异为宾汉流体,从而影响侵蚀流内部的能量耗散过程,研究结果为深入认识侵蚀污染水流的输移机制提供了新的科学基础。

稳态剪切条件下中国南海软黏土的相态转变特性及流变模型

海底沉积物在流变剪切过程中相态转变特性的研究和流变模型的建立对海底构筑物的安全评估具有重要意义。以中国南海软黏土为原材料,制备了5组不同含水率的试样,采用MCR302流变仪开展了一系列不同环境温度条件下的流变试验。试验结果表明,随剪应变的增大,剪应力呈现先快后慢的增大规律,而表观黏度呈现先快后慢的减小规律。剪应力和表观黏度随含水率的增加而较小,随温度的降低而提高。在流变剪切过程中软黏土出现了相态转变,其相态转变可利用动态和静态屈服应力进行划分,并根据试验结果建立了动态和静态屈服应力的模型。此外根据试验结果,还建立了考虑含水率和温度影响的南海软黏土Dual-Bingham流变模型,并验证了模型的可行性。研究结果可以为南海海底构筑物稳定的数值模拟提供基础模型。

基于分段二次流变模型的泥石流流速垂向分布

泥石流流速垂向分布是泥石流动力学的核心研究内容之一,它关系到泥石流堆积、运移、冲击力、运动摩阻等重要工程设计参数的计算。本文对二次流变模型进行分段处理,建立泥石流流速垂向分布理论计算公式,用17组试验数据对模型进行验证。结果表明:分段流变模型能较好地拟合试验数据;基于试验数据,建立了卡门常数与含沙量之间的关系,给出了流速为0的位置与中值粒径和含沙量的关系。

掺煤矸石粉高强高延性混凝土的力学与流变性能研究

采用L_(16)(4^(5))正交试验研究了煤矸石粉掺量(40%~100%)、硅灰掺量(14%~20%)、PVA纤维体积掺量(0.5%~1.7%)、水胶比(0.18~0.30)和砂胶比(0.3~0.9)对高强高延性混凝土(HSHDC)力学性能、工作性及流变性能的影响,并对比分析了Bingham模型和Herschel-Bulkley模型对流变参数的拟合效果。结果表明:配制的掺煤矸石粉HSHDC的28 d抗压强度基本大于60.0 MPa,28 d抗折强度最大为21.2 MPa;与Bingham模型相比,Herschel-Bulkley模型更适用于描述掺煤矸石粉HSHDC的流变性能;掺煤矸石粉HSHDC的等效塑性黏度与扩展度中度相关,屈服应力与扩展度不相关。

一种考虑固相浓度作用的改进泥浆流变模型

泥浆流变特性决定其运动形态和过程,并受固相浓度/含水率影响显著。本研究基于泥浆流体运动的纳维-斯托克斯方程和浆体固-液相互作用,推导了泥浆稠度系数随固相浓度变化的三参数简化表达式,并在H-B流变模型基础上建立了改进的四参数泥浆流变模型。通过与不同源地、不同固相浓度/含水率的泥浆流变测试结果比较,验证了稠度系数简化表达式的合理性和改进流变模型的适用性。研究表明,所构建的稠度系数表达式可合理描述固相浓度对稠度系数的规律性作用;利用改进流变模型,可实现对不同固相浓度泥浆流变特性变化的预测;随泥浆固相浓度的上升/含水率的降低,颗粒间的引力和絮网连接程度增加,流变稠度系数逐渐增大;此外,稠度系数的变化具有显著阶段性:泥浆固相浓度在达到临界浓度之前,稠度系数增速较小;在达到临界浓度之后,稠度系数随固相浓度上升而迅速增大。

基于串联流变模型的锚拉力松弛分析方法

加固坡体的预应力锚索结构存在锚索拉力随时间松弛问题,为了合理预测分析锚索拉力松弛,基于锚索-边坡体系中滑床、锚索、滑体、坡面抑制构件之间的相互作用与锚固系统受力、变形基本机理,建立了一种采用虎克体模拟锚索或坡面抑制构件、开尔文体模拟滑床、开尔文体或广义开尔文体模拟土质或岩质滑体的锚索-滑床-滑体-坡面抑制件的四体串联式流变模型,推导了锚索拉力松弛的计算方程。实例分析表明:所提出模型的锚索拉力松弛计算值与试验或实测结果的误差小于既有模型的计算误差,计算得到的锚索拉力松弛收敛值的最大计算误差约为11%,松弛历时的最大误差约为10%;锚索拉力松弛率随锚索的直径和弹性模量的增大呈线性增大,随锚孔间距、滑床和滑体的滞后弹性模量与黏滞系数(尤其初期阶段)的增大呈非线性减弱,而滑床和滑体的瞬时弹性模量、坡面抑制构件的弹性模量均对锚索松弛效应影响很小。所建立的方法可用于定量评估预测预应力锚索加固坡体的锚拉力松弛效应,进而可用于分析锚固边坡长期稳定性。

复掺再生微粉新拌浆体流变性能研究

文章通过对复掺再生微粉新拌浆体进行流变测试,深入研究了矿物掺合料种类及掺量对复掺再生微粉胶凝体系流变特性的影响。实验结果表明:复掺再生微粉浆体30 min的经时流动度下降幅度并未出现明显增大。复掺再生微粉浆体的流变模型与Herschel-Bulkley模型更为接近,在复掺再生微粉中增加粉煤灰的掺量,能够增加浆体的流动度。

周期动—静荷载作用下石灰固化软土的流变模型研究

本文以天津地区的淤泥质软土为研究对象,根据非线性流变理论建立能够同时考虑瞬时弹性应变、黏性应变和非线性黏弹性应变的流变模型,推导石灰固化软土在周期动-静应力状态下的流变方程。进行石灰固化软土的动三轴试验,给出基于麦夸尔特法的模型参数确定方法,构建出能够合理描述石灰固化软土流变特性的力学模型。研究结果对于准确描述石灰固化软土流变过程中非线性特征具有一定的理论意义,并可为相关工程提供参考。

岩石弹黏塑性流变试验和非线性流变模型研究

采用分级增量循环加卸载和单级加载方式,对金川有色金属公司III矿区二辉橄榄岩试样进行弹黏塑性流变试验,在对流变试验数据进行深入分析基础上,详细研究该类岩石各蠕变阶段非线性黏弹塑性变形特性,将衰减蠕变曲线分离为黏弹性分量与黏塑性分量,研究各衰减蠕变变形分量的非线性特征,建立定常流动速率及加速蠕变率的应力、时间的拟合函数。根据不同应力水平下的加、卸载蠕变试验曲线,提出由瞬弹性Hooke体、黏弹塑性村山体、黏塑性改进Bingham体串联而成的新的岩石非线性弹黏塑性流变模型,对模型参数辩识,提出非线性元件参数的确定方法。该流变模型具有两个屈服极限且流变元件参数是关于应力和时间的拟合函数,考虑了衰减蠕变阶段和加速蠕变阶段的非线性特征,能反映不同应力水平下岩石流变规律,尤其能较合理地模拟岩石加速蠕变,从理论上给出非线性弹黏塑性流变模型的松驰方程和三维蠕变方程。利用不同应力水平下岩石蠕变全程试验曲线,对提出的非线性弹黏塑性流变模型进行充分验证。试验曲线与非线性流变模型理论曲线较吻合,显示所建非线性弹黏塑性流变模型的正确性与合理性。

软岩流变的一种新力学模型

软岩在低应力水平下表现为弹性和粘弹性;在较高的应力水平下表现为弹性、塑性和粘弹性;在高应力水平下表现为弹性、塑性、粘弹性和粘塑性。为了对其进行全面描述,首先,提出了两种非线性元件-蠕变体和裂隙塑性体,并将它们和描述衰减蠕变特性的开尔文体及描述瞬弹性的虎克体相结合,得到了一种新的复合流变力学模型。然后,通过其采用的软岩蠕变的分级增量循环加卸载试验证明,该模型可很好地描述软岩在不同应力水平下的蠕变特性特别是裂隙闭合阶段和加速蠕变阶段的特性,可在工程实际中推广应用。

一种新的岩石流变模型

根据岩石加速蠕变阶段的力学特性，提出了一种非牛顿流体粘滞阻尼元件，将该阻尼元件与描述岩石减速蠕变和等速蠕变特性的传统模型结合，构成了新的综合流变力学模型，并应用于描述某大型水电工程坝区断层岩蠕变特世，效果良好。