湿雪的密实化与颗粒粗化过程研究

研究了处于自然状态下的湿雪的密实化和颗粒粗化过程 .在野外观测的基础上 ,通过应用粘滞流体模型 ,发现与干雪相反 ,当湿雪的含水率达到一定程度 (重量含水率约 5 % )后 ,粘滞度随密度增加而降低 .通过粒径量测与颗粒大小分布统计发现 ,与含水饱和的雪相同 ,在湿雪演变过程中 ,不同时刻的雪粒粒径积累频率分布曲线形状基本相同 ,且与含水饱和雪的基本一致 ,说明含水不饱和的雪与含水饱和的雪在颗粒粗化过程中具有相同的粒径分布及其演进特征 .分析还显示 。

Ti-6Al-4V钛合金相颗粒粗化动力学及形貌变化

以Ti 6Al 4V钛合金为例 ,研究了韧性双相合金不同温度保温时相颗粒变化情况。结果表明 ,在α相颗粒粗化的同时 ,还伴随着α相形貌由“短棒状”向等轴状转变。在 80 0℃或 6 0 0℃保温时 ,α相颗粒粗化机制均为Al原子从其他α相颗粒中沿晶界或相界以一维扩散的方式转移到粗化的相颗粒上来。α相颗粒形貌的改变 ,分为两个阶段 ,第一阶段为颗粒内部物质的转移为主 ;第二阶段为其他α相颗粒物质沿晶界或相界扩散到该颗粒比较短的方向上以使该颗粒等轴化。对于 80 0℃保温 ,第一阶段为颗粒内部Al原子以晶格扩散的方式转移 ;6 0 0℃时 。

AgCuONiO电接触复合材料物理性能与颗粒粗化机制研究

以Ag板、Cu板和Ni板为原料,经合金冶炼工艺制得的AgCuNi合金采用内氧化法制备了AgCuONiO电接触复合材料。主要考察了氧分压、氧化温度等工艺参数对AgCuONiO材料的氧化率、硬度和电阻率的影响,并探究其微观机制。采用扫描电镜、维氏硬度计和电导率仪等对AgCuONiO材料的微观结构和物理性能进行了表征。结果表明:随着氧压从0.021 MPa增加至1.0 MPa,样品氧化层厚度及氧化率呈先上升至波峰而后下降并趋于平缓的变化趋势,而氧化层的电阻率性能变化规律呈近似“V”型分布态;氧化温度为600℃~800℃时,随着氧分压的增加,氧化层硬度呈平缓上升趋势。内氧化法制备AgCuONiO电接触复合材料的最优工艺参数:氧化温度区间为750℃~800℃、氧分压0.5 MPa。微观组织分析结果表明,随着氧化温度的升高,氧化层出现由氧化物颗粒偏析构成的大量晶界网络,形成晶界偏析效应。当氧化温度升至800℃或850℃时,氧化层微观组织中小晶界合并消亡并长大形成大晶界组织;当氧化温度850℃时,大晶界组织内部存在较多呈弥散分布的氧化物析出颗粒,同时在界面处出现了Ag成分富集区,导致整个氧化层的硬度分布不均匀。AgCuONiO材料的内氧化机制是由内氧化前端氧化物形核与沉淀颗粒长大之间相互竞争的结果,沉淀析出相在浓度梯度等扩散因素驱动下发生颗粒粗化。

粗颗粒硫酸盐渍土水盐迁移规律及变形特性研究

针对封闭系统下粗颗粒硫酸盐渍土在冻结过程中的水盐迁移和变形特性开展了理论和试验研究。基于非饱和多孔介质热弹性理论,考虑孔隙水盐相变,建立了适用于粗颗粒盐渍土水-热-盐-力多场耦合模型,并对单向冻结条件下粗颗粒盐渍土的温度场、水分场、盐分场和位移场分布进行了数值模拟。通过配制含硫酸盐的细砂作为土样开展了单向冻结条件下的室内试验,测定了冻结过程中的温度、水分、盐分以及变形的分布,并与数值结果进行了比较,验证了理论模型的有效性。结果表明:砂土结构孔隙更大,水分和盐分更容易渗透和迁移,在单向冻结试验中,水盐迁移速度更快;细砂的轴向位移呈现先下降后上升的变化趋势,且收缩变形持续时间较黏土更长;由于暖端水分向冷端迁移致使暖端土体孔隙减小,下部土体变得更加密实,土柱下部侧壁压力大于上部。

冻融干湿循环条件下粒径及盐分对土壤粗颗粒风化速率的影响

【目的】探究冻融干湿循环条件下,土壤粒径及盐分对土壤粗颗粒风化速率的影响。【方法】以土壤粗颗粒(灰绿板岩)为研究对象,设置粒径(10、20、30mm)、盐分浓度(3、6、10g/L及蒸馏水作对照)两因素,开展冻融干湿循环随机试验,分析不同循环次数下土壤粗颗粒风化速率的变化规律。【结果】(1)在水盐溶液处理下土壤粗颗粒风化速率均比单纯水处理大,10g/L盐分处理下的土壤粗颗粒风化速率大于其他处理。在20~60次冻融干湿循环之间,10 mm土壤粗颗粒的风化速率随盐分浓度的增加而增大。(2)土壤粗颗粒风化速率随粒径的增大呈减小趋势,且10 mm的土壤粗颗粒风化速率大约是30 mm的2倍。(3)土壤粗颗粒风化速率随冻融干湿循环次数的增大而增大,A1B4(10 mm 10 g/L)组合下的土壤粗颗粒风化速率最大。【结论】在冻融干湿循环影响下,小粒径的土壤粗颗粒风化速率大于大粒径,且水盐作用对土壤粗颗粒风化速率的影响大于单纯水作用。

水泥与粗颗粒工程弃土复合固化改良淤泥土试验研究

为实现工程弃土的资源化利用和降低工程投资,以苍南县安澜工程(南片海塘)护塘河开挖产生的淤泥质土为研究对象,将附近绿能小镇三澳核电站工程弃土作为粒径改良用土,并采用水泥作为固化剂,通过不固结不排水(UU)三轴剪切试验研究水泥与粗颗粒工程弃土复合改良淤泥土的物理力学性能,并得到既符合工程设计要求又具较好经济性的改良土配合比。试验结果表明:影响改良土物理力学性能因素主要为粗颗粒弃土占比、水泥掺量、养护龄期,其中水泥掺量与养护龄期影响最为显著;单掺改良时,粗颗粒掺量对改良土的力学性能影响较小,改良效果不佳。淤泥土、粗颗粒土、水泥掺量分别为40%、60%、15%,养护龄期为56 d时淤泥质土的改良效果最佳,最大偏应力和黏聚力分别为2897.87、567.63 kPa。改良后的土作为海塘闭气土方用土能够满足工程设计要求。研究成果能够为海塘工程设计和施工提供理论依据和指导。

不同标号水泥与粗颗粒弃土复合改良淤泥土的强度研究

结合温州市苍南县海塘安澜工程(南片海塘)弃土的资源化利用工程,对海塘施工工程产生的淤泥土掺入三澳核电建设工程产生的粗颗粒弃土和P.O42.5级水泥与M32.5水泥进行复合改良,通过室内无侧限抗压强度试验检验淤泥土在复合改良后的效果。结果表明:水泥与粗颗粒弃土复合改良淤泥土强度的效果明显,采用P.O42.5级水泥复合改良时,粗颗粒对强度的影响较小,且UCS值随着粗颗粒掺量的减小而减小;采用M32.5级水泥复合改良时,粗颗粒掺量对UCS值的影响效果显著,两种水泥复合改良的无侧限抗压强度最大值的配比均为掺40%粗颗粒和15%水泥固化剂。

单一粗颗粒影响下的矿岩颗粒体系三维力链演化特征

针对现有放矿研究中未充分考虑粗颗粒影响的问题,基于滚动阻抗模型开展放矿数值试验,对不同粒径和位置单一粗颗粒影响下的矿岩颗粒体系三维力链宏观分布、数量、平均强度、准直性、长度以及方向等演化特征进行量化研究。研究结果表明:1)针对0.3~0.8 m的三维矿岩细颗粒体系,仅当粗细颗粒粒径比大于6.0且粗颗粒处于矿岩颗粒剪切带区域时,单一粗颗粒的存在才会导致粗颗粒一侧的松动体形态产生明显变异,引起局域细颗粒的提前移动。2)粗颗粒能够产生力链聚集效应,显著提高其四周局域内力链分布密度、力链接触数占比以及力链平均强度,而对力链准直性无显著影响。3)无论是否存在粗颗粒,在各放矿阶段局域内力链概率均随其长度增加而呈负指数函数形式减小;从统计意义的角度而言,力链最大长度均不超过10。4)当粗颗粒及其四周细颗粒未产生松动时,粗颗粒的存在可显著提高局域力链方向各向异性程度;当粗颗粒及其四周细颗粒产生松动后,其局域力链方向各向同性程度不断提高,局域力链方向逐渐向放矿口方向集中。

粗颗粒土缩尺方法及缩尺效应研究进展

粗颗粒土作为土石坝的主要填筑材料,最大颗粒尺寸达到米级,室内试验试样只能进行缩尺。如何缩尺保证室内试验成果反映大坝实际填料的力学特性,一直是土石坝研究的难题。近年来大量学者就粗粒土的缩尺方法及缩尺效应开展了一系列卓有成效的研究工作,但在某些方面仍存在分歧。对现有粗颗粒土缩尺方法、试样试验边界效应、缩尺效应规律研究进行了系统总结和分析。最后,为解决粗颗粒土缩尺方法难题,介绍了长江科学院提出的一种粗颗粒土缩尺方法“旁压模量当量密度法”,阐明了“旁压模量相等”与“力学性质一致”的关系,诠释了“旁压模量当量密度法”的理论基础,为深入研究粗颗粒土缩尺方法提供了技术支撑。

粗颗粒浮选过程强化研究进展及展望

粗颗粒浮选不仅能够有效拓宽浮选粒度上限、减少碎磨能耗,而且对建设绿色矿山和提高资源利用率具有重要意义。目前,针对粗颗粒浮选过程强化,国内外学者做了大量相关研究并取得了显著成果。从粗颗粒的难浮机理出发,重点综述了当前粗颗粒浮选过程强化技术新进展,并分析了不同分选技术的作用机理、优势与不足,以期为粗颗粒浮选实践提供理论指导与技术借鉴。浮选矿浆的高紊流环境是造成粗颗粒难浮的根本原因,基于此,为了降低粗颗粒紊流效应,更多研究聚焦于高效粗颗粒浮选装备开发,如矿冶科技集团有限公司研制的CLF粗粒浮选机和美国Eriez公司设计的流态化浮选设备——水力浮选机。最后提出了未来粗颗粒浮选技术的新发展方向,主要包括低紊流高相含率的浮选环境下浓相流态化浮选机理、大型流态化浮选智能装备开发以及由此带来的新型浮选工艺开发设计。

缩尺效应对粗颗粒土静止侧压力系数影响规律试验

准确把握粗颗粒土静止侧压力系数K_(0)对分析及设计土石坝等岩土工程具有十分重要的作用。由于缩尺效应的存在,粗颗粒土室内K_(0)试验结果往往无法正确反映其真实值。本文利用自行研制的大型K_(0)测试仪对某砂卵砾石料及堆石料进行大量试验,以研究分析缩尺效应对粗颗粒土K_(0)影响规律,找出消除缩尺效应影响的方法。通过改变试样颗粒的最大粒径d_(M)、缩尺方法、初始相对密实度D_(r0)等初始条件,设置24组试样,利用大型K_(0)测试仪对各组试样进行直剪试验,定量研究d_(M) 、缩尺方法和D_(r0)对粗粒土K_(0)的影响规律,并探讨以室内试验数据推求现场粗粒土K_(0),从而消除缩尺效应的方法。结果表明:D_(r0)及缩尺方法不变时,粗颗粒土K_(0)随着d_(M) 的增加而显著减小,因此,缩尺效应会导致粗颗粒土K_(0)显著增高,且缩尺后土料d_(M) 越小,其K_(0)受影响程度越高;D_(r0)及d_(M)相同时,缩尺方法对粗颗粒土K_(0)有一定影响,采用等量替代法缩尺后,试样K_(0)值增加最小,因此,采用等量替代法缩尺可减小缩尺效应对粗颗粒土K_(0)的影响;相比d_(M) ,D_(r0)对粗粒土K_(0)的影响更为显著,D_(r0)越大的土样,d_(M)对粗粒土K_(0)影响更明显。基于砂卵砾石料K_(0)试验结果及前人的研究,建立根据室内试验结果反推现场粗颗粒土料K_(0)的公式,以消除缩尺效应对粗颗粒土K_(0)的影响。利用堆石料K_(0)试验结果验证了该经验公式的准确性及适用性。

软土粗颗粒含量对杂填土与软土地基互嵌沉降影响的试验分析

为实现对杂填土与软土地基互嵌过程的实时沉降分析,探究软土粗颗粒含量变化对互嵌沉降和软土固结沉降的作用,借助自主研制的杂填土与软土互嵌试验仪,通过室内试验定量区分互嵌沉降和软土固结沉降,设计正交试验组对照分析2种粒径杂填土颗粒(5、10 mm)与5种粗颗粒含量软土(0、3%、6%、9%、12%)在一定荷载下的沉降发展规律,总结总沉降、互嵌沉降、软土固结沉降的最终沉降量和瞬时沉降量的差异。试验结果表明:软土中存在粗颗粒时,总沉降和互嵌沉降在各阶段均较无粗颗粒情况下增长量更大且发展更快,在粗颗粒含量6%时总沉降和互嵌沉降有极大值,粗颗粒含量对软土固结沉降的影响并不明显。

水平转竖直弯管粗颗粒气力输送特性数值模拟

为了明确水平转竖直弯管中粗颗粒的输送特性,在实验验证的基础上,利用计算流体力学与离散元(Computational Fluid Dynamics and Discrete Elements,CFD-DEM)耦合数值模拟方法对直径2.5 mm、高3.3 mm粗颗粒在水平转竖直弯管中的输送流型、速度、质量流量和气相压力变化进行了研究。研究表明:在起送阶段,弯管料栓具有蓄能作用,难以一次过弯的颗粒会在弯管中自发组成形态稳定的料栓,待蓄能完成后继续过弯运动;沙丘流的输送速度小、平均质量流量高,束状流的输送速度大、平均质量流量低。在稳定输送阶段,固相流型、速度、质量流量波动相对稳定,弯管段的压降和颗粒平均速度在前后半段表现出明显差异;前半段压降小、等压线波动大、颗粒平均速度快;后半段压降大、等压线波动小、颗粒平均速度慢;水平管段颗粒流型为稳定分层流,弯管段前半段颗粒流型为束装颗粒流、后半段为颗粒堆积分层流,垂直管段颗粒流型随管道延伸在向悬浮流发展。

单一粗颗粒影响下的松动体形态演化特征试验研究

在崩落矿岩颗粒流动过程中,粗颗粒的存在会影响散体的运移特性和规律。针对现有放矿研究中未充分考虑粗颗粒影响的问题,基于自主设计的矿岩颗粒体系非接触式放矿监测与分析系统开展一系列放矿试验,对比手动圈绘与Image Pro Plus(简称IPP)软件圈绘这2种方式所得松动体(IMZ)形态及松动体高度与最大半径的关系,从定性和定量两个方面验证IPP圈绘在放矿试验中的可靠性,并探究粗颗粒对松动体形态及其四周细颗粒运移特性的影响。研究结果表明:IPP软件可更高效、便捷地自动圈绘松动体。粗颗粒会对四周局部细颗粒位移产生显著影响,且相较于上方细颗粒,粗颗粒对下方细颗粒的影响更大。当松动体经过粗颗粒时,粗颗粒上方局部区域颗粒位移由幂律分布转变为Logistic分布,粗颗粒下方局域区域颗粒位移由幂律分布转变为波动的无规律分布。单个粗颗粒会对松动体局部形态产生显著影响。当松动体边界经过粗颗粒时,松动体局部形态出现凹陷及不连续弯曲现象。当模型中普通颗粒粒径为3~8 mm时,粗细颗粒粒径比dc/df大于6.0的粗颗粒会引起松动体的形态发生变化。粗颗粒的存在会提高四周细颗粒达到放矿口的速度,其上、下方局部区域分别有17.02%和31.42%的颗粒提前达到放矿口。

逆坡倾角对管道水流粗颗粒输送脉动压强影响试验研究

管道输送时水流压强的脉动特性反映了管流紊动程度与紊动能量,对管道输送安全及稳定运行影响显著。本研究以管道清水粗颗粒输送为研究背景,通过自行设计的物理模型试验装置,模拟了不同管道逆坡倾角条件下粗颗粒泥沙的水力输送过程,分析了不同逆坡倾角条件下管壁瞬时压强、时均压强、脉动压强振幅分布和频谱特性。试验结果表明,当管道逆坡倾角增大时,脉动压强的时均压强和瞬时峰值压强随倾斜角度的增大而减小;脉动峰值压强总趋势随倾斜角度的增大而增大;脉动压强的振幅分布符合高斯分布,随倾斜角度的增加,脉动压强的振幅逐渐增加。其概率密度函数形态从“高瘦”逐渐向“矮胖”发展;脉动压强的功率谱谱函数的优势频率主要集中在25 Hz的主频范围,随管道的倾斜角度增加,脉动压强的优势频率逐渐向较大频率的发展,总体变化较小。

粗颗粒泥沙起动概率研究综述

泥沙起动作为泥沙运动力学和河流动力学的基本问题之一,对河床演变、渠道冲刷、推移质输沙率的确定等都具有重要意义。受水流紊动、泥沙颗粒床面位置随机等因素影响,粗颗粒泥沙的受力呈现出脉动的特性,从而使得其起动与否具有很强的随机性,故采用概率论方法来描述泥沙起动更切合其本质。根据起动条件,可将起动概率研究分为基于瞬时的作用力和基于冲量的作用力。通过系统分析,总结了近几十年来起动概率及其影响变量的相关研究,对明渠湍流相干结构研究的发展和泥沙起动机理认识也逐步深入,为进一步深化泥沙起动概率的研究奠定基础。

深海采矿垂直管道内异形粗颗粒运动状况研究

运用计算流体力学-离散元(CFD-DEM)方法对不同工况下球形、四面体形和六面体形颗粒群在垂直管流中的运动状况进行仿真分析,得到异形颗粒群垂直管道内的运动状况。对比分析了异形颗粒群在垂直管道中的局部浓度和局部流量,结果表明,入口流速较低时,颗粒形状对局部浓度影响较大;给料浓度较大、入口流速较低时,颗粒形状对局部流量的影响明显。

新疆东北部某铁路沿线粗颗粒盐渍土特征

本文介绍了新疆东北部某铁路由于沿线地形地貌、气象特征和地下水特征,形成了铁路沿线特殊的粗颗粒盐渍土条件。通过沿线地表土样进行易溶盐分析的试验数据,分析了沿线粗颗粒盐渍土的粒径特征、盐渍土类型特征、盐渍土含盐量特征和盐渍土的侵蚀性特征。最后依据盐渍土的特征提出了沿线路基工程和桥涵工程的防治对策,为工程建设及附近盐渍土相关工程建设提供一定的参考意义。

石灰岩粗颗粒湿化接触力学特性

为探究岩土粗颗粒湿化后的粒间接触力学特性,将粗颗粒间接触形式简化为点-面接触,利用改造后的岩石双轴流变仪开展不同湿化程度下的粗颗粒法向和切向接触试验,分析粗颗粒湿化接触力学性质,归纳出粗颗粒湿化接触经验模型.针对不同湿化程度的粗颗粒土体进行大型直剪试验,利用湿化接触模型对直剪试验进行离散元数值模拟,通过数据对比验证湿化接触模型的可靠性.研究结果表明,湿化水平影响粗颗粒点-面接触的破坏形态;表面湿润状态的粗颗粒法向和切向接触刚度略有减小,而浸泡状态的接触刚度减小明显;湿化后的颗粒接触刚度曲线可以利用幂函数拟合为经验模型,利用该模型对大型直剪试验进行数值模拟,计算误差不超过5%.研究结果可为粗粒土工程离散元数值计算提供依据.

球形和不规则粗颗粒流化行为相间相互作用实验和CFD模拟研究

流态化技术已广泛应用于选矿过程中粗颗粒(>74μm)的分离和回收。研究表明,流体动力学条件和相间相互作用是颗粒运动的主要影响条件。本文主要研究碰撞系数和阻力模型对液固流化床流体动力学行为的影响。为此,使用欧拉-欧拉方法,在计算中考虑了球形和不规则的粗颗粒;使用Gibilaro、Gidaspow、Huilin-Gidaspou和Syamlal-O’Brien方程获得曳力。此外,利用颗粒体积分数和床层膨胀比的实验数据对提出模型进行了评估。研究了3个恢复系数(0.85、0.90和0.99)和4个镜面系数(0.01、0.10、0.50和0.99)对颗粒流化行为的影响。结果表明,对于球形和不规则颗粒,Gidaspow和Hulin-Gidaspow模型在预测床层膨胀率和颗粒体积分数上与实验数据具有良好的一致性。最后,当恢复系数为0.90且镜面系数为0.10时,模拟结果与实验结果最为接近。研究结果提高了对粗颗粒在液固流态化中行为的认识,为进一步研究三相浮选过程提供有用的信息。