颗粒组构对砂土三轴压缩性状影响的细观分析

基于离散元开源系统Yade,开发一种可以确定材料初始孔隙度与级配的滚动阻力DEM模型,结合Labenne砂的室内试验与引入滚动效应的三轴压缩模型的数值试验,探索了组构特性对砂土材料的力学性质及微观参数的影响。基于数值试验结果,分析了模型中颗粒力链、位移场及应变场等随着三轴模型变形的变化规律。通过制备5组不同级配与3组不同孔隙率的数值模拟试样,对比Labenne砂的室内试验。结果表明:①不均匀系数与孔隙率对砂土峰值强度有明显的影响;②不均匀系数对颗粒配位数及局部应力有很大的影响;③砂土剪切面的破坏模式为沿着剪切面由内向外扩展破裂。

颗粒组构对黄土压缩特性及其粒间状态的影响

为研究不同颗粒组构黄土的压缩特性,取五个不同地区的黄土过0. 075 mm筛以制作固结试样,通过压缩固结试验,揭示颗粒组构对黄土的压缩指数、压缩模量的影响规律,以及时间-变形和应力-应变的发展规律。再结合骨架孔隙比的概念,从微观结构的角度解释颗粒组构对黄土压缩特性的影响。试验结果表明:黄土颗粒组构中的黏粒含量对其压缩性有显著影响,随着黏粒含量的增加,黄土的压缩系数增大,压缩指数也增大,压缩模量随黏粒含量的增加而减小,且在黏粒含量20%左右急剧变化;随着黏粒含量增加,黄土试样的变形量相对增大,变形达到稳定的时间也相对较长;黏粒含量对低应力水平下的应力-应变关系影响较大,黏粒含量越高,应变随应力的增加而增长越快。用粉粒间孔隙比es表示骨架孔隙比,黏粒含量越高,黏粒在粉粒间赋存位置更复杂,对骨架孔隙比的影响越大。

基于颗粒组构特性的散体材料本构模型研究

通过散体介质材料单元颗粒排列组构表达的细观结构力学关系,建立了用颗粒密集度、颗粒排列组构关系和颗粒间摩擦特性等非连续介质材料特性参数描述的散体介质材料本构模型,从而实现散体介质材料宏观连续介质描述的等效应力表达。通过该模型可采用数值方法进行散体介质材料准静态情况下的力学特性分析。文中最后基于有限元软件ABAQUS,进行了该本构模型的二次开发。数值算例结果验证了所建立散体介质材料本构模型的适用性。

基于颗粒组构模型的水合物沉积物三轴压缩力学性质研究

天然气水合物是一种重要的新型清洁能源,具有广阔的开发前景。天然气水合物沉积物可看作土颗粒与水合物颗粒组成的混合物,具有明显的非连续力学特征。针对水合物沉积物力学性质,本文采用同时生成土体–水合物两种类型颗粒并赋予线性接触的方式制备不同饱和度的水合物沉积物颗粒组构模型试样,并研究其三轴压缩力学特性。本文模拟水合物的力学性质结果与Brugada等结果取得较好的一致。研究结果表明:水合物沉积物的峰值强度及残余强度随着水合物饱和度增加而增大;围压的增加有助于提高试样弹性模量、剪切强度、体积应变等力学参数;饱和度的变化对水合物沉积物试样内摩擦角影响显著。本研究可为水合物的安全开采提供基础力学参数和技术参考。

基于颗粒群组构特性的氧化铜矿柱浸渗流行为分析

以高含泥氧化铜矿为研究对象,针对3种不同组构的颗粒群开展柱浸试验研究,揭示顺、逆流渗流条件下不同粒群结构对矿样渗透性及浸出率的影响规律,提出氧化铜石堆浸的最优颗粒群结构。实验结果表明:颗粒群组构特性的差异主要表现在孔隙率和孔隙分布特征的不同。粒间孔隙的分形特性说明,孔隙分布分维数越小,表明孔隙率越小,颗粒聚集体之间也越紧密,颗粒群的渗透率也越小。在相同酸液环境下,顺流浸矿时矿样的渗透性及铜浸出率均比逆流浸矿时的差。3组矿样的渗透性由大到小依次为B,C和A,而铜浸出率由大到小依次为C,B和A。工程应用表明,C型粒群结构的氧化铜矿石在堆浸生产中具有良好的渗透性和铜浸出率。

弱胶结西域砾岩组构特征及其力学性能演化规律研究

弱胶结西域砾岩在新疆天山南北两麓分布广泛,物质组成复杂,力学性质较差。为科学认识弱胶结西域砾岩力学特性的演化规律,采用室内测试与现场大尺寸真三轴试验方法对西域砾岩的颗粒组构特征与宏观力学特性进行系统研究。研究结果表明:(1)弱胶结西域砾岩物质组成中碎石、粗砾、中砾3个粒组占比较高,且颗粒级配不良,碎石、砾粒等巨粒、粗粒间接触关系为颗粒悬浮和颗粒支撑结构,颗粒间胶结型式主要为孔隙式胶结;(2)受颗粒排列特征影响,弱胶结西域砾岩表现出明显的各向异性变形特征,其中铅直方向变形模量最大,颗粒长轴方向(近垂直于天山走向)变形模量最小,中轴方向(近平行于天山走向)变形模量居中,但是随着应力水平提高,弱胶结西域砾岩逐渐趋向于各向同性;(3)在三轴应力状态下弱胶结西域砾岩在屈服阶段表现出应变硬化特征,当达到峰值后表现出典型的塑性流动特征;(4)弱胶结西域砾岩的抗剪强度具有明显的非线性特征、加卸载应力路径效应以及中间主应力效应,其中应力水平越高,抗剪强度参数内摩擦角越小,黏聚力越大;卸载条件下西域砾岩的内摩擦角高于加载条件下的内摩擦角,而卸载条件下的黏聚力则低于加载条件下的黏聚力;真三轴加载条件下,其峰值强度随着中间主应力的增加而有所提高,并且中间主应力对抗剪强度参数黏聚力的影响更加明显;(5)弱胶结西域砾岩在三轴应力状态下的破坏以压剪破坏为主,破坏后形成陡倾的主破裂带,主破裂带之间有拉裂纹连接贯通。试验结果为系统了解弱胶结西域砾岩的宏观力学特性及其演化规律提供了重要依据。

中巴公路奥布段冰碛土特征及其路用性能评价

中巴公路奥布段冰碛土分布广泛,在调查冰碛土的类型和分布特征基础上,分析其颗粒组构特征,并重点探讨冰碛土作为路基填料的适用性。结果表明:中巴公路奥布段冰碛物多为碎石土,具有承载力高、渗透性良好等优越工程特征,但多数级配不良,需要对土体进行级配改良后方可作为路基填料使用;对改良后级配良好的冰碛土作为路基填料适用性强,承载比、材料膨胀量和压实度等指标均满足规范要求,且具有易于压实、储量丰富、距施工区距离较近等优点。

Self-assembled flower-like microstructure in Zn_(1-x)Cd_xO nanoparticles

The structural and optical characterization of cadmium-doped zinc oxide nanoparticles synthesized by precipitation method was studied.X-ray diffraction study confirmed the substitution of cadmium dopant without disturbing the basic wurtzite structure of zinc oxide.The average crystalline size,lattice constants and unit cell volume also increased up to4%of cadmium doping.Energy gaps of the samples were determined from the ultraviolet?visible absorption spectrum as well as Tauc’s plot which infers that the energy gap decreases with the increase of cadmium content.Fourier transformation infrared spectrum confirms the cadmium dopant through peak shifting from485to563cm?1.Photoluminescence spectrum also defines the cadmium dopant by intensity increase.The broad Raman peak at437cm?1indicates that the wurtzite structure of zinc oxide is weakened by5%cadmium doping.Field emission scanning electron microscope study also confirms the existence of particles in nanometer size and it indentifies the microstructure transformation from nanoparticles to jasmine flower-like structure on5%cadmium doping.