基于离散元方法的混合砂土剪切特性细观分析

目的为研究不同成分的砂土剪切破坏时的抗剪强度和体积变形差异。方法采用室内试验与离散元模拟结合的方法,通过建立剪切带PFC2D模型,对剪切过程中单一质砂土和混合砂土细观参数的变化规律进行了研究。结果发现粗砂、细砂、标准砂与混合砂土的剪切带形态、体积应变率等细观参数存在明显差异。结论研究表明:砂土剪切应力大小受颗粒组成影响,表现为砂土剪切应力随粗颗粒含量的增加而增大,混合砂土剪切应力高于与其成分相同的单一质砂土;砂土中颗粒运动以上跨和下跨式为主,颗粒粒径越大运动位移越大,表现为体积应变率越大。砂土剪切时体积应变率受颗粒组成影响,表现为粗砂体积应变率高于标准砂和细砂;混合砂土体积应变率高于与其成分相同的单一质砂土。研究结果可为此类砂土地质结构破坏问题提供理论借鉴。

基于准动态评估的桥上有砟轨道最优级配研究

道砟级配是有砟轨道的重要参数,对桥上有砟道床准动态稳定性和容重有较大影响。通过离散元法建立桥上有砟道床模型,研究各国级配下道床准动态稳定性差异;采用极限思维法,揭示各粒径含量对桥上有砟道床准动态稳定性的影响程度,并对道床容重特性进行初探。结果表明:当桥上道床密度为1.7 g/cm~3时,道床横向阻力值为:俄罗斯B类>中国特级>中国一级>美国4A;大粒径道砟含量越高,道床横向阻力值越大;小粒径道砟含量增加,道床横向阻力值先减小后略有增大;为保证道床具有较高稳定性,建议小粒径道砟含量应大于0但不超过30%,中粒径道砟含量应不为0,大粒径道砟含量应不低于15.5%;采用最优级配区间所建立的桥上有砟道床具有工程上所青睐的道床容重特性。

非煤地下基建矿山井巷致灾因素辨识及分级

国家矿山安全监察局于2022年发布了要将非煤地下矿山隐蔽致灾因素普查治理工作纳入非煤矿山安全生产大检查内容的相关通知,其中检查内容重点之一为采空区及周边老窑普查治理。昆阳磷矿二矿目前属于非煤地下基建矿山,无地下采空区存在,因此,针对基建矿山的属性特点,将井巷致灾因素作为普查治理的重点。通过查阅大量文献及相关规程,根据现场地质条件、水文条件及开采技术条件,对可能导致井巷发生隐蔽灾害的因素进行梳理辨识。研究结果认为矿山基建阶段可能存在井巷失稳破坏、突水、基建通风系统不完善导致通风不畅三种灾害,并对可能发生的灾害归纳了13种致灾因素对其辨识及风险等级的定性描述进行划分。按照井巷致灾因素辨识及分级的成果,矿山开展了普查治理工作,对所辨识的致灾因素风险等级进行定性表征,评估矿山事故风险,更有针对性地推动矿山治理措施的实施和改进,该成果能够有效防范和化解非煤地下基建矿山重大安全风险,遏制重特大事故发生。

珊瑚砂与土工格栅界面的剪切特性及本构模型

采用南海原位级配珊瑚砂和聚丙烯双向土工格栅,开展了不同法向应力下珊瑚砂和筋土界面大型直剪试验。试验结果表明,珊瑚砂和筋土界面剪应力—剪切位移曲线呈现明显的应变软化特征,峰值抗剪强度线呈现双折线形态,残余抗剪强度线则呈现较好的线性关系;各级法向应力下珊瑚砂与土工格栅界面摩擦比均值达到1.37左右,远高于石英砂与土工格栅界面摩擦比,说明在珊瑚砂中加筋能充分发挥加筋效果;珊瑚砂和筋土界面在剪切过程中总体上经历了相对剪缩—相对剪胀—相对剪缩的过程,对珊瑚砂加筋可显著减小其剪缩变形;珊瑚砂和筋土界面直剪试验试样的相对破碎率接近,均随法向应力的增大而增大,但增幅逐渐趋缓。采用邓肯—张模型和剪切软化模型分别描述南海原位级配珊瑚砂与聚丙烯双向土工格栅界面峰前和峰后剪应力—剪切位移曲线,所建立的筋土界面本构模型能够很好地反映其剪切特性。

机制砂再生粗骨料混凝土抗压强度试验研究

为探究机制砂原料种类和机制砂级配对机制砂再生混凝土抗压强度的影响,以细骨料类型(天然砂、石灰石机制砂、卵石机制砂)细骨料级配、水灰比为变量制作了30组机制砂再生混凝土立方体试块和15组天然砂再生混凝土立方体试块。结果表明:在石粉掺量10%时,机制砂再生混凝土抗压强度高于天然砂再生混凝土,且机制砂原料为石灰石的抗压强度高于卵石;机制砂各筛孔量占比分别为5%、7%、18%、25%、26%和14%时,机制砂再生粗骨料混凝土的抗压强度最高。研究表明:严格控制水灰比、颗粒级配可使机制砂再生混凝土达到设计强度、满足生产应用要求,采用机制砂替代天然砂制备再生骨料混凝土更有优势,是缓解天然砂资源短缺的可行途径之一。

泥沙性质对高速水流消失空化数的影响

消失空化数是表征高速水流空化状态的重要判别数,水流含泥沙后对消失空化数的影响引起了研究者的关注。利用自主研发的小型循环式水洞试验装置,对不同含泥沙条件下与清水介质下的水洞喉部(即空化区)消失空化数进行了试验研究。通过配制不同泥沙质量浓度、泥沙粒径、泥沙颗粒级配和泥沙矿物成分等挟沙水流,调节分流阀门降低水流流速,由动态压力数据采集系统(YE6263)实时测量空化区压强,直到压强由负压变为正压的临界压强(相应的消失空化数压强)。研究结果表明:在不同泥沙质量浓度的条件下,循环式水洞喉部的消失空化数随泥沙质量浓度的增加先增大后减小,与清水对比,表现出先促进后抑制空化的发生;在不同泥沙粒径的条件下,喉部消失空化数随粒径的增大而增大,说明泥沙粒径的增大促进了空化的提前发生;在不同泥沙级配的条件下,喉部消失空化数随小于某一粒径泥沙质量分数的增大而增大,表现出随着小于某一粒径泥沙质量分数的增大越容易发生空化;在不同泥沙矿物成分条件下,喉部消失空化数随矿物成分摩氏(Mohs)硬度的增大而增大,说明矿物成分硬度越大越促进空化的发生。

橡胶砾石级配对筋土界面循环剪切特性的影响

橡胶砾石作为基础填料,具有低剪切刚度、高阻尼比的特性。为了研究土工格栅-橡胶砾石的循环剪切特性,利用室内动态直剪仪进行了一系列直剪试验,分析了4种橡胶砾石颗粒级配(级配不良GR1、GR4,级配良好GR2、GR3)、3种橡胶配比(10%、30%、60%)、3种竖向应力(30、60、90 kPa)下土工格栅-橡胶砾石界面的剪应力-剪切位移关系和体变特性。试验结果表明:在循环剪切过程中,各橡胶砾石级配均表现出剪切硬化的特点,但其抗剪强度与纯砾石相比均出现不同程度的降低;橡胶砾石抗剪强度随着竖向应力的增加而增大,4种级配土中GR2表现出最高的抗剪强度,但相较于纯砾石其抗剪强度约下降9%;界面最大竖向位移与竖向应力和橡胶含量成正相关,2种连续级配土GR2和GR3的界面竖向位移较小;在同一颗粒级配下,剪切频率和剪切位移幅值越大,混合土界面峰值剪应力越大;筋土界面剪切刚度随着循环次数的增加而增大,随着橡胶含量的增大而减小,而阻尼比与剪切刚度呈相反的规律。

旧沥青路面铣刨料均质性研究

为研究旧沥青路面铣刨料(RAP)的均质性,首先按公路基层要求测试了RAP料的基本集料指标,然后采用筛分试验和抽提试验分析了RAP料的级配变异性和结团状况,通过灰色关联方法分析了RAP料整体结团率与级配的关联度。结果表明:RAP料针片状颗粒含量较天然集料少,压碎值比天然集料高;以9.5 mm为分界,9.5 mm以上RAP级配比9.5 mm以下级配变异性低,其中9.5~16 mm集料筛余质量最为稳定;37.5 mm筛孔通过率对RAP料整体利用率的影响最强,关联度达到0.846;RAP料结团率均值为6.4%,不同粒径RAP料结团率变异系数达到46.4%,其中4.75~9.5 mm、19 mm、37.5 mm粒径的RAP料结团较为集中;19 mm的RAP的分计筛余百分比变化量与整体结团率关联度最高为0.942。

重视“Garden”

2023年北京市人民政府印发《北京花园城市专项规划(2023—2035年)》,相对于成都的“公园城市”建设,“花园城市”的语义正引发深入的专业思考。不同语言在相互翻译和转换中往往引发信息衰减与偏差,如Garden中译之“花园”或“园林”之别,Gardening中译之“造园”与“园艺”之别。以阿奇尔·杜谢内“Death of Garden Art”的言论为开篇,通过建构Gardening与Garden内涵关联,以追溯Garden专业身份角色变化的方式重新审视了风景园林(LA)发展的历程,论述了Garden本应具有的人-植物-土地直接情感关系的价值源点和Garden思维形成系统层递惰性的缘由,提出专业发展应在开放的和不断自我驱动更新的语境中走向人与自然的共赢之道。

闽粤地区花岗岩风化土体粘粒迁移过程的土柱渗流试验

花岗岩风化土具有大孔隙结构、级配不良的特性。降雨入渗驱动粘粒迁移导致花岗岩风化土内部孔隙扩张和颗粒粗化,是闽粤地区花岗岩分布区水土流失和边坡变形破坏的主因。本文设计土柱渗流模型试验,研究不同级配条件下花岗岩风化土体的粘粒迁移过程与特征,考察土粒含量、渗流量及水力梯度等指标的变化规律。研究表明:(1)含有较多粘土矿物成分的细粒,尤其是粒径小于5μm的具有良好亲水性的粘粒,在渗流作用下容易发生迁移、集聚、淤堵或再迁移过程,导致渗流量与水力梯度持续变化,逐步出现土体颗粒粗化现象;(2)随着砾粒含量的增加,内部土粒单元发育成形的“混粒性”孔隙-骨架结构更为明显;当砾粒含量从40%增加至60%时,粘粒流失量增加14%,渗流量增加了51%,土体渗流通道增多、土体颗粒粗化,土体结构性逐步丧失;(3)花岗岩风化土中粘粒迁移过程由稳定渗流状态向优势渗流状态转变引起,一旦优势流通道成立,水力梯度增幅可达40%。研究结论可为闽粤地区花岗岩分布区水土流失治理和边坡灾害防治提供科学依据。

针片状骨料含量对沥青混凝土骨料级配的影响研究

为研究针片状骨料含量对沥青混凝土骨料级配的影响,本文采用逐级填充法,选用骨架稳定性为衡量骨架级配优劣的唯一指标,考虑针片状含量为0%、20%、25%、30%、35%,利用垂直振动压实仪成型试件。结合加州承载比(CBR)值、骨架密度与空隙率综合评价骨架稳定性,以此确定各组粗骨料级配。采用合成级配的设计方法,将粗细集料进行全粒径骨料级配设计。结果表明,随着针片状骨料含量的增加,全粒径骨料骨架稳定性呈现先增后减的趋势,其中针片状骨料含量为30%的骨架稳定性最优,针片状骨料含量35%的稳定性最劣。

木屑颗粒堆积参数对液体渗流特性的影响规律

为了探究木屑颗粒堆积参数对液体渗流特性的影响规律,参照达西渗流实验,设计开发了渗流实验系统,选取颗粒床层湿度、渗流速度、床层储水量及透水率作为评价颗粒床层内液体渗流特性的指标,在对各因素进行初步筛选的基础上,实验研究木屑颗粒堆积床层的粒径分布、压缩高度比以及渗透压力(注水量)对液体渗流特性的影响.实验结果表明,相同粒径分布,注水量为1500 mL时,压缩高度比从0.80降到0.50,木屑颗粒床层湿度变化幅值为3.32%;相同粒径分布,压缩高度比为0.50,注水量从1500 mL增加到3000 mL时,木屑颗粒床层湿度变化幅值为2.30%;相同压缩高度比和注水量,全粒径分布、不同级配粒径分布及小粒径分布时木屑颗粒床层最大湿度分别为54.4%、54.0%及53.7%,变化幅值为0.7%.在本文研究范围内,压缩高度比对颗粒床层湿度影响最大,初始注水量次之,颗粒级配影响最小.相同粒径分布,注水量为2000 mL时,压缩高度比从0.80降到0.50,木屑颗粒床层渗流速度变化幅值为18.92×10^(-4) m/s;相同粒径分布,压缩高度比为0.50,注水量从1500 mL增加到3000 mL时,木屑颗粒床层渗流速度变化幅值为1.08×10^(-4) m/s;相同压缩高度比和注水量,全粒径分布、不同级配粒径分布及小粒径分布时木屑颗粒床层最大渗流速度分别为20.7×10^(-4) m/s、15.4×10^(-4) m/s及18.2×10^(-4) m/s,变化幅值为5.3×10^(-4) m/s.在本文研究范围内,压缩高度比对颗粒床层渗流速度影响最大,颗粒级配次之,初始注水量影响最小.综合各类因素考虑,不同粒径级配的木屑颗粒床层,压缩高度比为0.70、注水量为2000 mL时木屑颗粒床层中的液体渗流特性较好,此时,床层湿度为52.5%,平均渗流速度为9.86×10^(-4) m/s,床层储水量为1149 mL,床层透水率为42.56%.相关结果可为后续可压缩性颗粒堆积物的存放以及水基灭火剂开发需要关注的参数提供指导.

基于图像识别的堆石坝堆石料级配识别与评价

土石坝是水电行业应用最广泛的坝型之一,而堆石坝是其最优选择,其坝料颗粒级配对施工质量和运行安全具有重要影响。由于人工筛分具有很大的缺点,图像识别技术正在成为热点。基于图像识别对堆石料开展原位级配检测,针对石料颗粒的形状及分布特点,采用分层法将堆石料分为上、中上、中下、下总共4层,将4层级配曲线根据各自占比进行加权合并,合并曲线与筛分曲线误差在10%左右,相比之前减少了10%,检测结果更为为准确;同时建立了坝料粒径级配评价模型,统计已有堆石坝的分形维数,通过对比模型分形指标和筛分指标,验证了运用分形维数D来评价坝料级配分布的可行性。该方法可为类似工程中颗粒级配的快速、准确检测提供借鉴。

基于塑性活化能的沥青混合料抗车辙性能优化

为了解决目前沥青混合料抗车辙性能评价指标的不足,实现沥青混合料抗车辙性能的优化,依托城市道路大中修项目,采用离散元模拟和塑性活化能(E a)评价相结合的方法从级配设计角度对试验路段进行抗车辙优化,其中,重点介绍了塑性活化能相关的理论,并给出E a指标的试验确定和计算方法。研究过程中,首先通过虚拟蠕变试验确定优化级配,然后对优化级配和原设计级配的沥青混合料进行室内蠕变试验,包括浸水和不浸水,20℃和40℃,有损(300 kPa)和无损(25 kPa)条件下分别进行试验。同时基于理论计算各自E a大小,分析结果表明优化级配有着较高的E a。最后为了进一步验证该方法的有效性,采用原设计级配和优化级配的沥青混合料分别进行试验路铺筑,并观测车辙变形情况,对比结果表明优化级配路段抗车辙性能更好,与E a指标评价结果一致。

基于连续级配方程的粗粒料压实密度缩尺效应试验研究

根据双江口心墙堆石坝堆石料的原型平均设计级配曲线,采用剔除法、等量替代法、相似级配法和混合法等4种不同缩尺方法得到室内最大干密度试验成果。结合土的连续级配方程,采用级配面积与小于5 mm的颗粒质量分数P5构建的函数式作为级配量化指标,拟合出最大干密度与试验前级配曲线面积、P_(5)及最大粒径之间的关系,据此可推求出原型级配的最大干密度。通过分析得到试验前后级配量化指标之间的拟合公式,并利用试验前后级配量化指标的相对变化量B_(w)作为颗粒破碎的定量指标,探讨了缩尺方法对压实过程粗粒料颗粒破碎的影响。结果表明,采用等量替代法缩尺,B_(w)随粒径的增大呈减小趋势;而采用剔除法、相似级配法和混合法缩尺,B_(w)随粒径增大呈增大趋势。

透水混凝土的配合比设计及性能研究

通过L_(9)(3^(4))正交试验研究了骨料级配(m_(4.75~9.50 mm)∶m_(9.50~16.00 mm))=7∶3、6∶4、5∶5)、骨胶比(3.0、3.1、3.2)、粉煤灰掺量(10%、15%、20%)、增强剂掺量(4%、5%、6%)对透水混凝土抗压强度、劈裂抗拉强度、有效孔隙率和透水系数的影响。结果表明:对于抗压强度和劈裂抗拉强度,最佳的m_(4.75~9.50 mm)∶m_(9.50~16.00 mm)为6∶4、骨胶比为3.1、粉煤灰掺量为20%、增强剂掺量为4%;对于有效孔隙率和透水系数,最佳的m_(4.75~9.50 mm)∶m_(9.50~16.00 mm)为6∶4、骨胶比为3.2、粉煤灰掺量为15%、增强剂掺量为6%。

红脉穗螟雌成虫生殖系统形态特征与卵巢发育分级研究

红脉穗螟Tirathaba rufivena Walker是槟榔等棕榈科植物的重要害虫,预测预报其发生期以推断防治适期是有效防治该害虫的关键。我们采集红脉穗螟幼虫饲养后,解剖其雌成虫生殖系统,观察分析其生殖系统结构,进行卵巢发育分级,可为红脉穗螟的生物学研究和田间预测预报提供参考。结果表明,红脉穗螟雌成虫生殖系统的基本结构与其他鳞翅目昆虫相似,外生殖器主要由产卵器、导精管、交配囊及其附属结构组成,内生殖器包含卵巢1对、侧输卵管2根、中输卵管1根、受精囊、附腺和生殖腔。红脉穗螟卵巢发育可分为5个级别,即Ⅰ级.乳白透明期,Ⅱ级.卵黄沉积期,Ⅲ级.成熟待产期,Ⅳ级.产卵盛期,Ⅴ级.产卵末期。红脉穗螟3日龄雌成虫卵巢普遍为Ⅳ级卵巢,进入产卵盛期;4日龄时日均产卵量达到最高,为42粒/头。本研究明确红脉穗螟雌性生殖系统结构,建立了红脉穗螟卵巢发育分级标准。

基于机制砂棱角性表征的级配测量修正方法及实验研究

机制砂的形状特征和级配对混凝土性能有着重要影响,图像法可以同时测量颗粒的形态和级配。在机制砂的级配测量中,需要考虑颗粒的形态特征对级配的影响。因此,提出利用图像分析技术实现机制砂棱角性的表征和级配测量修正,分别进行了机制砂的棱角性对比实验,级配重复性实验,图像法与筛分法级配测量对比实验以及修正前后的对比实验。实验结果表明,拟合椭圆棱角性算法可以独立地表征棱角性,不受粒径大小的影响。等效Feret椭圆短径作为等效粒径,粒度区间最大重复性误差出现在1.18~2.36 mm的尺寸区间,为1.26%。图像法测量的最大级配误差从修正前的6.29%减少到修正后的1.01%,细度模数的最大误差从0.17降低到0.04。相比传统的筛分方法,该测量系统具有良好的稳定性和功能性,满足测量的标准和要求。

具有分形级配的多分散颗粒体堆积特性研究

混凝土骨料或公路工程基层碎石常采用Fuller或Thompson分布作为设计级配,具有分形特性的多分散颗粒堆积体容易形成相对较大的堆积密度,作为理想的设计级配,其作用机理尚没有详细地解释。采用颗粒离散元仿真技术获取了多种具有分形级配的颗粒体在各向同性压缩条件下的堆积密度,颗粒体由光滑(无摩擦)的球形颗粒构成,分形级配曲线的形状由粒径区间和分形维数指标控制。在此基础上,研究了分形级配指标与堆积密度和配位数等宏细观指标的相关性,得出分形维数及粒径区间对堆积密度有重要影响。当级配粒径区间较大时,最大的堆积密度对应的分形维数为2.5左右,与工程中常采用的Fuller和Thompson级配十分一致。通过对堆积体细观颗粒层面的配位数及局部堆积密度的研究得出,分形维数为2.5左右时,试样局部排序和接触分布得到优化。研究结果可为进一步优化混凝土、土石坝或路基等碎石填料的级配设计提供理论指导。

考虑间断级配影响的土石混合体水力侵蚀分异机理

近年来,堆积体滑坡频发,已成为西南地区最典型的滑坡类型。研究表明,超过50%的库区堆积体滑坡诱因为水力侵蚀,因此降雨、岸坡侵蚀、波浪掏蚀成为库区滑坡灾害防治重点关注的问题。同时,土石混合体自身的间断级配会对其水力特性造成明显影响,进而导致水力侵蚀作用下堆积体内部的颗粒运移规律具有独特性。采用自主研发的土石混合体渗透侵蚀试验装置,模拟土石混合体内部细观侵蚀过程,阐明其侵蚀分异机理,揭示间断级配的影响。结果表明:土石混合体侵蚀过程主要分为快速侵蚀、侵蚀减缓、稳定渗流3个阶段,超过60%的侵蚀在快速侵蚀阶段完成;与良好级配试样相比,间断级配试样的侵蚀量更大,初始侵蚀更剧烈,快速侵蚀阶段更短暂;间断级配对土石混合体水力侵蚀分异的影响同样明显,细颗粒缺失结构的细颗粒尺寸单一,不易堵塞渗流通道,渗透系数高于良好级配试样,且最大渗透系数与最终渗透系数差异较小;中颗粒缺失结构因大量细颗粒下沉堵塞渗流通道导致渗透系数明显低于良好级配试样;粗颗粒缺失结构内部块石承载骨架结构差,孔隙大,易引发大块石局部破坏,渗透系数高于良好级配试样。