区域变质多相方解石大理岩中次生相颗粒对稳定颗粒粒度的效应研究

在马萨诸塞州亚当斯市Ｐｆｉｚｅｒ采石场采集的富方解石Ｓｅｈｌｂｕｒｎｅ大理岩样品，在颗粒粒度上呈现量级变化序列。方解石的颗粒粒度范围为９４￣１１０１μｍ。由于这些方解石大理岩都是同温、同压、同应变条件下生成的，因此肯定有一些其它因素导致了颗粒粒度的不同。颗粒粒度显示出受杂质密集度或次生相颗粒控制。在次生相颗粒体积分数小的地方出现大的方解石颗粒，且其粒度随次生相体积分数的增大而减小。方解石颗粒粒度（     

岩石颗粒破碎的尺寸效应

固体颗粒破碎强度的尺寸效应是一种普遍存在的现象,冰块、岩石颗粒、陶瓷和混凝土块等的破碎强度都表现出随颗粒直径增加而减小的现象,分形模型为解释固体颗粒破碎强度的尺寸效应提供了可行的方法。本文采用Steacy和Sammis分形模型模拟了岩石颗粒压碎特征,分析岩石颗粒破碎后的颗粒分布规律,给出颗粒破碎分维的确定方法,建立颗粒压碎强度与粒径的理论关系,颗粒破碎强度与颗粒粒径的关系用分维D表示为fdD-3。已有的颗粒破碎分布的数据表明,岩石颗粒破碎的分维大约为2.50～2.60,颗粒破碎强度符合用分维表示的尺寸效应。     

堆石料颗粒破碎特性试验研究

颗粒破碎是堆石料的一项基本特性,它对堆石体的变形和强度特性具有明显的影响。对于高堆石坝而言,在高应力场作用下堆石颗粒发生明显破碎,可导致坝体变形率增加。为了正确认识堆石体及堆石坝的变形特性和机理,研究了堆石颗粒破碎特性以及颗粒破碎的影响因素。采用大型三轴试验研究了堆石料的颗粒破碎特性,分析了堆石体干密度、级配特征、堆石颗粒强度等对颗粒破碎的影响,研究了应力状态对颗粒破碎率的影响,建立了颗粒破碎率的计算模型以及颗粒破碎引起的堆石体应变增量与颗粒破碎率的关系。     

颗粒离散元法的颗粒碎裂研究进展

颗粒离散元法(distinct element method,DEM)是被不同学科和工程领域广泛应用的方法,各学科结合各自的理论基础和研究范围,对颗粒离散元法进行改进、完善,因此各学科间的发展各有侧重,可进行相互借鉴。本文针对颗粒离散元法中有关"颗粒碎裂"这一基本问题进行介绍,如:颗粒破裂准则、颗粒碎裂与破碎动力学关系、宏观颗粒的发展、块体碰撞损伤与破裂等方面的研究情况,为岩石工程领域的岩石颗粒破碎研究提供参考。同时,对颗粒离散元法的发展概况、DEM基本原理做了简单的介绍,并对我国颗粒离散元法在地质工程、岩土工程领域的研究及应用情况作了简单的评述。     

颗粒配比对岩石力学特征影响的数值模拟研究

岩石是矿物颗粒的集合体同时也是一种重要的非均质材料,了解它的力学特征对岩土工程及矿产开采都具有重要的指导作用。作为典型的颗粒材料,颗粒单元体的粒径分布配比必然影响着岩石的宏观力学表现。通过设置不同体积配比下的颗粒材料单元体,利用PCF2D软件模拟了相同颗粒材料单元体不同配比下岩石模型的力学特征。模拟结果表明颗粒单元体配比对岩石的力学特征有明显的影响。在模拟过程中大颗粒的配比显著影响着岩石的抗压强度,大颗粒含量相对越高,抗压强度越大。而细颗粒的配比影响着岩石的抗拉强度,细颗粒含量相对越高,抗拉强度越大,但是过多的细颗粒会降低岩石的抗拉强度。考虑岩石压缩过程中裂缝形态的影响。结果表明均匀分布、5:2:3、7:2:1的颗粒配比形成了贯穿裂缝,而1:2:7和3:2:5的颗粒配比未能形成贯穿裂缝,且细颗粒配比越高,裂缝数目出现高值的概率也越大。      

颗粒破碎的三维离散元模拟研究

采用PFC等离散元方法研究岩土材料的颗粒破碎已经成为热点。采用考虑局部应力集中的点荷载破碎准则,利用阿波罗填充和膨胀法保证破碎前、后颗粒之间的种群平衡,并引入尺寸因子来表征不同粒径的颗粒强度。在此基础上,开展了石英砂、钙质砂和萨克拉门托河砂3种不同破碎难易程度材料的数值试验,并与室内试验结果进行对比。结果表明:建立的三维颗粒破碎模型能够很好地描述破碎难易程度不同的颗粒材料的压缩特性;考虑应力集中效应的点荷载破碎准则比基于平均应力Mohr-Coulomb理论的颗粒破碎准则更能真实地反应颗粒材料的破碎现象。同时,所建立的模型能够揭示破碎对颗粒材料各向异性消散和级配曲线演化的影响规律。     

颗粒材料底面动摩擦系数特征研究

离散态颗粒物质具有明显不同于普通固体的界面摩擦特性,而摩擦系数是界面摩擦特性的主要表征参数之一。通过倾斜仪开展不同级配条件下颗粒材料的滑动摩擦试验,基于视频图像解析以及函数拟合方法,建立滑动位移与滑动时间的最佳函数拟合关系,分析滑动过程的加速度并推算底面动摩擦系数,研究颗粒粒径、质量配比等级配因素对颗粒材料底面动摩擦系数的影响。研究结果表明:(1)各级配颗粒材料的平均底面动摩擦系数随着运动时间的增加均呈线性减小趋势;(2)对于单粒径材料,与粗颗粒相比,细颗粒具有较大的底面动摩擦系数;(3)对于双粒径材料,随着细颗粒含量的增加,颗粒材料的平均底面动摩擦系数先急剧降低至最小值(细颗粒含量≤40%),后急剧增加(细颗粒含量40% ~60%),最终增加趋势明显变缓(细颗粒含量≥60%)。     

关于软土颗粒分析前浸泡处理必要性的探讨

几乎所有的士工试验规范均要求细碎屑土在颗粒分析前进行浸泡处理。现从机理上探讨这种预处理对於软土试样的必要性。经对比试验证实,除软粘土外其余各类软土均无必要。文章还探讨了用天然土样直接测试的可能性。     

珊瑚砂高压力下一维蠕变分形破碎及颗粒形状分析

珊瑚砂是一种含钙极高的海洋生物成因材料,具有高棱角性、形状不规则、易破碎等特点。通过珊瑚砂的高压一维蠕变试验,研究颗粒破碎引起颗粒分布曲线和形状因子的演化规律。借助于高速动态图像的激光粒度粒形仪器,从统计学的角度分析试验前后颗粒形状随压力演化的关系,发现颗粒的形状因子,如长宽比、球形度和凹凸度等,随压力增加而逐渐增加。不同粒径的颗粒形状因子均向一个窄幅范围趋近,说明颗粒破碎具有无尺度性和自相似性的分形特性,分形维数随压力增加而逐渐增大,且趋近分形破碎极限。采用Hardin和Einav的方法计算相对破碎量,发现在两种计算方法下相对破碎量与压力呈幂函数关系,且幂指数相同。相对破碎量随时间增加的现象并不明显,说明在高压力下颗粒破碎主要为压缩破碎,且颗粒细化滑移填充孔隙引起的变形是造成蠕变的主要原因。     

晶体及矿物颗粒大小对岩土材料力学性质的影响

岩石常见较大的晶体或者矿物颗粒,混凝土中是骨料,通过团簇模拟大颗粒的力学行为、团簇可以破裂。根据设计的相同数量、相同位置、不同半径的大颗粒数值单轴压缩试验,在虚拟试验条件下,考察了颗粒大小对材料力学响应的影响。通过分析颗粒材料的破裂形态、裂纹扩展过程、应力-应变曲线和破裂能量演化规律发现：大颗粒具有明显的增强特性,有阻止裂纹扩展的作用,破裂多绕大颗粒发展;增强幅度随颗粒半径的增加呈单增趋势,半径较小时,增强效果不明显。     

考虑级配多样性的颗分试验取样质量理论研究

颗粒分析试验被广泛应用于土木、水利水电和采矿等诸多工程中,以确定材料的颗粒级配。但对于工程中常见的超大粒径填料合理取样质量问题,尚缺少可依据的文献资料。将试样选取视为一种分层抽样过程,结合抽样分析理论,建立了能够确定样本容量的理论公式;考虑到颗粒材料平均粒径与其级配分布的关系,提出了一种为确定材料整体级配所需试样质量的通用方法。对不同级配分布情况开展了针对性试验,验证了所提出方法的适用性。并将该方法应用于确定重庆江北机场和贵州龙洞堡机场填料的颗粒级配,取得了良好效果。所得结果可为相关工程实践及规范的发展和完善提供参考。     

粒组含量对钙质砂压缩变形特性影响的宏细观研究

钙质砂是一种海洋生物成因的特殊岩土介质,其颗粒形态与基本性质较一般陆源砂有很大的不同。一方面通过钙质砂及石英砂的显微镜三维成像试验,对比研究了钙质砂的三维颗粒形态特征。发现相比石英砂,钙质砂颗粒棱角更显著,轮廓趋于扁平。另一方面,对两砂进行一维压缩试验,分析了各粒组含量对钙质砂压缩特性的影响规律,并利用三维形态分析从细观上解释了钙质砂的压缩宏观特性。发现相同级配、密实度下,钙质砂的压缩性比石英砂高约60%～160%（以av1-2表征）,且粗粒组（5～1 mm）含量对钙质砂的压缩性影响最为显著;当粗粒组含量<25%,中、细粒组质量比值M一定时,存在最劣粗粒含量使钙质砂压缩性最大,且该值随着M的增大而减小,并提出了一个经验公式。     

多块体形状堆石体碾压颗粒破碎数值模拟

通过6种典型堆石块体的形状近似,分别采用两种接触本构模型建立了多块体形状堆石体离散元数值模型,研究堆石体在碾压荷载作用下的颗粒破碎过程,建立颗粒破碎的量化计算方法,分析碾压前、后堆石级配曲线的变化,讨论接触本构模型和颗粒形状对块体破碎的影响。模拟结果显示,碾压荷载下堆石颗粒以张拉破碎为主,随着碾压遍数的增加,局部开始出现剪切破碎;提出的颗粒破碎量化计算方法,在大粒径范围对粒径变化幅度预测偏大,但级配曲线整体趋势与实测结果比较吻合;相比较于接触连接模型,平行连接模型与现场碾压试验结果更接近。6种块体形状的数值结果显示,随着形状系数的增加,在其他条件不变的情况下颗粒破碎率逐渐降低,其中类长方形块体在碾压荷载作用下颗粒破碎最明显。相比较于纯圆颗粒或者单一非圆颗粒,采用的6种颗粒形状建立的堆石体振动碾压离散元模型,更接近现场实际情况。     

考虑尺寸排除效应颗粒迁移模型的建立

以地下水源热泵回灌中的物理堵塞问题作为研究背景,建立一种基于质量平衡方程来模拟多孔介质中颗粒迁移和沉积造成孔隙损伤的数学模型,同时考虑了多孔介质孔隙中悬浮颗粒浓度随时间的动态变化,引入了流量折减系数 和进入系数 这两个变量,充分考虑了尺寸排除效应的影响。堵塞的发生往往是由一个颗粒所引起的,即一个颗粒堵塞一个孔隙,反之亦然。研究结果为解决回灌井物理堵塞的室内外试验研究提供理论依据。     

粗粒料多边形表征及二维FEM/DEM分析

考虑到颗粒形状对粗粒料的力学特性有重大影响,提出了一种新的表征颗粒形状的方法,即在椭圆上随机选取一系列点连接成多边形颗粒,表征狭长扁平的颗粒。新方法较圆上取点的方法能代表更多类型的颗粒形状,适用范围更广。提出了一种新的粗粒料投放算法,即先缩小颗粒,然采用随机算法将缩小的颗粒投放至给定区域,对颗粒划分好网格后,将颗粒放大到原来的大小,然后采用有限元-离散元(FEM/DEM)方法计算稳定后即生成了相应的试样。通过将上述颗粒生成及投放算法与FEM/DEM结合,应用于粗粒料的数值模拟。分析表明,FEM/DEM是研究粗粒料力学性质的较好方法,对复杂的颗粒形状也可简单建模,且因在颗粒内部划分了有限元网格,复杂的接触判断及接触力计算转化为标准统一的三角形和三角形之间的接触判断及接触力计算,所有的计算均可标准化、统一化。同时因为颗粒是可以变形的,依然保留了连续介质力学中应力和应变的概念,无须像PFC那样需通过测量圆来间接表示某点的应力、应变。最后,通过粗粒料的侧限压缩试验的数值模拟,展现了文中提出的一整套解决方案在模拟粗粒料方面的巨大潜力。     

应用神经网络预估粗颗粒土的渗透系数

粗颗粒土的渗透规律十分复杂,由于现有的一些定量公式考虑的影响因素过于简单,因此,无法准确确定其渗透系数的大小。以三峡库区现场取得的粗颗粒土为原料,通过渗透试验得到不同级配下土体的渗透系数,并利用神经网络较强的非线性动态处理能力对渗透系数进行预估,从而考虑了不同的颗粒级配对粗颗粒土渗透系数的影响。通过神经网络得到的预估值和渗透试验得到的试验值的对比分析可以看出,利用神经网络进行粗颗粒土渗透系数的预估是可行的,该方法能充分反映不同的颗粒级配的影响。     

Plerospheres and their role in reduction of emitted fine fly ash particles

Particles, less than PM10 in size, emitted from the stack of pulverized coal-fired power plants are of environmental concern since they can easily enter the human respiratory track. These fine particles are examined by Scanning Electron Microscope/Electron Dispersive Spectrometry （SEM/EDX）. Plerospheres are found in fly ash and are particles containing smaller particles formed during combustion of coal. The large plerospheres 〉50 μm mostly are present in ESP fly ash, indicating that they are effectively capturing fine particles and reducing their stack emission.     

北京郊区秋季灰霾天气下细颗粒物化学成分及其混合特征研究

于2014年11月在北京郊区利用单颗粒气溶胶质谱仪(SPAMS)高时间分辨率观测了大气中细颗粒物的化学成分。通过Art-2a对单颗粒化学成分进行分类,主要包括8类颗粒物:有机碳(OC)、元素碳(EC)、元素碳有机碳(ECOC)、钾二次颗粒(K-Sec)、钠钾二次颗粒(NaK-Sec)、矿尘颗粒(Dust)、左旋葡聚糖颗粒(Lev)、含铅颗粒(Pb)。清洁期(2014年11月5日15:00至2014年11月15日0:00, PM_2.5平均质量浓度27.4μg/m^3)和灰霾期(2014年11月19日0:00至2014年11月30日10:00, PM_2.5平均质量浓度116.4μg/m^3)对比研究发现,清洁期OC颗粒占比最高,占总颗粒数的33.0%,其次是EC和ECOC颗粒,分别占总颗粒数的29.7%和16.4%;灰霾期OC颗粒物显著增加,比例高达46.1%,其次是ECOC,增至22.4%,而EC颗粒降至18%。此外,灰霾期二次组分HSO_4~–、NO_3~–的信号强度与二次组分数浓度均大于清洁期,表明灰霾期无机盐(HSO_4~–、NO_3~–)在颗粒物中的贡献增大。通过分析相对湿度与SO_2、NO_x和含硫酸盐、硝酸盐颗粒之间的关系,发现含硫酸盐和硝酸盐颗粒数浓度随环境湿度增加而增加,表明液相反应对硫酸盐生成有促进作用,同时相对湿度的增加可能对硝酸盐的形成有一定的贡献。混合状态分析表明,含碳气溶胶与HSO_4~–和NO_3~–的混合程度较强,与铵盐混合程度较弱。研究结果反映二次气溶胶形成特别是有机物颗粒的增加对于北京市灰霾形成具有重要的贡献。