砂土颗粒三维形态的定量表征方法

颗粒形态是影响砂土力学特性的重要因素,特别是影响砂土在低应力状态下的抗剪强度、剪胀效应和临界状态行为,以及高应力状态下的颗粒破碎行为。因此,准确地重构砂粒的三维形态,并量化计算其形态表征参数是研究砂粒形态效应的前提工作。借助于高精度的CT扫描技术和图像处理技术,获得近海石英砂和风化花岗岩残积砂这两类砂土颗粒的三维形态信息。采用球谐函数序列实现两种砂颗粒三维形态的准确重构,并通过球谐函数分析计算砂土颗粒的体积来验证该方法的有效性。基于球谐重构的三维砂粒表面,提出了实用性的方法来计算砂粒的表面积、表面曲率和三维尺寸等,进而计算砂粒的三维球度、圆度和伸长率等形态表征参数。结果表明,当球谐函数阶达到15时,其重构的砂粒基本形状和表面纹理均与真实砂粒非常接近;近海石英砂在水流搬运和磨蚀的作用下颗粒形态较为规则和圆滑,球度和圆度较大,而风化花岗岩残积砂则在物理风化和剥蚀作用下颗粒形态较为复杂和粗糙,球度和圆度较小;而这两种地质作用对砂土颗粒的伸长率则没有明显的影响。     

粗糙度对不同粒径砂-混凝土界面剪切特性影响

为探究土体与结构之间相互作用的机制,通过设计3种颗粒中值粒径d₅₀(1.21、4.56、8.91 mm)、3种结构表面粗糙度系数JRC(0.4、9.5、16.7)和3种剪切速率(1、5、10 mm/min)下的室内直剪试验,对剪切过程的应力变化、体变量进行监测,研究不同剪切速率下粗糙度对不同粒径砂-混凝土界面剪切特性影响。结果表明,d₅₀=1.21 mm时,砂与混凝土界面抗剪强度随JRC的增大而先增大后减小;d₅₀=8.91 mm时,界面抗剪强度随JRC的增大而增大。随着JRC增大,混凝土与砂土界面内摩擦角不断增大;随着颗粒粒径增大,混凝土与砂土界面内摩擦角先减小后增大。在不同剪切速率下,试样最终剪胀量均随颗粒粒径的增大而增大。剪切速率为5 min/mm时,砂-混凝土界面剪切试验最终剪胀量最小。存在某一临界粒径,当砂的颗粒粒径大于此临界粒径时,砂-混凝土界面剪切强度随JRC的增大而不断增大。     

无内标-多外标校正激光剥蚀等离子体质谱法测定磁铁矿微量元素组成

激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)常用于磁铁矿原位微量元素分析,按照校正策略不同,主要分为内标法和无内标法。内标法需要用电子探针(EMPA)预先测定磁铁矿中内标元素Fe的含量,过程较繁琐,且待测元素含量会受到内标元素含量测定的影响。本文采用铁含量较高的玄武质玻璃BCR-2G、BIR-1G、BHVO-2G和GSE-1G作为外标,避免了内标元素含量的测定,建立了无内标-多外标校正LA-ICP-MS测定磁铁矿微量元素组成的分析方法。利用该方法测定了科马提岩玻璃GOR-128g和自然岩浆磁铁矿BC 28的微量元素组成以评估方法的可靠性。结果表明,科马提岩玻璃的测定结果与推荐值及前人内标法的测定值一致,多数元素的相对标准偏差RSD5%;自然岩浆磁铁矿的测定结果与推荐值相比,多数元素的RSD7%,低于前人内标法的RSD(15%)。由此说明无内标-多外标法可以实现富铁硅酸岩或磁铁矿微量元素含量的准确校正,克服了基体效应的影响。因此,无内标-多外标法是一种原位测定磁铁矿微量元素含量的快速、准确方法,具有一定的应用潜力。     

单一流迳基岩水流平均流速方程

分析了基岩水运动时的几种主要水头损失，建立了单一流迳基岩无压水和承压水运动的平均流速方程，并进行了室内试验的验证。     

塔里木地区寒武纪岩相古地理

塔里木地区是以当今的塔里木盆地为主体并包括其周边山地的广大地区,北至中天山,南至西昆仑山,西至我国国界,东至阿尔金山,面积逾100万km2。在39个露头剖面和钻井剖面的各种单因素定量及定性资料的基础上,采用单因素分析多因素综合作图法,编制出了塔里木地区寒武系下、中、上统的各种单因素图及相应的寒武纪早、中、晚世的岩相古地理图。这些岩相古地理图最主要的特征是定量,即每个古地理单位的划分和确定都有确切的定量资料与定量的单因素图。这种定量的岩相古地理图在塔里木地区还是首次出现。在早寒武世,塔里木地区是一个碳酸盐岩台地,其中散布着准滩、云坪和膏盐湖。其北侧和东北侧是南天山和塔东硅岩石灰岩泥岩盆地。其南侧是昆仑台地,其中有2个小陆地。其东南侧有阿尔金陆。中寒武世和晚寒武世的岩相古地理格局与早寒武世相似,但陆地面积逐渐缩小,盆地面积逐渐扩大,塔里木碳酸盐岩台地变化不大。从早寒武世到晚寒武世是一个逐渐的海进过程。     

堆石料三维形状量化及其对颗粒破碎的影响

筑坝堆石料由于尺寸较大,必须对其按一定比例缩尺后才能用来开展室内三轴试验。但缩尺前后颗粒形状难免会有差异,如何评价颗粒形状变化对堆石料变形特性的影响是十分重要的。引入了高精度的三维激光扫描技术对紫坪铺面板坝筑坝堆石料2.5～5、5～10、10～20 mm以及20～40 mm 4个粒径组的颗粒进行了空间形状分析,在此基础上进一步开展了单一粒组的三轴试验,研究了4个粒组的颗粒形状指标与颗粒破碎率的相关性。试验表明,紫坪铺堆石料颗粒破碎率随着其平均球度的增加而减小,并且呈近似半对数线性关系;随着围压的增加,颗粒形状对颗粒破碎的影响逐渐减弱,颗粒强度的影响逐渐增大。紫坪铺堆石料的颗粒强度随着颗粒尺寸的增加逐渐减小,但其破碎率反而随着颗粒尺寸的增加而逐渐减小,主要是因为试验所采用的紫坪铺堆石料颗粒尺寸越小时,其形状越不规则。因此,研究缩尺效应对颗粒破碎率的影响时,要同时考虑颗粒尺寸和颗粒形状。     

高压旋喷桩单桩承载力分析

高压喷射注浆于1968年首创于日本。我国于20世纪70年代初相继引进并开始研究高压喷射注浆技术。目前,高压旋喷工艺应用最为广泛,工艺技术最为成熟。对旋喷桩成桩质量及单桩承载力进行研究分析,为旋喷桩在地基与基础工程、水利水电工程、止水、加固工程中的应用提供设计参考依据。该试验在陕西省延安市某建成小区内选三个试验点,按不同旋喷桩施工工艺成桩,通过对桩身完整性检测、单桩承载力试验,分析旋喷桩成桩质量及单桩承载力。     

北京市春夏季大气气溶胶的单颗粒分析表征

采集了北京市2000年春夏季大气气溶胶样品5个，采用扫描电镜X射线能谱技术分析大气气溶胶单颗粒约2500个。研究结果表明，沙尘期间，矿物尘是最主要的颗粒物种类，非沙尘期间，北京市大气气溶胶中主要检出矿物尘和含硫颗粒物。夏季随着颗粒物污染的加重，含硫颗粒物的数目百分数增加。是北京市大气颗粒物污染的重要特征。重点讨论了Ca-S颗粒、K-S颗粒和Ca-K-S颗粒三类典型含硫颗粒物的化学组成和粒径分布特征。数目可观的Ca-K-S颗粒以及其他硫酸盐颗粒的生成与相对湿度和云量等气象条件相关，这些颗粒物可能是云中过程的产物。减少SO2排放，减少含硫颗粒物，对于控制北京市的大气颗粒物浓度水平具有重要意义。     

钙质砂一维压缩回弹过程中声发射特征试验研究

为了揭示钙质砂在一维压缩回弹作用下的压缩变形、颗粒破碎特性以及声发射规律,对钙质砂进行了3种相对密实度下不同粒组的一维压缩回弹实验和声发射实验。通过对不同粒组、不同相对密实度的钙质砂进行一维压缩实验和同步的声发射实时监测,获得其压缩、回弹和声发射特性,最后通过筛分获得实验后的颗粒粒径分布,得出相对破碎势B_r。实验结果表明:钙质砂的压缩变形由颗粒位置调整和破碎两部分组成,其中颗粒破碎是产生压缩变形的主要因素,回弹曲线近似一条直线,表明压缩变形为不可恢复的塑形变形;压力相同时颗粒粒径越大,相对破碎势B_r越大。颗粒形状不同致使颗粒间填充作用与嵌合作用不同,影响颗粒的滑移与重排列,进而影响颗粒的压缩变形。两种砂的声发射计数率随粒径增大而增大,且都集中出现在800~3200 kPa的压缩阶段,钙质砂的压缩变形及破碎特性与其声发射特征具有一致性,钙质砂声发射计数率与时间关系曲线和应力与时间关系曲线吻合较好,可通过声发射计数率与时间关系曲线来反映钙质砂的力学特性。钙质砂存在一个声发射事件最少的“临界孔隙比”,本次实验中1~2 mm钙质砂临界孔隙比为1.33~1.41,试样的初始孔隙比偏离该临界值时,声发射活动会有不同程度提高。     

基于复杂网络的岩土颗粒材料分散性失稳先兆研究

岩土颗粒材料在达到Mohr-Coulomb塑性极限之前可能已经发生了没有明显局部损伤的全域准均匀破坏,即分散性失稳。近年来,网络科学工具在颗粒材料环境中的应用为研究其失稳破坏现象提供了有趣新颖的洞见。采用离散单元法对不同初始密实度的颗粒体系进行等体积应变加载路径的数值试验,发现初始状态越松散的颗粒体系越有可能发生分散性失稳;采用网络科学的理论和方法分析颗粒接触网络的拓扑结构特性和演化规律,发现颗粒材料分散性失稳的结构根源是颗粒接触网络完全崩塌。将颗粒体系划分为强、弱接触系统以构建强接触子网络、弱接触子网络和强−弱接触子网络,研究颗粒接触网络及其3个子网络的特征量演化,结果表明：当颗粒材料开始处于不稳定状态时,易受扰动的弱接触系统的部分接触先失效,导致强接触系统失去其稳定支撑作用而降低承载能力。随着加载的继续,系统通过非局部的自组织过程导致接触结构的全面崩塌,最终触发整体分散性失稳。因此,先于整体失稳的部分弱接触的失效,可视为颗粒材料分散性失稳的关键性临界征兆。