粗颗粒间液桥毛细力演化规律的动态计算方法

水力特性是非饱和土力学理论与工程的重要课题之一,土样水力特性的变化过程本质上可反映为土颗粒间毛细力的演化规律。为此,以粗颗粒为研究对象,将其简化为一对不等径球体颗粒,而其间的水分形态可视为形如圆环的液桥,不考虑颗粒重力和浮力的影响。以Young-Laplace方程为基础,先推得计算液桥毛细力的控制方程组,再结合液桥的无量纲体积最大、最小值及其外曲率半径的割线迭代算法提出求解毛细力的动态计算方法,进而研究毛细力与颗粒间距、颗粒半径比和液桥体积的无量纲关系,结果表明：当颗粒间距一定时,液桥的毛细力随其体积和颗粒半径比增大均呈递增趋势;当液桥体积一定时,其抗拉刚度随颗粒间距增大呈递减趋势。最后,利用已有文献中液桥毛细力与颗粒间距的实测关系,验证了该动态计算方法在表征液桥从形成至断裂时毛细力演化规律的有效性。     

基于PFC2D岩石颗粒破碎强度和能量的分形模型

颗粒的破碎强度随着粒径的增大而减小,即颗粒破碎的尺寸效应,分形模型为解释固体颗粒破碎的尺寸效应提供了可行的方法。根据岩石颗粒破碎时的分形特征,采用Sammis破碎准则,通过模拟分析得出岩石颗粒破碎能量和强度的分形模型,建立和验证用分维D来表示岩石颗粒破碎的能量和强度准则,得出并验证了岩石颗粒破碎分维的确定方法。利用离散元软件PFC2D的黏结颗粒模型BPM（Bonded Particle Model）模拟了小孔隙率n=0.12和大孔隙率n=0.3,即密实和松散两种情况。其中小孔隙率采用在模型上添加小颗粒的新方法,分别做了400组粒径不等的数值模拟试验,从粒径与破碎强度、破碎能量之间的关系和应力-应变曲线3个方面进行了统计,验证了岩石颗粒破碎强度与分维D的理论关系为σ_f∝dD-3,并得出颗粒破碎时的能量和与分维D之间的关系为E_f∝dD-1。验证了分形理论在分析颗粒破碎的尺寸效应中的较好应用,为确定岩石颗粒的破碎强度和岩石堆砌体剪切强度提供新的方法和参考意见。     

基于对数几率回归模型的粗颗粒土颗粒破碎过程演化研究

掌握粗颗粒土颗粒破碎过程演化具有重要的现实意义,但已有研究未能对颗粒级配的演化中间过程进行预测。为弥补粗颗粒土颗粒破碎演化中间过程预测研究的不足,引入存活概率与破碎概率比值,采用对数几率回归方法,建立了基于对数几率回归的颗粒级配曲线演化模型,分析了模型参数的敏感性。基于所建立的演化模型,推导了相对颗粒破碎指标的数学计算公式,并讨论了土体颗粒破碎的有界性。最后,基于已有试验数据进行了模型的应用分析。应用结果显示:模型预测值与实测值吻合,论证了基于对数几率回归预测模型与相对破碎率预测值公式的合理性。该研究成果将有助于对粗颗粒土材料颗粒破碎演化中间过程的理解。     

应力路径和干湿状态对堆石料颗粒破碎的影响研究

堆石料颗粒破碎是引起高土石坝变形的重要因素。在大坝填筑、蓄水期,堆石料的应力路径和干湿状态均是变化的。通过大型三轴试验,系统地研究了应力路径和干湿状态对堆石料颗粒破碎规律的影响。试验结果表明：（1）相同初始条件下,按不同应力路径达到同一轴向应变停机时测定的颗粒破碎率是不同的,等围压?3试验产生的颗粒破碎最大,等平均主应力p试验的次之,等最大主应力?1试验的最小,但不同应力路径下的颗粒级配演化规律是一致的。（2）相同初始条件下,湿样的颗粒破碎率明显高于干样,且二者的差距随着围压的增大而增大,不同干湿条件下的颗粒级配演化规律同样是一致的。（3）建立的考虑母岩强度的颗粒破碎率与塑性功的关系可以较好地统一描述不同应力路径及干湿状态下的颗粒破碎。该研究成果可为建立复杂应力路径及干湿变化条件下考虑颗粒破碎的堆石料弹塑性本构模型提供依据。     

干砂强夯动力特性的细观颗粒流分析

通过引进和开发二维颗粒流程序,基于相似理论建立了可以模拟砂土地基强夯加固的细观颗粒流模型,结合小比尺室内细观模型试验,从颗粒细观力学角度入手对干砂在强夯冲击加固过程中的动力反应特性进行了数值模拟。结果表明,数值模拟结果与试验结果有较好的一致性,利用颗粒流模型可以很好地模拟干砂在冲击荷载作用下的锤底动接触应力、颗粒间动接触应力和颗粒位移场分布情况,并可以实时跟踪颗粒的变位及接触应力变化,实现从细观角度揭示干砂强夯动力响应特性,研究工作为今后砂土强夯加固宏细观机制研究提供了一条新的思路。     

冰尘结构特征及形成分析——以乌鲁木齐河源1号冰川为例

利用2007-2010年夏季在乌鲁木齐河源1号冰川采集的5个冰样, 对冰样中冰尘的特征、冰尘中蓝藻的种类及冰尘中无机矿物颗粒的粒度特征进行了分析研究. 研究表明: 冰尘为棕色球状聚合体, 粒径为0.27~3.5 mm, 分布在冰川消融区表面, 其组成成分为有机质、无机矿物颗粒和微生物. 冰尘有4种主要的内部结构: 类型Ⅰ, 具有同心层结构的冰尘;类型Ⅱ, 带有亚颗粒的冰尘;类型Ⅲ, 内部无明显结构的冰尘;类型Ⅳ, 中心位置处具有较大无机颗粒的冰尘. 冰尘中无机矿物颗粒的数量主要分布在d<3.5 μm的范围内, 且体积分布的粒径众数介于3~25 μm之间. 同时, 对冰尘中的蓝藻进行了16S rRNA基因序列的系统发育分析, 共从蓝藻16S rRNA基因文库中筛选了247个阳性克隆, RFLP分型得到10个不同的OTUs. BLAST比对, 系统发育分析将这10个OTUs归为颤藻目(Oscillatoriales)、色球藻目(Chroococcales)、未定种(Unclassified). 颤藻目为绝对优势类群, 占整个基因克隆文库的91%. 经估算, 冰尘中存在大量的有机物质和微生物, 无机矿物颗粒只占了很小的比例, 表明影响冰川消融区表面反照率的主要因素为冰尘中的有机部分, 包括有机物质和微生物.     

南海北部1987～1988年颗粒物质和硅藻通量的季节性变化:季风气候与 El Nino的响应

南海北部1987年9月～1988年10月沉积物捕获器中颗粒物质和硅藻通量的季节性变化受到季风气候的控制.颗粒物质与硅藻在东北和西南季风盛行期增加,在季风转变期减少.浅层和深层的颗粒总通量、蛋白石通量、碳酸钙通量、蛋白石/颗粒总通量比值、碳酸钙/颗粒总通量比值、有机碳/磷的比值以及浅层硅藻Thalassionema nitzschioides、Coscinodiscus excentricus、Coscinodiscus nodulifer、Nitzschia marina和Rhizosolenia bergonii的通量在东北季风期间明显地增加了,这些变化可能与1987年～1988年发生的EINino事件相关.     

纳米矿物与纳米矿物资源

为促进对纳米矿物及纳米矿物资源的认识、深入研究及开发应用,阐述了矿物纳米颗粒、纳米矿物狭义和广义概念、纳米矿物形貌分类和主要类型,并从晶体结构和晶体化学理论讨论纳米矿物形成和稳定的本质,即纳米矿物和矿物纳米颗粒形成分别受内因和外因控制.阐明了纳米矿物学研究内容及其在关键带研究的重要性,提出了纳米矿物资源的概念、属性及其开发利用的方向.      

鄂尔多斯盆地中部马五7亚段颗粒滩沉积特征及空间分布

鄂尔多斯盆地中部马家沟组地层蕴含丰富的油气资源,以马五₇亚段为主要储集层位的盐下碳酸盐岩油气勘探近期取得了重要突破。基于钻井、测录井、岩芯及薄片等资料,对盆地中部马五₇亚段颗粒滩沉积特征、纵横向展布规律进行综合分析,进而探讨了研究区沉积古地理格局及其颗粒滩发育控制因素。结果表明:研究区马五₇亚段主要由晶粒白云岩及各类型颗粒白云岩构成,纵向上发育潟湖-颗粒滩-灰泥丘-台坪、潟湖-颗粒滩-滩间海-颗粒滩、潟湖-颗粒滩-灰泥丘三种沉积相序,颗粒滩位于向上变浅旋回的中上部,且常与微生物丘构成丘滩复合体建造,具有良好的储集意义。横向上,马五₇亚段发育两套较大规模的颗粒滩,层位稳定且连续性较好,整体表现为中西部厚而东部较薄的特征,平面上则呈南北向发育并沿东部凹陷环带状分布。研究区沉积规律表明马五₇亚段相对缺乏潮坪相沉积特征,推测其沉积环境更符合局限-蒸发台地。沉积期海平面的频繁变化控制了滩体发育规模及其垂向叠置样式,区内西高东底的古构造格局及其内部的微地貌起伏则决定了马五₇颗粒滩平面分布的差异性。