功能性Fe3O4磁纳米粒子的合成

本研究以PNIPAM(聚N-异丙基丙烯酰胺)为单体,先制备出来Fe3O4@SiO2纳米颗粒,再与DMP(十二烷基三硫代碳酸酯)链转移剂进行酯化反应,制备的产物作为新的链转移剂,在偶氮二异丁腈为引发剂的条件下,利用可逆加成-断裂链转移自由基聚合(RAFT)活性聚合法制备温度响应性磁纳米粒子。通过红外光谱法、核磁共振法对聚合物的结构进行表征,谱图表明成功地合成出所需的产物。通过扫描电镜对其进行分析,所得到的Fe3O4@SiO2-PNIPAM聚合物纳米颗粒分布比较均匀。     

堤坝管涌的室内试验与颗粒流细观模拟研究

本文对水流垂直方向的堤坝管涌现象分别进行了室内模型模拟和颗粒流模拟实验。在室内模型试验模拟中采用先进的数码成像跟踪设备在细观的尺度上对土样在管涌发生发展的全过程进行了观察和记录,为颗粒流细观模拟提供了必要的细观参数及宏观依据。提出的二维孔隙率与三维孔隙率转换的关系公式很好的将室内模型试验的孔隙率同颗粒流数值模拟结合,运用颗粒流程序采用固液耦合的分析模型对管涌现象作进一步的数值模拟分析。根据模拟结果,分析了管涌产生、发展在颗粒细观尺度的原因,对管涌产生发展中的试样细观变化规律及流速的变化规律进行了分析。这些结果为PFC2D在渗流和渗透破坏等方面的深入研究应用提供了一定的实用依据,同时也为在细观尺度上解释和分析管涌现象提供了一条新的途径。     

基于三维流-固耦合模型的油井出砂细观机制研究

油井出砂机制的研究是提高油藏产能和石油开采成本减小的关键课题,而常规的宏观力学理论和方法不能全面反映油藏开采过程中油井出砂的发生和发展。鉴于砂岩储层的物理性质和射孔试验特征,从岩土力学的角度建立基于柱坐标系的三维颗粒流数值模型,与理论分析成果进行比较,以说明该细观数值模型可行性,有效地模拟出砂过程中的渗流及流-固耦合效应。在该基础上,综合考虑流体压力梯度力和拖曳力,基于PFC3D模型模拟流体不同运动时的砂岩性态。数值分析得到的模型宏观应力图形说明流体运动对砂岩力学特性的影响不可忽略,且在相同条件下,流量越大,砂岩的塑性区越大,形成砂岩破坏出砂的几率也越大。同时,不同工况的砂岩黏结分布和颗粒转动图形表明,相同条件下流量越大,颗粒间平行黏结破坏越多,颗粒转动越大,失去黏结约束的颗粒也越多,出砂量就越大,可见两种细观特征图形与宏观应力图形变化规律一致,该模型可用于油井出砂机制的研究,可为出砂量预测及出砂控制提供新的研究思路。     

上海淤泥质粘土注浆劈裂效应的细观分析

劈裂注浆是目前应用最广泛的一种注浆方法,理论研究落后于实际应用。基于颗粒流理论中的流固耦合原理,对上海淤泥质软粘土劈裂注浆过程进行了颗粒流模拟研究,从细观角度研究了土体劈裂过程中裂隙的形态以及土体孔隙率、应力变化,并与相关的试验结果进行比较。结果表明,运用颗粒流理论及程序研究土体注浆劈裂问题是可行的,且在可视化角度上具有很好的优势,可以直接观察到土体劈裂产生及发展的全过程。     

双轴压缩条件下颗粒材料中力链的演化

针对无黏性颗粒材料,开展了柔性边界双轴压缩数值试验,分析了不同围压下力链的数量、方向概率等随轴向应变的变化。研究结果表明：不断加载使得游离的高应力颗粒有所减少,荷载更多的被力链承担;统计意义上,力链最大长度为9个颗粒。轴向±30o范围内力链概率随应变的发展与偏应力一致,而与其邻接的[40o,60o]和[120o,140o]两个方向上的力链概率随应变的发展与偏应力相反;双轴试样剪切破坏时有单剪切带和双剪切带两种模式,当[40o,60o]和[120o,140o]两个角度区间的力链概率有较大差异时,剪切带出现在力链较少的角度区间;当这两个角度区间力链概率接近时,试样中将出现两个剪切带。     

胶州湾海水中颗粒有机碳含量的分布与变化

本文报道了胶州湾表层海水及C_3和D_3站中层和底层水中的颗粒有机碳(POC)的分布与变化规律。结果表明,胶州湾POC年平均浓度为155～410μg/L;平面分布有明显的规律性,近岸和河口一带的含量较高,湾中部较低,湾口诸站为最低;垂直分布有个别数值偏高或偏低现象,但没有明显的规律;季节变化较明显,初春较高,秋季较低。     

好氧颗粒污泥系统快速启动试验研究

采用3组圆柱型SBR反应器进行活性污泥颗粒化培养,接种浓度分别为12 500mg.L-1,4 400mg.L-1和1 800mg.L-1。由于采用逐步缩短沉降时间这一有效措施,系统启动20d后,颗粒污泥初步形成,污泥浓度可达到6 000~8 000mg.L-1,高于普通活性污泥系统,且沉降性能良好,SVI值在50mL.g-1左右。颗粒污泥的平均粒径稳定在0.2~0.25mm。在活性污泥颗粒化的启动试验中,在生物化学条件相同的条件下,逐步缩短沉淀时间可以加快好氧污泥颗粒化系统的启动。     

岩质滑坡−碎屑流的运动距离计算公式研究

滑坡?碎屑流的远程运动距离是碎屑流体所能够达到的最大堆积距离,是灾害预警和评估的重要指标。通过总结已有碎屑流运动距离研究成果,从岩体势能入手开展研究,并结合量纲分析,首先建立了运动距离与势能之间的基本方程。其后,采用4种颗粒材料开展岩质碎屑流滑槽试验,研究碎屑体体积V、滑移区坡度?、碎屑粒径d以及最大垂直运动距离H等对碎屑流运动距离L的影响,通过逐步拟合回归,建立了基于势能的岩质滑坡?碎屑流最大水平运动距离的计算公式。最后,采用汶川地震触发的38个岩质碎屑流以及17个其他典型岩质滑坡碎屑流数据对计算公式进行了验证,结果表明,考虑该运动距离计算公式具有较好的可靠性,能够为山区滑坡?碎屑流灾害预警工作提供理论指导。     

颗粒离散单元法动力人工边界设置方法

采用颗粒离散单元法进行动力计算时,人工截断边界上需设置吸收边界条件,以防止波的反射。鉴于颗粒离散单元数值计算模型的人工边界上颗粒单元半径大小不一、边界面凸凹不平,在连续介质的黏性、黏弹性、自由场边界条件方程基础之上,推导出适用于离散介质的等效方程。在离散介质的黏性边界条件等效方程中引入微调系数,提出比值迭代法以快速确定其最优值,以实现对波的最佳吸收。采用二维颗粒离散单元计算软件PFC2D,分别建立黏性、黏弹性、自由场边界条件相关数值分析模型,探讨颗粒分布模式对黏性边界上颗粒单元半径、速度分布及比值迭代过程的影响;采用外源波动算例及经典Lamb问题算例验证黏弹性边界设置方法的正确性;通过隧洞算例检验提出的自由场边界条件设置方法的正确性。     

基于颗粒流模型的TBM滚刀破岩过程数值模拟研究

为了研究全断面岩石掘进机（TBM）盘型滚刀的破岩机制及其影响因素,采用颗粒流方法建立了岩石与滚刀的二维数值模型,实现了对TBM滚刀破岩过程的模拟。分析表明,滚刀的破岩过程可分为冲击挤压破碎、大量微裂纹生成、张拉性主裂纹扩展3个阶段,证实了滚刀破岩的挤压-张拉破坏理论。在滚刀侵入深度相同的前提下,随着刀圈刃角以及刃宽的增加,滚刀下的压碎区也相应增大,张拉性主裂纹数目增多,滚刀的破岩能力提高;与平刃刀圈相比,楔刃刀圈的“楔块劈裂”作用更加显著,使径向裂纹扩展得更快且更深入岩石内部。TBM滚刀对强度较高或较低岩石的破坏损伤较小,而对中等强度的岩石破坏损伤最为显著。