粉砂岩干湿循环力学性能劣化及统计损伤模型

内陆港口岩石地基经历不同程度的干湿循环作用，地基承载性能衰减劣化。以干湿循环次数和围压作为试验工况，开展粉砂岩常规三轴压缩试验。假定粉砂岩微元强度服从改进Harris概率分布，从而定义损伤变量，选择M-C强度准则，结合试验结果中弹性模量及内摩擦角的对数型衰减规律，构建一种可反映干湿循环的统计损伤模型，并给出参数解析方法，得到损伤发展曲线。采用新建模型辨识粉砂岩及文献中泥质白云岩和砂岩试验曲线，并经模拟对比。结果表明，粉砂岩弹性模量、黏聚力、内摩擦角均随着干湿循环次数的增加而逐渐衰减，当循环次数达到16次时，衰减变化曲线趋于平稳，该衰减规律可用对数函数表示；干湿循环促进岩石力学性能衰减劣化，宏观表现为峰值应力的降低；新建模型经验证可行。     

干湿循环作用下砂岩力学特性及能量损伤演化

内陆港口砂岩地基在水的循环作用下,岩石力学性能劣化,威胁港口地基的长期稳定性。为探究砂岩在干湿循环作用下的力学特性及能量损伤,开展不同干湿循环次数下的三轴压缩试验。结果表明:随着干湿循环作用的增强,砂岩力学性能指标逐渐衰减,当循环次数达到15次时,衰减幅度基本收敛;砂岩峰值强度、残余强度、弹性模量和变形模量的劣化度累积具有相似规律,干湿循环0~8次时累积速率较快,循环次数达到15次时累积速率放缓;在应力作用下,岩石吸收总能量随着应变增长而逐渐递增,耗散能累积主要集中在岩石破坏阶段。能量耗散导致损伤发展,损伤变量与耗散能走势较为一致。     

饱水对红层地区岩石力学特性影响的试验研究*

红层地区港口岩石地基在饱水作用下抗变形及承载能力衰减,影响港口地基稳定性。为探究饱水对红层地区岩石力学特性的影响,以砂岩、泥质砂岩和泥岩为研究对象,开展吸水率测定、巴西劈裂、单轴及三轴压缩试验。试验发现：泥岩吸水性能最强,平均吸水率达到0.505%,泥质砂岩和砂岩的平均吸水率分别为0.435%和0.414%;3种岩石饱水后泊松比均有一定增大,饱水后环向变形相比轴向更为敏感,体积扩容更为显著;岩石饱水后,抗拉强度、单轴和三轴抗压强度表现出不同程度的衰减。研究成果可为红层地区岩石饱水力学特性及港口地基承载性能研究提供参考。     

不同干密度条件下的地基土非线性蠕变特性及力学模型研究*

密实度影响港口地基工程的长期稳定性。为研究不同干密度条件下的地基土非线性蠕变特性，开展地基土固结排水三轴压缩蠕变试验。结果表明：1）随着干密度的减小，抽气饱和后土体含水率越高，轴向应变越大，蠕变行为更为显著。2）土体长期强度随着干密度的增大而递增，干密度增加抑制蠕变发展。3）地基土等时偏应力-应变曲线在低应力水平下表现出线性特征，较高应力水平下表现出非线性特征。基于试验成果，通过研究黏弹性模量与干密度以及荷载时间之间的关系，定义考虑不同干密度的黏弹性模量，基于分数阶微积分理论构建分数阶黏塑性体，从而得到新的不同干密度下的土体非线性蠕变力学模型。给出参数求解方法，验证所建模型可行性和合理性。分析瞬时弹性模量与干密度的经验关系，给出了类似粉质黏土地基土的模型参数建议取值区间。研究成果为粉质黏土地基土蠕变特性研究及港口地基工程长期稳定性分析提供一定参考。     

非饱和黏性地基土的土-水特征曲线试验及模拟

内地港口地基土在地下径流和降雨入渗作用下,多为非饱和土,其土-水特性影响港口地基稳定性。以安徽淮北港非饱和黏性地基土为研究对象,开展不同初始含水率、初始干密度、竖向应力以及干湿循环次数下的土-水特征曲线(SWCC)试验。研究发现:初始干密度和竖向应力对非饱和黏性地基土SWCC的影响相似,对进气值、初气值、脱湿速率、吸湿速率和残余饱和度影响较大;初始含水率对土体脱湿、吸湿速率影响较小,随着初始含水率的提升,进气值、吸气值、残余饱和度递增;随着干湿循环作用的增强,进气值和出气值的衰减逐渐削弱。结合地基土土-水特性,修正几种常用的SWCC模型,模拟不同工况下的SWCC,通过评分的方式得到适用于淮北港非饱和黏性地基土的推荐模型。研究成果可为不同工况下非饱和黏性地基土的土-水特性及港口地基稳定性研究提供参考。     

无填料振冲法加固吹填粉土地基现场试验研究

无填料振冲法适用于加固砂土地基,但对吹填粉土地基处理效果尚不明确。为了研究无填料振冲法加固吹填粉土地基的可行性,结合潍坊港某吹填造陆工程,通过现场监测孔隙水压力、土体沉降、分析了无填料振冲过程中孔隙水压力及沉降变化特点,并结合加固前后标准贯入试验和平板载荷试验对地基处理效果进行了对比。试验结果表明:距振冲点距离越远,孔隙水压力增加的幅度越小,且超静孔隙水压力在每遍振冲后1 h内孔隙水压力消散约80%;无填料振冲加固后振冲点附近地面沉降值随着距振冲点距离的增大呈对数衰减。现场检测数据表明:加固后土体密实度显著增大,地基承载力得到了较大的提高。     

考虑含水率的红砂岩蠕变力学特性试验研究*

为揭示不同含水状态下红砂岩的蠕变力学特性，以0%、1.25%、3.16%和5.38% 4种含水率为控制条件，开展三轴压缩蠕变试验。分析蠕变试验结果，探究不同含水条件下红砂岩应变特征、蠕变速率和长期强度的变化规律。研究发现：1）红砂岩在水和应力的作用下表现出3阶段蠕变行为，高含水率岩石在更少加载等级下发生蠕变破坏；2）红砂岩蠕变应变远大于瞬时应变，水的作用促进瞬时和蠕变应变的增长；3）含水率的升高对初始和极限加速蠕变速率的增大起到促进作用；4）红砂岩在4种含水率下的长期强度分别为22.86、21.91、16.27和10.74 MPa，长期强度随含水率的升高而逐渐降低。研究成果可为红砂岩蠕变特性研究及港口地基长期稳定性分析提供参考。     

基于改进Burgers模型的海相软土剪切蠕变特性*

以珠三角地区某港口地基海相软土为例,分别开展固结排水和固结不排水三轴剪切蠕变试验,并结合剪切蠕变试验结果,在传统Burgers模型的基础上,引入一个非线性SP元件,串联后得到一个新的一维蠕变本构模型,并将其拓展为三维情形,利用改进模型拟合海相软土剪切蠕变曲线,并验证其正确性和合理性。结果表明,每一级加载瞬间海相软土均表现出瞬时弹性变形,随即表现出衰减和稳定蠕变阶段,最后一级加载海相软土发生加速蠕变;每一加载等级的不排水条件下的轴向应变量值和孔隙水压力均大于排水条件;海相软土的渗透性影响蠕变变形,弱渗透性条件更有利于蠕变变形的累积;改进Burgers模型拟合海相软土剪切蠕变曲线,吻合良好。     

高能水系铝锰电池的正极制备及应用研究

水系铝离子电池由于其高体积比容量和质量比容量而具有良好的应用前景，针对目前高容量、稳定性好且与水系铝电池相容的正极材料缺乏的问题，本文采用高温水热合成法制备一种纳米片结构的层状δ-MnO₂正极材料，分析表明该材料展现出均匀的纳米片结构、高度的结晶性和扩大的结构层间距。使用δ-MnO₂组装水系Al-MnO₂电池，测试表明Al-MnO₂电池表现出1.3 V的高电压平台和超过400 mAh/g的放电比容量，具备优异的电化学性能，有希望作为未来的水系高能电池体系的选择。     

LNG动力船废气重整制氢反应特性数值分析

采用计算流体力学（CFD）建立合理的船用废气重整制氢反应器模型，在进口重整气体温度为500℃、水碳比为2的工况下研究液化天然气（LNG）动力船废气重整制氢反应特性，研究重整气体的温度、水碳比和流速对反应特性的影响。研究结果表明：在反应区域，沿气体流动方向，H₂的摩尔分数逐渐增大，CH₄的摩尔分数逐渐减小，H₂O的含量先增加后减少。温度由400℃升高至1 000℃，出口H₂的摩尔分数由8.4%增大至11.1%，重整反应的能量转换效率由19.48%提高至25.75%。水碳比由1升高至6,H₂的摩尔分数由8.2%增大至10.0%，后减小至9.8%；重整反应的能量转换效率先由18.03%提高至23.23%，后下降至22.61%。流速由0.01 m/s增大至0.10 m/s,H₂的摩尔分数由12.66%减小至4.90%，系统的能量转换效率由29.87%下降至11.06%。