Distributed mass/discrete floe model for pack ice rheology computation

A new model, called the distributed mass/discrete floe model, is proposed for performing practical computations of mesoscale pack ice rheology. This model possesses the advantages of both the continuum and the discrete element models: it can express the discrete nature of pack ice, for which it is difficult to use a continuum model, and requires a much shorter computation time than a discrete element model. The pack ice is divided into ice bunches in which the floes, assumed to be distributed uniformly, are modeled as inelastic disks or rectangles floating on the water. The ice interaction forces are formulated from the relationship between the impulse on the bunch and the variation of momentum in the bunch. The ocean flow is calculated simultaneously with the floe movement using a multilayer model. In a circulating water channel, drift tests of physical model floes were performed in order to investigate the characteristics of their motion and interaction with ocean structure models. Near the structure, the floe motion depends on the floe shape. Disk floes show a lateral motion in front of the structure. They flow out around both sides of the structure and the number of floes in front of the structure decreases with the lapse of time. On the other hand, rectangular floes scarcely flow laterally. The number of floes in front of the structure remains constant over time. These experiments indicate that when the motion of pack ice around a structure is simulated, it is important to consider the floe shape. The disk floe motion and the rectangular floe motion can be regarded as extreme cases of pack ice motion. Actual pack ice motion may be between these two extremes. Computations were carried out using the distributed mass/discrete floe (DMDF) model. Simulation results were compared with the circulating water channel experiment results and sea ice motion in the southern part of the Sea of Okhotsk. The DMDF model predicted the circulating water channel drift test results quite closely. The DMDF model results also compared quite well with the sea ice motion.     

软岩隧道挤压型大变形非线性流变属性及其锚固整治技术研究

针对隧道高地应力软弱围岩洞室施工开挖变形与围岩失稳以及衬护结构设计问题,阐述开展岩土流变学研究的必要性以及对软岩挤压型大变形非线性流变问题的研究内容和方法,介绍隧道围岩挤压型大变形的定义、变形特征,及国际上隧道围岩挤压大变形的判定。介绍隧道围岩挤压型大变形非线性流变理论、相应的专用设计软件研制及其工程应用,主要介绍有关的研究内容及其创新性方面; 以广义Komamura-Huang流变模型为基础,建立一种能较完整地反映围岩二维、三维大变形非线性流变全过程的Komamura-Huang“弹-线黏弹-非线性大变形黏塑性”流变模型,并在ABAQUS软件基础上进行专用软件的二次开发,将其应用于兰新铁路兰武客运专线乌鞘岭铁路隧道岭脊段围岩5#断层带中,后又应用于甘南木寨岭高速公路隧道和云南滇中红层引水隧洞2处软岩围岩挤压大变形隧道,采用大尺度让压锚杆/预应力长让压锚索进行了整治研究,并分别进行了二维和三维非线性大变形黏弹塑性数值模拟分析。指出有待进一步深化研讨的若干问题。总结针对软岩挤压型大变形沿用现行刚性支护方案的不合理性和失效教训。提出管控/约束隧道围岩大变形持续发展的让压支护锚固技术措施--一种新型大尺度让压锚杆/预应力让压锚索,介绍让压锚具的受力机制及构造,强调其10个关键性设计施工参数。以兰州木寨岭高速公路隧道围岩挤压型大变形非线性流变分析与采用让压锚杆进行工程整治的试验段情况为例,对该隧道围岩挤压大变形进行二维数值模拟,并对施作让压锚杆进行工程整治的主要有关设计参数进行分析计算。“边支边让、大尺度让压锚杆”方法已先后在几处工程中得到了成功实施,取得了应有的经济效益,其工程技术收益应更受业界关注。     

SBR胶粉改性沥青性能研究

研究了不同搅拌温度、不同掺量橡胶微粉(SBR)改性沥青的性能。试验表明,橡胶微粉掺量及搅拌温度对改性沥青性能有较大的影响,软化点、针入度及延度试验得出了最佳掺量和最佳搅拌温度。荧光显微试验、高温储存稳定性及流变性试验结果表明橡胶微粉改性沥青相比基质沥青具有更好的高、低温性能。     

乌鞘岭隧道F7断层的黏弹性位移反演分析

工程材料受力变形的性态常与时间有关,这类现象一般称为材料变形的黏性效应,材料发生随时间而增长的变形时,如果始终处于弹性受力状态,则称发生的变形为黏弹性变形。结合乌鞘岭隧道穿越F7断层段所取得的量测资料,将计算区域内的岩石视为均质各向同性体,初始地应力假设成均匀分布,采用三单元模型,对有限元黏弹性问题进行优化反演分析,得出围岩区域内的水平侧压力系数和所使用模型中的弹性模量和黏滞系数。反演分析表明,该隧道发生较大变形的主要原因是较大应力场的存在、围岩的软弱和较强的蠕变性。结论可为挤压性断层中隧道的支护设计、施工组织提供可靠的依据。     

NaNO2型防冻剂组分对新拌水泥浆体性能的影响

采用回转粘度计(两点法)对亚钠型防冻剂中常见组分在和萘系减水剂复合下对新拌水泥浆体流变性影响的研究,同时进行1小时内水泥浆体流动度扩展值变化经时试验,借用无级非接触式电导场在线混凝土电阻率测定仪测试水泥浆体1天电阻率变化来比较各组分对水泥浆体早期强度贡献并探讨防冻作用机理。     

岩沥青改性沥青胶结料流变特性研究

针对岩沥青改性沥青胶结料的流变特性,通过动态剪切(DSR)、弯曲梁流变(BBR)、布氏旋转粘度试验,用PG分级评价体系对不同种类、不同掺量的岩沥青改性沥青进行性能测试与分析。动态剪切流变仪和弯曲梁流变仪为建立某时段蠕变曲线和劲度模量提供依据,Brookfield旋转粘度计通过计算剪切速率和剪应力测量沥青高温粘度。试验结果分析表明:加入岩沥青后沥青胶结料的PG高温等级提高、抗车辙因子增大、复数模量指数(GTS)增大、大大提高了沥青的高温稳定性和降低了温度敏感性,且随着掺量的增加变化幅度增大;岩沥青掺量控制在一定范围内,不会对沥青胶结料的低温性能产生大的不利影响。     

考虑固结和流变的水平受荷桩的理论分析

根据水平圆形载荷基本解和桩土变形协调条件得出了粘弹性饱和土中的单桩在时间城内的第二类ＦＲＥＤＨＯＬＭ积分方程，并利用ＬＡＰＬＡＣＥ变换对积分方程进行了简化。对上述积分方程进行数值求解并进行要应的ＬＡＰＬＡＣＥ逆变换即可得单桩在水平力作用下剪力、弯矩、桩轴线的位移以及桩侧孔压在任意时刻的值。     

沥青胶结料路用性能分级评价分析

为探讨不同沥青胶结料分级体系对于沥青材料的评价有效性,对不同沥青材料进行不同分级试验评价,结果表明PG性能分级对于沥青材料流变性的区分优于针入度分级和黏度分级。     

3D打印模拟月壤道路材料制备与性能研究

为了制备可用于3D打印的模拟月壤道路材料,对月球原位资源利用进行初期探索,以水胶比0.28~0.32的BH-1模拟月壤地聚合物浆体为打印墨水,采用动态剪切流变试验测试了打印温度在40℃~80℃下浆体的流动曲线,通过宾汉姆模型拟合得到了屈服应力和塑性黏度2个流变参数,以上行流动曲线和下行流动曲线计算得到的触变环面积表征材料的剪切破坏特性。利用3D打印机的送料机构研究了浆体的可挤出性和施工时限,并确定了二者与流变参数的关系。提出了一种利用三维轮廓扫描仪提取3D打印试件表面三维点云,进而获取材料整体变形和表面纹理的测试方法,以对材料的可建造性进行定量评价。最后研究了不同填充率对3D打印试件力学性能和打印效率的影响。结果表明:BH-1模拟月壤地聚合物浆体呈剪切变稀特性,屈服应力和塑性黏度随水胶比增大而减小,随静置时间延长而增大,且打印温度越高,增长速度越快;能够完成挤出的材料屈服应力上限值为1 090 Pa,塑性黏度为11.5 Pa·s;水胶比越大,打印温度越低,对应的材料可挤出性越强,施工时限越长;提升打印温度有利于提升材料的可建造性,在所有试验组中,水胶比为0.32,打印温度为80℃时可以在满足可挤出性和较长施工时限的前提下,有效控制打印试件的变形;降低填充率会导致材料力学性能下降,但是能够提升3D打印速度,节约材料。     

输油管道中原油乳状液的流变性研究

原油乳状液的流变性是原油开采后在管道中输送的重要研究方面,为了更好地研究这一性质,采用电动搅拌机、偏光显微镜以及流变仪等仪器来测定不同含水率的原油乳状液在不同条件下的黏度,观测不同含水率的原油乳状液在偏光显微镜下的形态。并且分别对原油乳状液的黏度与含水率之间的关系以及与剪切速率之间的关系进行研究,初步确定了所测区块原油乳状液的转相点以及该区块原油乳状液的流变特性,为生产中的油气集输提供了理论依据。