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竖向条形锚定板水平拉拔极限承载力统一理论解研究

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岩土工程学报 2018年第2期40卷 296-304页

作者：胡伟刘顺凯邹贵华赵璞湖南科技大学土木工程学院湖南湘潭411201 湖南科技大学岩土工程稳定控制与健康监测省重点实验室湖南湘潭411201 海南大学土木建筑工程学院海南海口570228

针对竖向条形锚板拉拔问题的研究存在人为区分浅埋、深埋,且界定标准及力学模型的对称性认识不统一,基于自主研制的条形锚水平拉拔可视化模型试验和数值模拟试验,研究拉拔过程中板前土体的位移变形规律。极限状态下,板前存在弹性核三角... 详细信息

针对竖向条形锚板拉拔问题的研究存在人为区分浅埋、深埋,且界定标准及力学模型的对称性认识不统一,基于自主研制的条形锚水平拉拔可视化模型试验和数值模拟试验,研究拉拔过程中板前土体的位移变形规律。极限状态下,板前存在弹性核三角形区域,其角度变化可反映板前滑移线场的对称性;随着埋深比的增大,三角形弹性核的上角增大（φ-π/4＋φ/2）,上侧土体位移变形范围相对缩小,从延伸至地表收缩至板前附近;下角减小（π/2-π/4＋φ/2）,下侧土体位移变形范围则相对扩大,边界与竖向夹角在π/2-3π/4＋φ/2间变化;上下角之和基本保持不变（φ＋π/2）,板前滑移线场由非对称逐步向对称发展。在此基础上,提出相应的假定,构建可考虑埋深等因素变化的竖向条形锚定板的水平拉拔极限承载力学模型,并推导出极限承载力的统一理论解。计算结果表明：新的力学模型很好地反映了板前滑移线场的对称性随埋深比的连续变化规律,无需再人为区分浅埋和深埋;极限承载力统一理论解对砂土中竖向条形锚定板具有很好的适用性,计算结果与试验值符合的更好,较其它3种传统方法具有明显优势。

关键词：条形锚定板水平拉拔滑移线场极限承载力统一理论解

螺旋单锚多向拉拔承载试验及水平抗拔承载力理论研究

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螺旋单锚多向拉拔承载试验及水平抗拔承载力理论研究

作者：刘顺凯海南大学

学位级别：硕士

螺旋锚在边坡治理、基础建设、军民工程以及通信、电力、清洁能源、管道、工业厂房等领域的建设中都有很大的发展优势及应用前景。但由于其存在螺旋叶片,在拉拔荷载下的锚土相互作用和破坏模式较传统等截面抗拔桩更为复杂。而目前国内... 详细信息

螺旋锚在边坡治理、基础建设、军民工程以及通信、电力、清洁能源、管道、工业厂房等领域的建设中都有很大的发展优势及应用前景。但由于其存在螺旋叶片,在拉拔荷载下的锚土相互作用和破坏模式较传统等截面抗拔桩更为复杂。而目前国内外对螺旋锚抗拔承载特性的研究较少,相关的试验及理论的研究也多集中在竖向拉拔方面,忽略了荷载方向变化对其承载力的影响。与此同时,关于螺旋锚的施工与设计规范中,特别是水平承载力方面,没有明确指出如何考虑叶片在抗拔过程中发挥的作用,只是简单的将其进行几何形状或者抗弯刚度上的等效计算。这对工程实践中螺旋锚的设计和使用带来了很大的不便,也存在着一定的安全隐患。因此,有必要进行螺旋单锚多向拉拔承载试验,并对水平抗拔承载力理论开展研究。本文研制了一套螺旋单锚试验模型和大型多向拉拔试验砂箱,并以南渡江砂为地基土体,在此基础上开展螺旋单锚多向拉拔试验。试验分五个埋深和五个拉拔方向共25个工况进行。根据试验结果中的荷载-位移曲线分别比较分析了不同埋置深度和拉拔方向对极限拉拔荷载的影响,同时基于土压力测试数据分析螺旋单锚在上拔过程中叶片上各点土压力的变化情况,进而研究锚(叶片)土相互作用规律。结果表明:螺旋单锚的极限承载力分别与埋深比和荷载方向之间有着较好的线性关系,其极限承载力随着埋深比的增加而增大,随荷载方向与竖直方向夹角的增大而减小,且后两者同时作用下对前者的影响可以通过拟合度较好的平面方程来描述;斜向荷载作用下螺旋单锚极限承载力的水平分量和竖向分量并不能同时达到极限值,其斜向极限承载力也就不能在水平和竖直两个方向上进行简单分解或耦合来计算;叶片上土压力在拉拔过程中变化的整体规律是外沿压力增(减)量大于中心区域,离转动中心远的区域大于离转动中心近的区域,其值也不是按照朗肯理论下的几个特殊土压力计算值单一分布或者两两线性分布。基于试验数据及其分析结果,本文假定螺旋单锚水平拉拔过程中叶片上各点受力大小与其位移有关,锚杆受力满足p-y曲线,并以此为基础推导了砂土中螺旋单锚水平极限承载力的理论解。结合该理论公式,分别用API规范中p-y曲线模型、Kallehave改进模型和王国粹归一化模型对本文试验及Mittal试验进行了计算。结果表明,可利用本文所推导的理论方法,运用王国粹的归一化p-y曲线模型对螺旋单锚的水平极限承载力进行计算,且能取得较好的计算结果。

关键词：螺旋单锚埋置深度多向拉拔极限承载力土压力水平承载力

酯基偶氮苯掺杂Ag和Ag@SiO2纳米颗粒的光/热性能研究

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酯基偶氮苯掺杂Ag和Ag@SiO2纳米颗粒的光/热性能研究

作者：刘顺凯华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

随着相变材料的应用越来越广泛,对于材料的研究也越来越深入。近些年来,复合相变材料掺杂颗粒的研究受到了广泛关注,但是主要还是集中在材料的储热能力上,对于复合相变材料掺杂颗粒在光学性能方面的研究还是有所欠缺,复合相变材料掺杂... 详细信息

随着相变材料的应用越来越广泛,对于材料的研究也越来越深入。近些年来,复合相变材料掺杂颗粒的研究受到了广泛关注,但是主要还是集中在材料的储热能力上,对于复合相变材料掺杂颗粒在光学性能方面的研究还是有所欠缺,复合相变材料掺杂纳米颗粒的光/热研究,对于提升相变储能系统性能至关重要。因此,本文针对光学性能方面进行深入研究,包括Ag和Ag@SiO2纳米颗粒制备和测试、酯基偶氮苯复合相变材料合成及表征、酯基偶氮苯相变材料掺杂Ag和Ag@SiO2纳米颗粒过程、酯基偶氮苯复合相变材料掺杂纳米颗粒光学性能研究四个部分组成。1、采用热还原法制备Ag和Ag@SiO2纳米颗粒,进行透射电子显微镜、粒度仪和光谱等方面的测试。比较Ag和Ag@SiO2两种纳米颗粒在形貌大小和光学性能上的差异,结果表明乙二醇法制备效果优于黄药子法和柠檬酸钠法,乙二醇法制Ag纳米颗粒吸收峰在447 nm,核壳结构Ag@SiO2纳米颗粒的吸收峰在445 nm。2、合成了酯基偶氮苯复合相变材料并进行改性研究,对复合相变材料进行光谱、热重等表征分析。研究不同结构酯基偶氮苯的光学和热力学性能。通过实验研究发现顺式和反式偶氮苯在可见光波段吸收、结晶温度、熔点凝固点及潜热值等性能上存在差异。反式结构时,进行不同厚度下酯基偶氮苯复合相变材料光学性能研究。对酯基偶氮苯复合相变材料进行液体光学常数反演。3、光谱测量结果,在590nm-1039nm之间呈现平稳的高透射趋势且反式偶氮苯透射率要比顺式偶氮苯高出10%。14 μm的薄膜透射率表现出新的透射曲线。在反演过程中发现,两种厚度相变材料反演得到的折射系数基本一致,吸收系数在可见光区域出现差异,数值都小于1×10-4,吸收系数较小。4、实验测量了酯基偶氮苯掺杂Ag纳米颗粒和Ag@SiO2纳米颗粒的透射率和热力学性能。通过计算观察模型计算出的电场分布图,可以看出掺杂的两种纳米颗粒均有等离激元共振效应。通过分析实验与计算结果对比,透射率可以一定程度上吻合。

关键词：复合相变材料酯基偶氮苯纳米颗粒光学性能光学常数反演

NaH/Et3SiCl体系对丁腈橡胶和天然橡胶的化学改性

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NaH/Et3SiCl体系对丁腈橡胶和天然橡胶的化学改性

作者：刘顺凯青岛科技大学

学位级别：硕士

本文采用Na H/Et3Si Cl体系和反应加工方法对丁腈橡胶和天然橡胶进行化学改性,得到两种硅烷化改性橡胶:硅烷化改性丁腈橡胶(Si-NBR)、硅烷化改性天然橡胶(Si-NR)。硅烷化丁腈橡胶(Si-NBR)是以丁腈橡胶为基体,选用氢化钠(NaH)/三乙基氯硅... 详细信息

本文采用Na H/Et3Si Cl体系和反应加工方法对丁腈橡胶和天然橡胶进行化学改性,得到两种硅烷化改性橡胶:硅烷化改性丁腈橡胶(Si-NBR)、硅烷化改性天然橡胶(Si-NR)。硅烷化丁腈橡胶(Si-NBR)是以丁腈橡胶为基体,选用氢化钠(NaH)/三乙基氯硅烷(Et3SiCl)体系,采用反应加工方法,在哈克转矩流变仪中进行制备的。此方法有效避免了有机溶剂的使用,大大降低了能源的消耗。反应温度控制在90℃左右,总的反应时间为30min。采用傅里叶红外光谱对产物进行结构表征,发现在NBR橡胶分子链中成功引入-Si Et3基团。测定产物的凝胶含量、分子量及其分子量分布,结果表明,Si-NBR的制备过程中不会生产凝胶,不会引起交联和断链。分别改变活性剂NaH、改性剂Et3SiCl的用量,考察其对Si-NBR性能的影响。结果表明,过量的NaH或Et3Si Cl都会抑制硫化过程中交联反应的进行,进而影响硫化胶的一系列的性能。所以,对于此种改性体系,活化剂和改性剂应该等物质量的加入是其特点之一。等物质的量改变Na H和Et3SiCl的用量,考察其对白炭黑补强Si-NBR性能的影响。结果表明,100g丁腈橡胶中,Na H和Et3Si Cl的用量为0.06mol时,与NBR相比,Si-NBR的门尼粘度稍有降低,硫化胶的扭矩差值明显增大,耐老化性能和动态疲劳性能得到明显改善,动态疲劳温升和压缩疲劳形变量大幅度降低,拉伸强度基本保持不变;“Payne”效应明显减弱,白炭黑的分散得到明显改善。硅烷化天然橡胶(Si-NR)的制备方法与硅烷化丁腈橡胶(Si-NBR)的制备方法相同。等物质的量改变Na H和Et3SiCl的用量,考察其对白炭黑补强Si-NR性能的影响。结果表明:与白炭黑补强原料NR相比,白炭黑补强的Si-NR的门尼粘度有所降低,交联密度明显增大。结合胶含量明显提高,白炭黑的分散得到明显改善。100g天然橡胶中,当Na H和Et3SiCl用量为0.04mol时,Si-NR的拉伸强度达到27.6MPa,相比NR的拉伸强度,提高了9.8MPa;Si-NR硫化胶的动态疲劳温升和压缩疲劳形变量大幅度降低,“Payne”效应明显减弱。与NR相比,白炭黑补强Si-NR综合性能的提高对绿色轮胎的研究具有较重要的意义。

关键词：丁腈橡胶天然橡胶硫化特性动态力学性能 Payne 效应

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滑坡体实时稳定性评价方法研究

自然灾害学报 2017年第1期26卷 27-34页

作者：刘顺凯胡伟张英向晖海南大学土木建筑工程学院海南海口570228 中建三局集团有限公司湖北武汉430064

基于现场监测系统所确定的滑坡体滑动面信息,来寻求滑坡体滑动面与室内直剪试验试样剪切面之间的力学变形对应关系。定义滑动面土体总的抗剪力峰值与剪力实时发挥值之比为滑坡体的稳定系数,从而实现了基于监测数据的滑坡体稳定性实时评... 详细信息

基于现场监测系统所确定的滑坡体滑动面信息,来寻求滑坡体滑动面与室内直剪试验试样剪切面之间的力学变形对应关系。定义滑动面土体总的抗剪力峰值与剪力实时发挥值之比为滑坡体的稳定系数,从而实现了基于监测数据的滑坡体稳定性实时评价。所提方法建立了现场监测数据与滑坡体内部稳定机制间的联系,克服了以往从数理统计角度进行滑坡体稳定性预测评价的不足,又避免了对众多外在不确定复杂因素的考虑。经与4种传统滑坡体稳定性评价方法对某边坡数值模型进行的计算对比分析表明:所提基于滑动面位移监测的滑坡体实时稳定系数计算方法不仅在结果上能和传统方法取得一致,而且还克服了传统方法只能做静态评价的不足,并具有实时性。

关键词：滑坡监测数据滑动面剪切面实时稳定性数值分析

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内马铁路火山灰区域桩侧摩阻力现场试验研究

公路交通科技（应用技术版） 2019年第1期15卷 258-261页

作者：温欣岚李世新刘顺凯中国路桥工程有限责任公司北京100013 中交第二航务工程局有限公司湖北武汉430000 中南大学土木工程学院湖南长沙410075

针对火山灰区域地基土与国内同样土质所表现出来的力学性质差异,通过3根长度不同的钻孔灌注桩展开了桩侧摩阻力现场试验,并分析了不同土质桩侧摩阻力在该地区的发挥值。结果表明,该区域成桩效果良好,部分土体所发挥的摩阻值与国内规范... 详细信息

针对火山灰区域地基土与国内同样土质所表现出来的力学性质差异,通过3根长度不同的钻孔灌注桩展开了桩侧摩阻力现场试验,并分析了不同土质桩侧摩阻力在该地区的发挥值。结果表明,该区域成桩效果良好,部分土体所发挥的摩阻值与国内规范建议取值范围存在差异,大部分土层摩阻力在最大荷载作用下均呈增大趋势,桩侧摩阻力尚未达到极限,满足设计需求。

关键词：肯尼亚内马铁路火山灰桩侧摩阻力

竖向正方形锚板水平拉拔极限承载力三维统一理论解研究

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岩土工程学报 2019年第1期41卷 111-120页

作者：胡伟高文华赵璞刘顺凯龙诚璧湖南科技大学岩土工程稳定控制与健康监测省重点实验室湖南湘潭411201 湖南科技大学土木工程学院湖南湘潭411201 海南大学土木建筑工程学院海南海口570228 中南大学土木工程学院湖南长沙410075

针对竖向正方形锚板水平极限拉拔力学机理和承载力理论研究存在人为区分浅埋、深埋,但界定标准不统一的问题,对其开展了破坏机制分析和极限承载力三维统一理论解的研究。通过板前四棱锥土核在垂直于板平面的竖直面和水平面投影三角形的... 详细信息

针对竖向正方形锚板水平极限拉拔力学机理和承载力理论研究存在人为区分浅埋、深埋,但界定标准不统一的问题,对其开展了破坏机制分析和极限承载力三维统一理论解的研究。通过板前四棱锥土核在垂直于板平面的竖直面和水平面投影三角形的形状演化来分别反映竖向和水平向破坏机制随土性、埋深比等因素变化的对称性;构建了竖向正方形锚板水平极限拉拔的三维统一力学模型;依次取不同受力体进行极限力学平衡分析;推导了拉拔极限承载力三维统一理论解。与其他理论方法、试验数据的对比验证表明:新的力学模型很好地实现了一个模型来反映不同埋深比范围破坏机制的连续变化规律,无需再人为区分浅埋和深埋;统一理论解计算结果不仅与室内模型试验数据符合的很好,也和现场、大尺寸室内试验数据吻合;较3种国外方法计算结果更加接近于实测值,且具有更小的离散性,平均值总体上偏于安全,在4种方法中表现最好。

关键词：竖向正方形锚板水平拉拔破坏机制三维统一力学模型极限承载力

基于可逆热致变色的动态体吸收太阳能光热存储相变材料

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中国科学：技术科学 2023年第3期53卷 341-352页

作者：袁梦迪刘陈煦徐超廖志荣叶锋刘顺凯华北电力大学能源动力与机械工程学院北京102206

相变材料(phase change material,PCM)有望解决热能储存和热管理等方面的问题.然而,随着瞬态熔体前沿远离热源,其能量密度和功率密度逐渐降低.在太阳能直接热利用过程中,传统充热的完成完全依赖于PCM本身的热扩散过程,低热导限制了PCM... 详细信息

相变材料(phase change material,PCM)有望解决热能储存和热管理等方面的问题.然而,随着瞬态熔体前沿远离热源,其能量密度和功率密度逐渐降低.在太阳能直接热利用过程中,传统充热的完成完全依赖于PCM本身的热扩散过程,低热导限制了PCM的充热速率.本文提出了基于可逆热致变色特性的动态相变材料(dynamic phase change material,Dyn PCM),可以自动控制光热界面位移紧跟熔体前沿,使相变材料在光热转换中的充热速率不受材料自身热导率限制.Dyn PCM由热致变色剂和主体PCM两部分组成,热致变色剂以2-苯氨基-3-甲基6-二丁氨基荧烷作为供电子体,2,2-双(4-羟苯基)丙烷作为受电子体及4-苄氧基苯基乙基葵酸酯作为溶剂成功实现无色-黑色的变换.主体PCM以石蜡为例,其中含83.3 wt.%石蜡含量的Dyn PCM_(5)潜热为154.38 kJ/kg,仅比石蜡降低6.6%,其透明态表现出与石蜡接近的透射率为91.2%.对比表明,Dyn PCM_(5)的充热速率比石蜡提升了260%.经80次循环后,Dyn PCM的基团未发生改变,充放热性能及透射率稳定性优异,仍具有良好的可逆的变色及充热能力.因此,本研究提出的热致变色复合Dyn PCM_(5)是一种有前景的太阳能储热材料,可进一步运用在太阳能直接吸热过程中.

关键词：动态相变材料熔体前沿热致变色相变储热太阳能

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砂土中倾斜条形锚板法向拉拔承载特性研究

岩土工程学报 2023年第7期45卷 1451-1460页

作者：胡伟张翰林孟建伟刘顺凯聂志红湖南科技大学岩土工程稳定控制与健康监测湖南省重点实验室湖南湘潭411201 湖南科技大学土木工程学院湖南湘潭411201 中南大学土木工程学院湖南长沙410083

锚板倾斜埋设时,倾角对承载特性的影响研究尚不充分,倾角与埋深耦合控制锚板承载机制的规律还不明确。基于模型试验和数字照相测量技术开展了砂土中倾斜条形锚板的承载特性研究,得到了以下4点认识:①锚板上拔承载因子Nγ随埋深比增加呈... 详细信息

锚板倾斜埋设时,倾角对承载特性的影响研究尚不充分,倾角与埋深耦合控制锚板承载机制的规律还不明确。基于模型试验和数字照相测量技术开展了砂土中倾斜条形锚板的承载特性研究,得到了以下4点认识:①锚板上拔承载因子Nγ随埋深比增加呈先快后缓的增大趋势,直至趋于一渐近值,倾角越大,上拔承载因子增速越快。②承载力增长系数Ki随埋设倾角增加表现为非线性增大,而随埋深比的增大则呈整体下降趋势,速率先快后慢,且埋深比越大,埋设倾角对拉拔承载力的影响越小。③锚周土体滑动面随埋深比和埋设倾角的演化可用椭圆来刻画,该椭圆的长短轴比随埋深比的增大而减小,两者之间可用幂函数来表征;埋设倾角对椭圆大小没有影响,将同埋深比水平锚板滑动面椭圆转动一定角度可得到倾斜锚板滑动面椭圆,该角度可表达为埋设倾角的二次函数。④采用等效路径法可将浅埋水平锚板拉拔力学模型推演至深埋倾斜锚板拉拔力学模型,使得在埋深和倾角全域内构建锚板拉拔力学分析模型成为可能。

关键词：条形锚板上拔承载因子承载力增长系数滑动面埋深比倾角椭圆