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基于砂箱试验的干碎屑流运动特征与堆积形态研究

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基于砂箱试验的干碎屑流运动特征与堆积形态研究

作者：吴延斌西安科技大学

学位级别：硕士

碎屑流地质灾害常常会引起惨重的人员伤亡和巨大的经济损失,因此广被研究。但是以往研究对于坡度和基底滑动面类型对碎屑流的影响不够系统详尽。因此研究中设计了直剪试验以测定试验材料及其与界面间的力学性质,在此基础上开展了不同坡... 详细信息

碎屑流地质灾害常常会引起惨重的人员伤亡和巨大的经济损失,因此广被研究。但是以往研究对于坡度和基底滑动面类型对碎屑流的影响不够系统详尽。因此研究中设计了直剪试验以测定试验材料及其与界面间的力学性质,在此基础上开展了不同坡度和不同基底滑动面使得干碎屑流模型试验,以研究碎屑流的运动特征、堆积形貌、运动能力。研究中利用直剪试验为碎屑流模型试验的理论计算提供基础参数(摩擦系数),通过3D扫描仪和高速相机记录模型碎屑流的运动过程。试验中主要得到:(1)较小坡度时,光滑滑动面上碎屑流的运动过程和动力参数与粗糙滑动面上的明显不同;但在较大坡度时,碎屑流运动过程受滑动面类型差异影响较小。粗糙滑动面的粗糙程度对碎屑流的运动过程和动力参数影响不显著。碎屑流运动时受力状态是极不稳定的,尤其是前缘颗粒,会受到后续颗粒的碰撞力作用,从而具有较大的加速度。在大坡度时,其加速度数值接近甚至超过了重力加速度。粗糙滑动面相比于光滑滑动面能够很大程度上约束碎屑流的影响范围,这种约束在较小坡度时更加显著。但粗糙滑动面的粗糙程度对碎屑流影响范围产生的影响较小。(2)结合砂箱试验发现:横向脊是碎屑流颗粒在缓慢挤压堆叠中形成的;双峰形态是后期碎屑流体对前期已抵达底板的碎屑流体进行冲击造成的;共轭槽是碎屑流体在前阻后推侧约束的力学条件下沿平整光滑基底面整体向前运移的过程中形成的。横向脊和双峰形态的形成主要依赖于坡度条件,基底滑动面光滑与否会改变这些表面形态产生的坡度范围,并不是这些表面形态产生与否的先决条件共轭槽的形成同时依赖于坡度条件和滑动面条件,只有当基底滑动面较为平整光滑,且在中等坡度下才会产生。实际中乱石包岩崩同时满足共轭槽形成时所需的这两种条件。(3)随着坡度的增大,试验碎屑流的视摩擦系数呈指数形式增大,对于以往研究也是如此。试验碎屑流的运动距离随着坡度的增大呈线性减小的趋势,在平整光滑滑动面上时的减小速率更快,而在粗糙滑动面上时减小速率较慢。(4)基于物体因与固定面发生碰撞而产生的能量损耗率与该物体运动方向和固定面法线方向间锐夹角呈指数关系的条件,研究中推导出的视摩擦系数随坡度的理论方程能非常好的与文中试验数据和先前学者的数据相吻合,并且能较好的反映实际岩崩碎屑流随坡度的发展趋势,因此能较好的用于试验和野外碎屑流视摩擦系数的预测。

关键词：碎屑流运动特征堆积形貌坡度滑动面类型

紫花苜蓿根系−黄土复合体剪切特性与库仑修正模型

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煤田地质与勘探 2022年第12期50卷 85-95页

作者：段钊袁林毕银丽王凯吴延斌张庆西安科技大学西部矿山生态环境修复研究院陕西西安710054 西安科技大学地质与环境学院陕西西安710054

植物根系可以显著提升土体的强度。为探究紫花苜蓿根系对黄土抗剪性能的增强作用,选取生长周期为60 d的紫花苜蓿根系−黄土复合体为研究对象,通过剪切试验和根系拉伸试验获取紫花苜蓿根系−黄土复合体抗剪强度和根系抗拉强度参数,采用电... 详细信息

植物根系可以显著提升土体的强度。为探究紫花苜蓿根系对黄土抗剪性能的增强作用,选取生长周期为60 d的紫花苜蓿根系−黄土复合体为研究对象,通过剪切试验和根系拉伸试验获取紫花苜蓿根系−黄土复合体抗剪强度和根系抗拉强度参数,采用电子放大镜观察紫花苜蓿根系结构与特征,利用经验公式建立根−土复合体库仑修正模型,并对比分析库仑修正模型、WWM模型及修正WWM模型的优缺点,对黄土地区植物根系增强土体强度进行评价。结果表明:紫花苜蓿根系对土体抗剪性能的增强效应显著;紫花苜蓿根系发达,根径在0.2~6.7 mm,随着根径的增大,单根极限抗拉力呈指数式增大,抗拉强度呈指数式降低;不同RAR(Root Area Ratio,即根系横截面积之和与土体横截面积的比值)下的根−土复合体抗剪强度相比素土样提升显著,RAR与黏聚力和内摩擦角之间具有显著的相关关系,其中RAR与黏聚力之间呈线性正相关关系,与内摩擦角之间呈高斯函数关系;根−土复合体库仑修正模型对黄土区草本植物根−土复合体的抗剪强度增量预测具有较好的合理性、有效性及适用性,修正WWM模型次之,WWM预测精度相对较差;而在木本植物根−土复合体的抗剪强度增量预测方面,根−土复合体库仑修正模型和修正WWM模型的预测精度要远高于WWM模型。研究结果对黄土地区植被护坡工程具有指导意义。

关键词：根−土复合体抗剪强度根系拉伸修正模型黄土区

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孔压增速对黄土静态液化特性影响试验研究

干旱区资源与环境 2022年第6期36卷 179-186页

作者：段钊李珍艳牛兵吴延斌西安科技大学西部矿山生态环境修复研究院西安710054 西安科技大学地质与环境学院西安710054 机械工业勘察设计研究院有限公司西安710043

为探究孔压增速变化对黄土静态液化特性的影响,选取泾阳南塬黄土为研究对象,通过对饱和重塑黄土进行常剪应力排水剪切(CSD)应力路径试验,研究了不同孔压增速下黄土的力学行为过程与液化临界条件,在此基础上探讨了黄土静态液化机理。结... 详细信息

为探究孔压增速变化对黄土静态液化特性的影响,选取泾阳南塬黄土为研究对象,通过对饱和重塑黄土进行常剪应力排水剪切(CSD)应力路径试验,研究了不同孔压增速下黄土的力学行为过程与液化临界条件,在此基础上探讨了黄土静态液化机理。结果表明:在孔压上升初期,试样应变增长十分缓慢,剪应力几乎不变,随着孔压的不断升高,有效应力降至临界状态,应变突然增加,剪应力也迅速降低,可将该破坏过程划分为平稳蠕动阶段和失稳剧动阶段。试样临界液化孔压比在0.48~0.66,且随着孔压增速的增加,试样所能承受的孔压越高,临界液化孔压比越大,破坏时达到的应力水平也越高。黄土液化发生的主要原因是饱水土体中局部孔压快速升高造成了不排水剪切破坏行为,在破坏过程中,由于颗粒重排和联锁结构的形成,试样会出现高-低速应变台阶现象。研究结果对于今后解决孔压变化导致的黄土滑坡力学机理有一定参考价值。

关键词：液化特性孔压增速 CSD应力路径黄土滑坡机理

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深海采矿系统分离式和组合式布放对比研究

海洋工程 2023年

作者：孙思宇梁旭吴延斌游鹏孔令澎浙江大学海洋学院中海油研究总院有限责任公司

深海大洋中蕴藏着丰富的矿产资源，如果能实现商业化开采将成为解决能源危机的潜在途径。对矿物进行开采的前提是将采矿设备安全、精准地布放在指定地点，目前提出分离式和组合式两种布放方案，但二者优劣还未可知。基于集中质量法分别... 详细信息

深海大洋中蕴藏着丰富的矿产资源，如果能实现商业化开采将成为解决能源危机的潜在途径。对矿物进行开采的前提是将采矿设备安全、精准地布放在指定地点，目前提出分离式和组合式两种布放方案，但二者优劣还未可知。基于集中质量法分别建立分离式和组合式深海采矿系统布放模型，根据矿物属性设置1 500、3 000和4 500 m水深三种工况，对两种布放方式进行对比研究，结果表明：1)分离式布放能更好地控制采矿设备位移精度，其中采矿车可平均提高9.92%，中继舱可平均提高11.38%，组合式扬矿管底端弯矩明显大于分离式，平均为分离式的3.5倍。若对布放精度要求较高可优先考虑分离式布放；2)分离式布放遭遇复杂海况时软管和布放缆易发生绞缠，最大绞缠力可达20.91 kN，可能引起管线磨损、破断，因此海况较为复杂时可优先考虑组合式布放。

关键词：深海采矿布放系统分离式组合式集中质量法

易侵蚀层厚度对滑坡运动过程与堆积特征影响的模型试验研究

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同方期刊数据库

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西安科技大学学报 2023年第4期43卷 733-742页

作者：段钊张庆李明朱锟吴延斌西安科技大学地质与环境学院陕西西安710054 西安科技大学西部矿山生态环境修复研究院陕西西安710054 西安建材地质工程勘察院有限公司陕西西安710003 中铁西安勘察设计研究院有限责任公司陕西西安710054 西安市地质环境监测站陕西西安710018 浙江大学海洋学院浙江杭州310058

为研究滑坡与易侵蚀层相互作用下产生的地质构造现象,利用砂盒试验装置对滑坡的运动过程进行研究,揭示滑体运动过程中速度场与位移场规律,剖析滑坡堆积体几何形态及内部构造特征。结果表明:滑体运动过程分为3个阶段,初始阶段,滑体沿斜... 详细信息

为研究滑坡与易侵蚀层相互作用下产生的地质构造现象,利用砂盒试验装置对滑坡的运动过程进行研究,揭示滑体运动过程中速度场与位移场规律,剖析滑坡堆积体几何形态及内部构造特征。结果表明:滑体运动过程分为3个阶段,初始阶段,滑体沿斜板下滑,速度和加速度快速增加;加速、稳定阶段,易侵蚀层会极大地抑制滑体的运动,滑体与易侵蚀层碰撞后速度与加速度瞬间降低,使得滑体位移量显著减小;随着易侵蚀层厚度的增加,滑体在撞击易侵蚀层后速度减小的幅度增大,堆积体面积、长度随厚度的增加而逐渐减小;在易侵蚀层厚度增加的过程中,滑体对易侵蚀层的作用形式逐渐由挤向覆转变,作用过程变得复杂;随着厚度的增加,相互作用变得复杂,堆积体内部发育直立褶皱、平卧褶皱、逆冲剪切、水平剪切、包卷等结构,表面形成褶皱、隆起等构造,反映滑体从压缩到剪切运动的应力状态。研究结果为滑坡运动路径中存在易侵蚀时的灾害范围计算提供了一定的理论参考。

关键词：滑坡易侵蚀层模型试验运动过程堆积形态内部构造

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紫花苜蓿根系-砂土复合体力学特性

西安科技大学学报 2023年第1期43卷 99-108页

作者：王贵荣王凯袁林吴延斌西安科技大学地质与环境学院陕西西安710054 西安科技大学西部矿山生态环境修复研究院陕西西安710054

为探究紫花苜蓿根系对砂性土的增强作用,以黄土为基础土料,河砂为改性土料,将改性土料加入基础土料中,制备含砂质量百分比为0%,20%,40%,60%的紫花苜蓿根系-砂土复合体;通过根系拉伸试验,得到根系抗拉强度;通过直剪试验,得到不同含砂量... 详细信息

为探究紫花苜蓿根系对砂性土的增强作用,以黄土为基础土料,河砂为改性土料,将改性土料加入基础土料中,制备含砂质量百分比为0%,20%,40%,60%的紫花苜蓿根系-砂土复合体;通过根系拉伸试验,得到根系抗拉强度;通过直剪试验,得到不同含砂量和根系面积比(根系横截面积AR与土体横截面积A的比值)的根土复合体抗剪强度参数;采用电子放大镜对紫花苜蓿根系、根土复合体及剪切后试样进行观察,分析根系与土体的结构和特征。结果表明:随着紫花苜蓿根径的增大,抗拉强度呈指数降低;随着含砂量的增加,根土复合体黏聚力呈现先增大后减小的趋势;随着根系面积比的增加,根土复合体黏聚力逐渐增大;以根系抗拉强度和根系面积比的乘积为自变量,实测的抗剪强度增量为因变量,进行线性拟合得到K值,在含砂量为0%,20%,40%,60%下的K值分别为0.38,0.56,0.2,0.09;当根土复合体受到剪切力时,根系所受到的拉应力可转变为增强剪切面的摩擦力和抵抗土体变形的剪应力,提高了根土复合体抗剪强度。研究结果对矿山生态修复中的土体重构工作提供理论依据。

关键词：含砂量根系面积比根土复合体抗剪强度根系拉伸

计及界面电荷和极性效应的油纸复合绝缘非线性电路等效模型

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电工技术学报 2024年第11期39卷 3422-3432页

作者：黄猛李怡然吴延宇陈良炯齐波新能源电力系统全国重点实验室(华北电力大学) 北京102206

换流变压器是特高压直流输电工程中的关键设备,换流变压器油纸复合绝缘的界面处在直流电压下易积聚电荷,诱发局部放电甚至击穿。当前对于界面电荷的积聚分布,多采用传统的阻容模型进行计算,存在较大的误差。该文提出一种简易的非线性电... 详细信息

换流变压器是特高压直流输电工程中的关键设备,换流变压器油纸复合绝缘的界面处在直流电压下易积聚电荷,诱发局部放电甚至击穿。当前对于界面电荷的积聚分布,多采用传统的阻容模型进行计算,存在较大的误差。该文提出一种简易的非线性电路等效模型,首先,分别测量变压器油和油浸纸板的电容、电阻参数与极化电流,获得油纸的拓展Debye模型;其次,在拓展Debye模型的基础上,将变压器油和油浸纸板的恒定电阻模型改为随电场变化的非线性模型,并加入反映极性效应的界面势垒限制电流源,以此建立等效模型;最后,将电路等效模型仿真结果与实际测量结果进行对比。结果表明,与实际测量结果相比,该等效模型具有良好的适用性。该文模型为油纸绝缘的电场分布、界面电荷积聚量的计算提供了一种准确度较高的简便方法。

关键词：油纸绝缘界面电荷界面极化拓展Debye模型电路等效模型

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PCS600系统在商业综合体中的应用

绿色建造与智能建筑 2023年第4期 92-95页

作者：吴延斌陆斌浙江源创智控技术有限公司杭州310052

本文主要介绍了PCS600系统在新城控股集团吾悦广场商业综合体项目中的典型应用,通过对商场内各机电设备数据的采集,实现“分布式、一体化”的控制效果,利用客户端对商场内所有机电设备进行实时监控,分析数据并对各种预警进行快速处理。

关键词： DDC 楼宇自控商业综合体

基于双延迟深度确定性策略梯度的受电弓主动控制

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电工技术学报 2024年第14期 4547-4556页

作者：吴延波韩志伟王惠刘志刚张雨婧西南交通大学电气工程学院

弓网系统耦合性能对于高速列车受流质量起着至关重要的作用，提高弓网耦合性能，一种有效的方法是针对受电弓进行主动控制调节，特别是在低速线路提速及列车多线路混跑时，主动控制可通过提高弓网自适应适配性，有效降低线路改造成本并... 详细信息

弓网系统耦合性能对于高速列车受流质量起着至关重要的作用，提高弓网耦合性能，一种有效的方法是针对受电弓进行主动控制调节，特别是在低速线路提速及列车多线路混跑时，主动控制可通过提高弓网自适应适配性，有效降低线路改造成本并提升受流质量。针对受电弓主动控制问题，该文提出一种基于双延迟深度确定性策略梯度（TD3）的深度强化学习受电弓主动控制算法。通过建立弓网耦合模型实现深度强化学习系统环境模块，利用TD3作为受电弓行为控制策略，最终通过对控制器模型训练实现有效的受电弓控制策略。实验结果表明，运用该文方法可有效提升低速线路列车高速运行时弓网耦合性能及受电弓在多线路运行时的适应性，为铁路线路提速及列车跨线路运行提供新的思路。

关键词：低速线路混跑双延迟深度确定性策略梯度(TD3) 受电弓主动控制