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粉煤灰充填材料早龄期物理力学特性及其水化过程分析

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粉煤灰充填材料早龄期物理力学特性及其水化过程分析

作者：杜明泽太原理工大学

学位级别：硕士

充填开采是绿色开采的重要组成部分，目前在充填开采方面已经取得了一定的成果。粉煤灰是很好的充填材料，粉煤灰充填在控制地表沉陷、解决废弃物方面取得了一定的成就，但是粉煤灰充填材料存在着早期强度低、变形量大、坍落度小及泌水... 详细信息

充填开采是绿色开采的重要组成部分，目前在充填开采方面已经取得了一定的成果。粉煤灰是很好的充填材料，粉煤灰充填在控制地表沉陷、解决废弃物方面取得了一定的成就，但是粉煤灰充填材料存在着早期强度低、变形量大、坍落度小及泌水严重等一系列的问题，使地表下沉量大，工作面的排水量增加，增加排水负担，影响工作面正常生产。本文以西山煤电兴能发电厂的粉煤灰，镇城底煤矿的煤矸石和西山水泥的水泥为原材料，研究充填材料的物理力学特性及其水化过程，以掌握充填材料结构发展阶段，以期为优化充填材料配比，改善充填材料的性能提供理论基础。在对组成粉煤灰充填材料的原材料特性测试和优化配比试验的基础上，选取5种配比材料，对其早龄期的体积电阻率、孔隙溶液电阻率、水化产物、孔隙度、单轴抗压强度和弹性模量等的变化规律进行了测试，并对其相关性和水化过程进行了分析。同时，研究了外加剂对充填材料体积电阻率的影响，进而分析对充填材料水化过程的影响。主要结论为： (1)试验用的粉煤灰颗粒大于10μm的筛余量为90.4%，大于45μm的筛余量为56.7%，大于210μm的筛余量为9.4%，为等外灰，其矿物成分为石英8.3%，莫来石29.8%和非结晶相的硅铝质玻璃体61.9%，主要化学成分为SiO246.3%，Al2O328.84%，CaO7.68%，Fe2O34.24%，为活性较低的低钙粉煤灰，粉煤灰球状颗粒表面凹凸不平，呈块斑状纹理，并且附着有少量的氧化钙或白云母表面粘结物;试验用的煤矸石需要破碎处理，破碎分级为粒径均小于25mm，其中小于5mm的占50%，50mm占35%，105mm占15%，主要矿物组成为莫来石48.5%，石英36.2%和白云母14.3%，主要化学成分为SiO248.78%， Al2O321.86%， Fe2O35.38%和CaO3.87%，属粘土岩类矸石，煤矸石颗粒表面多为碎屑状和片状的堆积体，形状不规则，形成了颗粒表面凹凸不平的褶皱形貌。 (2)粉煤灰充填材料的体积电阻率呈升高、降低、再升高的倾倒的Z字型变化规律。粉煤灰充填材料的孔隙溶液的电阻率呈先下降后趋于稳定的变化规律。随着粉煤灰掺量的增加，水泥掺量相对减少，可溶解的离子较少，导电性较差，电阻率相对较大。粉煤灰充填材料的单轴抗压强度和弹性模量随水化时间的延长而增大，随粉煤灰掺量的增加而降低。 (3)考虑到水化开始时材料为饱和度100%的固-液两相体，将阿尔奇(Archie)公式推广并应用到粉煤灰充填材料中，根据水的体积与材料总体积的比即为材料的初始孔隙度和压汞法测得的水化1d的孔隙度，得出了5种配比材料孔隙度随时间变化的负指数曲线。 (4)通过对试验结果的分析，得出了水化后期5种配比试样的单轴抗压强度和弹性模量与其体积电阻率之间呈对数相关，这一结果为快速无损预测粉煤灰充填材料的力学性能提供了一种新的方法。 (5)根据5种配比材料体积电阻率及其变化率随时间的变化和水化过程中水化产物的生成，以及相关研究成果，将粉煤灰充填材料早龄期的水化过程划分为吸附期、溶解期、凝结期和硬化期等4个阶段，各阶段持续的时间长短与材料配比、水化过程中的离子浓度、孔隙度的变化及相关产物的结构形成等有关。 (6)选取了4种不同外加剂，研究了不同外加剂对充填材料电阻的影响曲线，并分析了各种外加剂对水化过程的影响。通过对早期减水剂、速凝剂、膨胀剂和外加剂的复合使用，可为充填材料配比提供科学指导。

关键词：粉煤灰充填材料早龄期物理力学特性水化过程外加剂

张呼和吉珲客运专线铁路黏性地基土物理力学特性试验研究

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张呼和吉珲客运专线铁路黏性地基土物理力学特性试验研究

作者：龙礼斌西南交通大学

学位级别：硕士

地基是铁路路基的基础,主要由碎石土、砂石、岩石、粉土和黏性土组成。由于张呼和吉珲客运专线铁路经过处存在大量的黏性地基土,应测定该黏性地基土的工程性质,以确定其是否满足承载力、变形和稳定性的要求,并为地基加固设计提供依据。... 详细信息

地基是铁路路基的基础,主要由碎石土、砂石、岩石、粉土和黏性土组成。由于张呼和吉珲客运专线铁路经过处存在大量的黏性地基土,应测定该黏性地基土的工程性质,以确定其是否满足承载力、变形和稳定性的要求,并为地基加固设计提供依据。本文采用室内基本物理力学特性试验,测定了张呼和吉珲铁路客运专线两类黏性地基土的液塑限、颗粒密度、颗粒粒径组成、含水率、密度、压实等基本物性指标,以及压缩、剪切、渗透等力学特性,主要研究工作及成果如下： (1)对两类地基土试样进行了界限含水率、颗粒密度、颗粒分析、含水率、密度、击实等室内基本物性指标试验。根据土的分类标准确定了张呼铁路地基土在测试土层深度范围内均为粉质黏土,吉珲铁路地基土在测试土层深度范围内由上往下依次为粉质黏土、粉土、黏土;两类地基土的粒径主要集中在0.075mm以下,0.075mm以下的颗粒粒径所占百分比均大于75%,两类土均为细粒土;采用Z2重型击实试验,得到两类土的最大干密度和最优含水率,并由地基土的干密度,测定了这两类地基土的压实系数均在0.9左右。 (2)采用标准固结试验方法测试了两类地基土的压缩模量、固结系数、渗透系数、前期固结压力以及弹塑性变形,分析了不同计算方法对固结系数和前期固结压力的影响,并采用不同试验方法计算了渗透系数。两类地基土的压缩性基本相同,均属于中压缩性土;随着固结压力的增大,压缩模量增大,固结系数和渗透系数均减小,且均表现出明显的非线性变化规律;基于卡萨格兰德(Casagrande)法,提出了一种采用多项式拟合e-lgp曲线,且通过人为增加曲线末端直线段试验点来控制曲线末端直线形态的确定前期固结压力的方法,并计算了两类地基土的前期固结压力值,与吉珲铁路地基土的前期固结压力比,张呼铁路地基土的前期固结压力值更大;采用“f”法计算得到的前期固结压力值与卡萨格兰德(Casagrande)法的相对误差为18.2%;采用5种常用计算方法对张呼铁路两个试样在400kPa下的固结系数进行计算表明,不同计算方法得到的固结系数基本相等;通过压缩回弹试验表明,同一应力路径下,两类地基土的弹性变形基本相同,但吉珲铁路地基土的塑性变形更大;变水头渗透试验和固结试验两种试验方法测定的同一类土的渗透系数基本相同,两类地基土的渗透系数约为1×10-7～10-8cm/s(i=1～10),均属于渗透性弱的土。 (3)在直剪试验中,采用固结快剪试验,测试了两类地基土的抗剪强度参数,分析了吉珲铁路地基土的含水率对凝聚力和内摩擦角的影响。随着垂直压力的增大,张呼铁路地基土应力应变曲线由软化型向硬化型发展,吉珲铁路地基土均呈现硬化趋势;当垂直压力较小时,随着剪切的开始,试样开始表现为剪缩变形,随后出现剪胀变形,当垂直压力较高时,土体一直表现为剪缩变形,垂直压力越高,土体剪缩越明显;吉珲铁路地基土的含水率增大,凝聚力和内摩擦角均减小,且凝聚力减小幅度更大。

关键词：客运专线铁路黏性地基土物理力学特性

酸雨-高温交替作用对泥灰岩物理力学特性的影响研究

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酸雨-高温交替作用对泥灰岩物理力学特性的影响研究

作者：张化晋重庆交通大学

学位级别：硕士

重庆地区夏季高温异常,酸雨频发,嘉陵江沿线暴露于地表且较为发育的泥灰岩岩层,长期处于酸雨-高温交替作用下,受损严重。鉴于此,研究酸雨-高温交替作用下泥灰岩的物理力学特性及其劣化效应尤为重要。本文用酸性溶液-高温交替作用模拟酸... 详细信息

重庆地区夏季高温异常,酸雨频发,嘉陵江沿线暴露于地表且较为发育的泥灰岩岩层,长期处于酸雨-高温交替作用下,受损严重。鉴于此,研究酸雨-高温交替作用下泥灰岩的物理力学特性及其劣化效应尤为重要。本文用酸性溶液-高温交替作用模拟酸雨-高温交替作用,首先采用室内试验,然后通过数值模拟三轴压缩,分析泥灰岩物理力学性质变化规律,得出酸雨-高温交替作用下泥灰岩的劣化效应,主要研究内容和成果如下:(1)对泥灰岩试样分别进行0、5、10、15、20次的酸雨-高温交替作用试验,通过X射线衍射、电镜扫描、重度测定等试验发现,随着酸雨-高温交替作用次数的增加,方解石含量逐渐降低,在酸雨-高温交替作用20次后,碳酸盐类矿物方解石含量占比下降了3%;泥灰岩各个矿物颗粒之间的连接逐渐由紧密向松散转变;质量在持续减轻,阶段质量损失率呈现出先上升后下降的趋势,干重度相较于质量损失变化更大。(2)对经历酸雨-高温交替作用下的泥灰岩试件进行单轴压缩试验、常规三轴压缩试验及巴西劈裂试验。单轴压缩试验下,随着酸雨-高温交替作用次数的增加,泥灰岩的单轴抗压强度在酸雨-高温交替作用15次之前,各阶段降低比例较为均匀,在15到20次作用阶段降低比例突增,降低速率加快;弹性模量随着作用次数的增加先快速降低,然后趋于稳定;变形模量随着作用次数的增加加速降低。在同一围压作用下,随着酸雨-高温交替作用次数的增加,泥灰岩三轴抗压强度、三轴弹性模量、三轴变形模量均呈现出降低趋势,且降低趋势大体一致,而黏聚力和内摩擦角随着酸雨-高温交替作用次数的增加具有先快速降低,然后趋于稳定。围压会抑制酸雨-高温交替作用对泥灰岩三轴力学特性的影响,围压越大抑制作用越显著。巴西劈裂试验下,在自然状态到5次作用阶段,酸雨-高温交替作用对抗拉强度影响较小,仅为0.65%,而在5到10次作用阶段泥灰岩抗拉强度降低比例突增,酸雨-高温交替作用15次后泥灰岩抗拉强度降低速率趋于平缓。(3)通过对PFC数值三轴泥灰岩破坏模式进行分析发现,随着酸雨-高温交替作用次数的增加,泥灰岩试件破坏时裂缝越多,劣化越剧烈。同时,泥灰岩试件在微观节理上剪切裂纹逐渐增加,脆性逐渐减弱,延性逐渐增强,破坏裂纹增多。相同围压下颗粒接触力链随酸雨-高温交替作用次数增加呈增加趋势,且泥灰岩试件颗粒承受传递的荷载大小与经历交替作用次数成正比,经历的酸雨-高温交替作用次数越多,泥灰岩颗粒强度劣化越严重。(4)定义酸雨-高温交替作用下泥灰岩性质参数的劣化度,计算了泥灰岩各试验参数的总劣化度、阶段劣化度及阶段内平均劣化度。结合酸雨-高温交替作用下泥灰岩各性质劣化度的拟合结果,分析得出酸雨-高温交替作用下,泥灰岩的力学、物理劣化效应及其相互作用关系,将酸雨-高温交替作用下泥灰岩劣化过程划分为初步吸水劣化阶段、劣化加剧阶段、损伤扩展阶段、损伤稳定发展阶段。

关键词：泥灰岩酸雨-高温交替作用物理力学特性劣化效应

风积沙与黄土混合固体充填材料物理力学特性研究

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煤炭技术 2021年第5期40卷 20-24页

作者：李乃录易巧梅张恒安百富王栋达山东能源新汶矿业集团有限责任公司山东新泰271200 彬县水帘洞煤炭有限责任公司陕西彬州713500 湖南科技大学南方煤矿瓦斯与顶板灾害预防控制安全生产重点实验室湖南湘潭411201 中国矿业大学环境与测绘学院江苏徐州221116

针对风积沙与黄土混合充填物料的物理、力学特性开展测试分析。研究表明:(1)风积沙和黄土的主要构成物质及化学成分类似,均属于无机土,但在矿物比例上、微观结构具有明显差异性,风积沙的颗粒致密度更高;(2)不同配比的风积沙和黄土混合... 详细信息

针对风积沙与黄土混合充填物料的物理、力学特性开展测试分析。研究表明:(1)风积沙和黄土的主要构成物质及化学成分类似,均属于无机土,但在矿物比例上、微观结构具有明显差异性,风积沙的颗粒致密度更高;(2)不同配比的风积沙和黄土混合充填物料在压实变形中整体上皆经历了3个阶段,分别为快速变形、减速变形和平稳变形;应变-应力曲线均呈对数形式增长,且随着风积沙含量的增高,其抗变形能力越强;(3)根据实验数据分析得到了风积沙和黄土按不同配比制成的混合充填物料的应变与应力、压缩模量和弹性地基系数之间的数学关系,给出了二者混合充填物料在实验室压实钢筒中与工业试验采场中的弹性地基系数参数的换算方程。

关键词：风积沙黄土固体充填物料物理力学特性弹性地基系数

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赤泥堆积体的物理力学特性及稳定性分析

赤泥堆积体的物理力学特性及稳定性分析

作者：李振平河南理工大学

学位级别：硕士

中国作为氧化铝生产大国,每年排放的赤泥高达数百万吨。赤泥的强碱性使其重复利用受到限制,所以我国目前处理赤泥的主要方式为筑坝堆存。然而,赤泥坝发生变形或失稳,将会引起土壤、水体以及大气的污染,对周边人民的生命财产安全造成重... 详细信息

中国作为氧化铝生产大国,每年排放的赤泥高达数百万吨。赤泥的强碱性使其重复利用受到限制,所以我国目前处理赤泥的主要方式为筑坝堆存。然而,赤泥坝发生变形或失稳,将会引起土壤、水体以及大气的污染,对周边人民的生命财产安全造成重大影响。所以,对松散赤泥堆积体边坡的稳定性分析是十分有必要的。本文以焦作市某铝厂松散赤泥堆积场为研究背景,首先通过室内常规试验以及微观分析等室内试验,对松散赤泥的物理参数以及微观结构进行了分析;接着通过三轴固结排水剪切试验,对松散赤泥破坏形态以及强度特性进行了分析;最后运用Midas GTS NX有限元软件,对不同工况下松散赤泥堆积体边坡的稳定性进行了分析。主要研究内容和成果如下:(1)松散赤泥物理力学特性及微观结构的分析。开展密度试验、比重试验、固结压缩等室内常规试验,试验结果表明:赤泥具有密度小、天然含水量较高、天然比重较小,孔隙比较大,高压缩性,强度低等特点,对松散赤泥堆积体的稳定性极为不利;采用XRD、SEM等多手段测定了松散赤泥的矿物组成、化学成分和微观结构,松散赤泥主要矿物组成包括一水铝石、赤铁矿、高岭石、水化石榴石、方解石等;松散赤泥组成颗粒不规则,但总体颗粒比较细小,表面多孔且结构松散,孔隙率较大,颗粒之间的胶结性比较差,为不稳定性结构。(2)松散赤泥强度变化规律及破坏特性研究。对松散赤泥试样进行了固结排水剪切试验,松散赤泥试样均呈现为鼓状破坏,且破坏面不够清晰,各剪切破坏形态各异,没有明显规律;在相同围压下,随着轴应变的增大,主应力差先增大后减小,然后趋于稳定的趋势;松散赤泥抗剪强度随着含水率的增大呈线性关系减少,在含水率28.8%～36.7%,抗剪强度减小的最快。(3)松散赤泥堆积体边坡的稳定性分析。运用Midas GTS NX有限元软件建立松散赤泥堆积体的数值模型,研究自然堆积、不同降雨以及地震等条件对松散赤泥堆积体边坡稳定性的影响。随着赤泥堆积体高度的增大,安全系数逐渐减小,最大水平位移也随之增大;最大变形值主要发生在赤泥子坝底面,并随着堆积高度的增加,最大变形位置逐渐向上转移,并发生在上一层赤泥子坝底面处。(4)在暴雨条件下,随着降雨时长的增加,安全系数逐渐减小,边坡处于极不稳定状态,潜在滑弧面逐渐向赤泥堆积体内部延伸,期间出现错动的滑弧面,最终贯穿初期坝和整个赤泥堆积体边坡。赤泥堆积体边坡的安全系数随着地震动峰值加速度的提高而减小,根据尾矿库设计规范,该赤泥堆积场是符合焦作市抗震设防烈度为7度的要求。在外界因素影响下,一级赤泥子坝底面的赤泥一般容易发生剪切破坏,在实际工程中应该对此处赤泥进行加固处理。

关键词：松散赤泥堆积体物理力学特性微观结构稳定性分析数值模拟

会宝岭铁矿尾矿砂物理力学特性试验及开挖边坡稳定性分析

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会宝岭铁矿尾矿砂物理力学特性试验及开挖边坡稳定性分析

作者：王琪山东科技大学

学位级别：硕士

尾矿是采矿企业在一定技术经济条件下排出的“废弃物”,但同时又是潜在的二次资源,尾矿开采对于充分利用不可再生矿产资源具有重要意义。但开采尾矿时尾矿边坡一旦失稳将造成重大的经济损失和人员伤亡,如何保证尾矿砂开挖过程中的安全... 详细信息

尾矿是采矿企业在一定技术经济条件下排出的“废弃物”,但同时又是潜在的二次资源,尾矿开采对于充分利用不可再生矿产资源具有重要意义。但开采尾矿时尾矿边坡一旦失稳将造成重大的经济损失和人员伤亡,如何保证尾矿砂开挖过程中的安全性对实际工程有重要的指导意义和社会价值。本文以会宝岭铁矿尾矿砂的安全开挖为研究对象,开展尾矿砂的物理力学试验,获取尾矿砂物理力学参数,分析其变形破坏特性。采用FLAC3D软件,建立尾矿砂边坡数值计算模型,分析了各因素对开挖边坡稳定性的影响。主要研究内容和成果包括:（1）对影响尾矿砂安全开挖的因素如矿砂所处环境、开采工艺以及堆积特征进行分析并总结安全性分析方法,利用摩尔-库伦屈服准则从力学角度对边坡的失稳破坏机理进行了直观解释和应力分析。（2）通过对尾矿砂进行物理力学试验,确定了试样的物理力学参数。可以看到试验所取试样属于尾粉细砂。当试样含水率极小时,试样的堆积密度达到最大,尾矿砂的渗透系数随试样干密度的增加呈线性减小。在一定的干密度条件下,随着含水率值的增大,尾矿砂的抗剪强度指标也会随其呈现线性增长。通过对尾矿砂试样的三轴压缩试验得到了其应力-应变曲线及应力应变随围压的变化规律。（3）以会宝岭尾矿边坡为地质原型,选取典型剖面概化后的尾矿边坡进行数值模拟,分别研究开挖坡率、坡顶荷载强度、分阶方式、锚杆加固及不同含水率下尾矿砂开挖时的稳定性。通过FLAC3D软件并结合强度折减法理论对尾矿砂边坡开挖进行数值模拟,可知尾矿砂开挖时,开挖坡率、坡顶荷载强度、分阶方式以及锚杆加固确实对尾矿坡体应力以及变形发展产生影响。但相比一般的土体边坡,尾矿砂边坡对坡率、荷载及加固更为敏感,对分阶开挖及含水率的变化,安全系数变化幅度较小。

关键词：尾矿砂物理力学特性边坡稳定性数值模拟

磐安抽水蓄能电站蚀变岩物理力学特性及地下厂房稳定性研究

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磐安抽水蓄能电站蚀变岩物理力学特性及地下厂房稳定性研究

作者：陈祯平华北水利水电大学

学位级别：硕士

近些年来在水利水电工程建设中碰到蚀变岩,且不同程度蚀变岩差异明显,蚀变岩的工程地质特性会直接影响对坝体的选址以及地下工程的稳定性和布设。依据对浙江磐安抽水蓄能电站工程区的勘探、测绘及现场踏勘资料,工程区内岩体存在不同程... 详细信息

近些年来在水利水电工程建设中碰到蚀变岩,且不同程度蚀变岩差异明显,蚀变岩的工程地质特性会直接影响对坝体的选址以及地下工程的稳定性和布设。依据对浙江磐安抽水蓄能电站工程区的勘探、测绘及现场踏勘资料,工程区内岩体存在不同程度的蚀变现象,为确保工程建设和运营的顺利进行,有必要对磐安抽水蓄能电站蚀变岩开展深入研究,运用定性和定量分析相结合的方法,对工程区蚀变岩进行地质勘察、薄片鉴定和物理力学性质试验,掌握了蚀变岩的矿物成分、蚀变类型和和不同程度蚀变岩的物理力学性质差异,系统地研究出蚀变岩的岩矿特征、物理力学特性。在工程区的工程地质条件、蚀变岩岩矿特征和蚀变岩物理力学特性研究的基础上,并结合该工程地下厂房的实际布置特点和构造形式等情况,运用MIDAS GTS NX软件建立磐安抽水蓄能电站地下厂房区的三维仿真计算模型,通过FLAC 3D数值计算得到地下厂房区主厂房、主变室、尾水闸室等洞室在分步开挖后的位移和应力变化情况,从而对工程区地下厂房开挖对洞室围岩稳定性的影响进行较为具体的定量分析。研究成果表明:浙江磐安抽水蓄能电站蚀变岩主要是在热液熔浆下发生化学交代蚀变作用而形成,与岩浆活动、火山活动联系紧密,工程区内岩体蚀变现象分布广泛,岩体存在不同程度的蚀变现象,其中以蚀变凝灰岩的物理力学性质差异表现明显,蚀变程度越高,岩石的含水率增大,吸水性提高,岩石力学性质降低,对地下厂房洞室群开挖条件下的位移、应力产生较大的变化,影响地下工程的稳定性和布设。

关键词：抽水蓄能电站蚀变岩岩矿特征物理力学特性地下厂房稳定性

大蒜物理力学特性试验研究与收获机关键装置设计

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大蒜物理力学特性试验研究与收获机关键装置设计

作者：辛杰山东农业大学

学位级别：硕士

为了解决设计大蒜收获机时缺乏数据支持所导致的研发周期长、效率低等问题,本文采用数理统计方法对成熟期大蒜物理力学特性进行了试验研究,得出大蒜主要几何特性指标值、茎秆抗拉强度、径向抗压强度、起拔力等力学参数值,并以此作为理... 详细信息

为了解决设计大蒜收获机时缺乏数据支持所导致的研发周期长、效率低等问题,本文采用数理统计方法对成熟期大蒜物理力学特性进行了试验研究,得出大蒜主要几何特性指标值、茎秆抗拉强度、径向抗压强度、起拔力等力学参数值,并以此作为理论依据,进行大蒜收获机的关键装置的设计。主要研究内容如下:(1)大蒜物理力学特性的研究。采用数理统计方法对大蒜的物理几何特征进行分析,得出了大蒜主要几何特性指标值的变化区间和分布频率;利用万能试验机对成熟期大蒜茎秆抗拉强度、抗压强度、起拔力等力学特性进行测试,得出大蒜茎秆的抗拉强度、抗压强度以及起拔力等参数值;分析了不同茎秆直径、含水率、加载速度对大蒜茎秆拉断力的影响;应用Design-Expert软件分析,得出挖掘装置的松土位置参数。结果如下:大蒜株高主要分布在34060 mm,大蒜茎秆直径主要分布在11.278.20 mm,蒜头直径主要分布在44.364.21 mm,蒜头高度主要分布在35.558.50 mm,蒜根群长度主要分布在786 mm,蒜根群直径主要分布在882 mm,茎秆含水率主要分布在821%;成熟期大蒜茎秆最小的抗拉强度为0.66 MPa、抗压强度最小值为0.67 MPa、最小拉断力为53.1N;当挖掘深度93 cm和挖掘距离82 cm,此时所需起拔力小于53.1 N。(2)收获机关键装置的研究设计。为减少大蒜挖掘过程中的阻力,设计了振动挖掘装置。采用曲柄摇杆机构带动挖掘铲实现大蒜须根铲断和碎土作业,并将蒜头位置提升便于后续操作。所设计的大蒜挖掘装置铲面倾角为25°,铲面宽度为1200 mm,作业速度为2.5 m/s。同时针对目前大蒜夹持输送机构损失率高、效率低、劳动强度大的实际问题,研制一种柔性夹持输送机构。在夹持输送的过程中由于张紧组件和夹持机构共同作用,夹持输送带呈S型输送,大蒜夹持可靠且运行平稳。所设计的柔性夹持输送机构倾斜角为25°,输送带为B型双联带,宽度为40 mm,夹持高度距离地面100 mm可调,生产效率为0.2.5 hm/h。(3)仿真优化试验。利用EDEM进行仿真模拟验证大蒜最佳松土位置:松土距离82 cm,松土深度93 cm。计算挖掘铲在最佳松土位置所受的载荷,利用ANSYS对挖掘铲进行仿真优化,并验证铲面最大应力满足强度要求。

关键词：大蒜茎秆物理力学特性挖掘装置夹持输送机构仿真

赋存环境变化下海积软土物理力学特性试验研究

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赋存环境变化下海积软土物理力学特性试验研究

作者：赵文文广西大学

学位级别：硕士

为研究赋存环境变化对海积软土物理力学特性的影响规律,本文以广西钦州港填海区域海积软土为研究对象,采用机制模拟技术与室内土工试验相结合方法,设计并加工制作了“浸泡℃加载”联动试验平台,采用四级上覆荷载和五种浸泡液,成功将赋... 详细信息

为研究赋存环境变化对海积软土物理力学特性的影响规律,本文以广西钦州港填海区域海积软土为研究对象,采用机制模拟技术与室内土工试验相结合方法,设计并加工制作了“浸泡℃加载”联动试验平台,采用四级上覆荷载和五种浸泡液,成功将赋存环境变化要素“印记”到海积软土试模中,并在制模过程中对海积软土轴向位移进行为期3个月的监测,制模结束后对蕴含有环境要素的制备样进行了主要离子成分测定、渗透试验、直接剪切试验、固结压缩等试验,主要研究成果如下： 1.通过在制模过程中对海积软土试模进行轴向位移监测并在制模成功后对“印记”有环境变化要素的海积软土进行室内固结试验,结果表明：浸泡液环境对海积软土固结特性有一定影响,其中高浓度的Ca2+浸泡液最能抑制海积软土轴向压缩变形。同时,海积软土固结变形受上覆荷载和浸泡液两环境要素综合影响,而何种环境要素在其固结变形过程中起主导作用,要视环境要素自身的等级与程度而定。 2.对“印记”有环境变化要素的海积软土进行主要离子成分含量测定及室内渗透试验,得到规律如下：不同环境要素条件下的海积软土孔隙比、渗透系数和土中的主要化学元素含量,三者之间存在一定的关联性。制样过程中上覆荷载的增加,会使海积软土密实,一定程度上改变土体结构,并使海积软土孔隙比和渗透系数逐渐减小,阻碍海积软土与浸泡液间的离子扩散。当海积软土受到初始第一级加载时,对高浓度浸泡液条件下海积软土与外界进行离子扩散影响极大,其渗透系数的减小程度也最高。在相同环境条件下,Mg2+更易通过海积软土小而多的孔隙与其浸泡液进行离子扩散,宏观表现为Mg2+质量浓度为2.5%的海水浸泡液环境中海积软土渗透性最差。对浸泡液而言,若某种加强浓度离子未达到饱和状态,则环境条件变化对浸泡液中其余离子与海积软土中相应离子间的扩散无明显影响,且除浸泡液中特定加强浓度的元素外,不同环境条件下海积软土与浸泡液间最终的离子扩散平衡状态亦趋于相同。 3.对“印记”有环境变化要素的海积软土进行直接剪切及固结试验,分析得到以下力学性状变化规律：海积软土上覆荷载对土体粘聚力c值的变化起决定作用,对c值的影响大于浸泡液中化学组份对其影响。而浸泡液环境对海积软土的内摩擦角φ值影响显著,至于何种环境要素在海积软土内摩擦角φ值的变化中起主导作用要视环境自身变化的程度而定。同时,多种环境下对比发现,Ca2+对海积软土抗剪指标如土体粘聚力c值和内摩擦角φ值的增强作用最明显。此外,已有研究成果表明,海积软土作为结构性土的一个表现,就是对不同环境要素下的应力历史有较强的记忆功能。由本文试验结果可以推测,赋存环境要素诸如上覆荷载和浸泡液环境均对其先期固结压力和结构强度的形成有显著影响,具体表现为：浸泡于原海水环境中的重塑海积软土,其由于“浸泡—加载”联动制模过程而获得的先期固结压力值较真实的反映了试验土模的应力历史,十分接近海积软土制模过程中所施加的上部荷载值;而质量浓度为2.5%的Ca2+浸泡液环境中海积软土,则会由于土中Ca2+的显著增加而使钙质胶结等作用增强,从而提高海积软土的结构强度,因此表现出此环境条件下的海积软土先期固结压力值高于其真实应力历史。

关键词：海积软土赋存环境物理力学特性试验