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微生物加固渠基粉土的冻融特性及微细观机理研究
1
作者 朱锐 邢玮 +3 位作者 郭万里 黄英豪 周峰 王旭东 《岩土工程学报》 北大核心 2025年第2期376-387,共12页
渠基土性能冻融劣化是中国季冻区渠道结构损坏的主要原因,渠基土加固是保障供水渠道安全运行的重要手段。结合微生物岩土加固技术,开展微生物加固渠基粉土系列宏微观室内试验,刻画不同胶结液浓度、养护龄期、冻融循环下加固渠基粉土的... 渠基土性能冻融劣化是中国季冻区渠道结构损坏的主要原因,渠基土加固是保障供水渠道安全运行的重要手段。结合微生物岩土加固技术,开展微生物加固渠基粉土系列宏微观室内试验,刻画不同胶结液浓度、养护龄期、冻融循环下加固渠基粉土的体变率、渗透系数、孔隙率等宏微观指标的发展规律及其定量联系。结果表明:在不同胶结液浓度、养护龄期下,微生物加固可使得渠基粉土的冻融体变量削减约70%,渗透系数至少降低一个数量级、抗压强度提升约220.17%,抗剪强度指标最高增长约65.50%;当胶结液浓度为1.00 mol/L,养护龄期为28 d时,冻融循环下渠基粉土的微生物加固效果最优。此外,微生物诱导生成的碳酸钙沉淀通过填充、胶结、包裹等系列方式重塑了渠基粉土的微细观结构,使其在冻融风化作用下仍然保持整体性和完整性,这是微生物加固渠基粉土在冻融环境下仍然展现出良好工程特性的主要原因。 展开更多
关键词 微生物诱导碳酸钙沉淀 粉土 渠道边坡 冻融循环 微观结构
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木质素纤维改良膨胀土的冻融特性及微观机理 被引量：4
2
作者 朱锐 王燕杰 +3 位作者 黄英豪 张文 邢玮 周峰 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期263-272,共10页
高寒区复杂环境场是渠基膨胀土劣化的主要原因,渠基膨胀土改良是保障渠系工程安全运行的重要手段。为探索冻融循环下膨胀土的纤维改良效果,以北疆某引调水工程为背景,开展木质素纤维改良膨胀土的系列室内试验,探明冻融循环下改良膨胀土... 高寒区复杂环境场是渠基膨胀土劣化的主要原因,渠基膨胀土改良是保障渠系工程安全运行的重要手段。为探索冻融循环下膨胀土的纤维改良效果,以北疆某引调水工程为背景,开展木质素纤维改良膨胀土的系列室内试验,探明冻融循环下改良膨胀土的体变特性、抗压强度特性、抗拉强度特性及其作用机理。结果表明:相较于未改良试样,冻融循环下改良试样的体积变化率减小了24%~37%;在15次冻融循环后,未改良试样抗剪强度衰减率在42.2%以上,而改良试样抗剪强度衰减率则显著低于29.1%;反复冻融作用并未显著影响试样的压应力-应变关系曲线特征,而是造成试样拉应力-应变关系由“线弹性增长-强化-软化”特征发展为“线弹性增长-软化”特征;木质素纤维的掺入可以有效改善冻融循环下膨胀土的体变特性、抗剪强度特性、抗压强度特性、抗拉强度特性,且当掺量和长度分别为2%和1 mm时,木质素纤维改良膨胀土冻融特性的作用效果最为显著。同时,冻融循环下改良试样内部结构损伤程度显著低于未改良试样,原因在于木质素纤维的存在限制了冻融循环下土颗粒间的错动、重分布,在一定程度上保证了膨胀土内部结构完整性。该研究为木质素改良膨胀土提供参考。 展开更多
关键词 木质素 纤维 膨胀土 冻融循环 力学特性 微观结构
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高寒地区供水渠道水热特征及其长期演化规律 被引量：1
3
作者 邢玮 朱锐 +2 位作者 张晨 王羿 周峰 《南京工业大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2024年第1期93-102,共10页
水热耦合作用是高寒地区供水渠道劣化失稳的重要因素。以北疆典型供水渠道为研究对象,依据渠道典型断面的监测结果,系统分析供水渠道的温度场和渗流场特征,在此基础上通过数值计算分析湿干冻融耦合循环下供水渠道的水热演化规律,探讨不... 水热耦合作用是高寒地区供水渠道劣化失稳的重要因素。以北疆典型供水渠道为研究对象,依据渠道典型断面的监测结果,系统分析供水渠道的温度场和渗流场特征,在此基础上通过数值计算分析湿干冻融耦合循环下供水渠道的水热演化规律,探讨不同运行年份对于渠道水热特性的影响。结果表明:渠基土每年经历了显著的升降温过程以及饱和非饱和的状态转换,多年来经历了干湿交替、冻融循环的耦合作用过程,其水热问题往往呈现湿干冻融耦合循环的特点。在运行过程中,渠道的水分场、温度场发生显著变化,但这一变化在模型渠道运行3年后已趋于稳定,浅层基土饱和度的增长是造成模型渠道冻胀融沉的主要原因。研究成果可为高寒地区长距离调水工程建设及运维提供科学依据。 展开更多
关键词 高寒地区 渠道 水热特征 边坡 湿干冻融
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水泥偏高岭土石膏协同固化软土力学特性及机制
4
作者 李泽良 陈虹序 +3 位作者 周峰 蒋连接 王燕杰 朱锐 《南京工业大学学报(自然科学版)》 北大核心 2024年第6期674-685,共12页
以南京河西地区软土为研究对象,开展水泥偏高岭土石膏胶凝材料体系协同固化软土系列室内试验,研究不同脱硫石膏掺量、胶凝材料体系配比、碱性环境下胶凝材料自身膨胀特性、固化软土力学特性及微观作用机制。结果表明:胶凝材料膨胀性能... 以南京河西地区软土为研究对象,开展水泥偏高岭土石膏胶凝材料体系协同固化软土系列室内试验,研究不同脱硫石膏掺量、胶凝材料体系配比、碱性环境下胶凝材料自身膨胀特性、固化软土力学特性及微观作用机制。结果表明:胶凝材料膨胀性能随脱硫石膏掺量增加而愈发显著,而碱性环境对于低含水率胶凝材料中脱硫石膏反应有更明显促进作用;在不同含水率、熟料掺量下,固化软土应力应变关系多呈软化型特征,低含水率固化软土峰值应力在脱硫石膏掺量为10%时达到最大,而高含水率固化软土峰值应力则在脱硫石膏掺量为15%时达到最大;同时,固化软土抗压强度与胶凝材料膨胀率具有一定关联性,并且受脱硫石膏掺量、碱性环境影响显著。推荐胶凝材料构成为熟料掺量14%、偏高岭土掺量为熟料的25%、脱硫石膏掺量为熟料的15%。此外,脱硫石膏掺量提升使固化软土中生成的钙矾石晶体逐渐由簇状转变为架状,这也解释了脱硫石膏掺量超出10%~15%区间时,固化土宏观性能反而略有下降的原因。 展开更多
关键词 软土 脱硫石膏 水泥固化 力学特性 微观结构 碱激发剂 胶凝材料
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基于真实细观形貌的固体推进剂力学性能虚单元预示方法 被引量：1
5
作者 崔辉如 《固体火箭技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期468-477,共10页
真实的细观形貌是进行固体推进剂细观力学性能预示的基础。通过CT扫描图片处理获得了固体推进剂真实的细观几何形貌及各组分参数,并生成了固体推进剂颗粒填充模型;采用多边形网格剖分方案,减少使用常规单元时各组分颗粒尺度差异带来的... 真实的细观形貌是进行固体推进剂细观力学性能预示的基础。通过CT扫描图片处理获得了固体推进剂真实的细观几何形貌及各组分参数,并生成了固体推进剂颗粒填充模型;采用多边形网格剖分方案,减少使用常规单元时各组分颗粒尺度差异带来的低质量网格影响;通过对单元和节点的后处理,设计了应对真实细观形貌的周期边界条件处理方案;引入虚单元法(VEM)开展固体推进剂细观力学性能预示,设计含夹杂算例,验证了VEM以及周期边界条件处理方案的可行性和准确性;利用内聚力单元模拟基体与颗粒间的“脱湿”效应,对真实细观模型以及颗粒填充模型开展了等效松弛模量测试。仿真结果表明,真实细观模型中不规则的颗粒几何形状会抑制“脱湿”现象的发生,其表现出的等效松弛模量较颗粒填充模型大。此外,两类模型预示的松弛模量最大相对误差为13.1%,这表明在固体推进剂配方设计中颗粒填充模型可以替代真实的几何模型进行固体推进剂等效力学性能的预示。结合VEM在应对固体推进剂各组分几何尺度差异以及周期性边界条件设计方面的优势,可进一步利用VEM开展三维固体推进剂力学性能的预示。 展开更多
关键词 细观形貌 固体推进剂 虚单元 周期边界 细观力学性能
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微生物矿化粉土的胶结液配比优化试验研究
6
作者 刘刚 常伟 +2 位作者 邢玮 黄涛 朱锐 《工程勘察》 2024年第12期33-39,共7页
微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术是岩土材料加固的新兴手段,然而当前胶结液配比对微生物加固粉土工程特性的影响尚不明晰,致使其工程应用缺乏理论依据。通过系列宏微观室内试验,探明微生物矿化粉土的最优胶结液(氯化钙∶尿素)配比,研究... 微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术是岩土材料加固的新兴手段,然而当前胶结液配比对微生物加固粉土工程特性的影响尚不明晰,致使其工程应用缺乏理论依据。通过系列宏微观室内试验,探明微生物矿化粉土的最优胶结液(氯化钙∶尿素)配比,研究最优胶结液配比下微生物矿化粉土的抗压特性、抗剪特性、渗透特性以及微观结构特征。结果表明:微生物加固可促使试样的应力—应变关系由弱软化型向强软化型发展,并使得渠基土的渗透系数降低至少一个数量级;当养护龄期为28d时,微生物加固试样黏聚力最大提升幅度达86.51%,表明微生物矿化作用可以有效提升试样的物理力学性能。同时,当胶结液配比(氯化钙∶尿素)为1∶1时,微生物加固粉土的作用效果最为显著。研究成果为微生物岩土加固技术科学研究与工程应用提供参考。 展开更多
关键词 粉土 微生物矿化 碳酸钙 胶结液 力学特性
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基于虚单元法(VEM)的固体推进剂药柱结构完整性分析
7
作者 崔辉如 《固体火箭技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期528-534,共7页
为利用多边形单元在网格划分时的灵活特性,采用虚单元法(VEM)开展固体推进剂药柱结构完整性分析。在虚单元空间的基础上,介绍了虚单元法中刚度矩阵的主要计算流程。针对固体推进剂典型的线粘弹性本构,开展了一系列相关的算例验证工作。... 为利用多边形单元在网格划分时的灵活特性,采用虚单元法(VEM)开展固体推进剂药柱结构完整性分析。在虚单元空间的基础上,介绍了虚单元法中刚度矩阵的主要计算流程。针对固体推进剂典型的线粘弹性本构,开展了一系列相关的算例验证工作。仿真结果表明,VEM可以精确地模拟出不同阶跃应变条件下粘弹性薄板的应力松弛响应;在粘弹性薄板双侧蠕变测试中,VEM计算出的薄板双侧应变响应与解析解一致;在点火阶段,利用VEM计算出的圆管药柱环向、径向应力-应变与解析解、ABAQUS计算出的数值解相互吻合。结合VEM在处理多边形单元领域的优势,可以进一步利用VEM进行药柱结构完整性分析领域的深入研究。 展开更多
关键词 虚单元法 固体推进剂药柱 结构完整性 粘弹性
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粘弹性应变能释放率的虚拟网格计算方法
8
作者 崔辉如 姜强强 +2 位作者 沈栋 吕轩 任孝宇 《固体火箭技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第6期915-922,共8页
应变能释放率是粘弹性裂纹扩展判断的重要依据。为了解决低质量网格条件下的高精度粘弹性应变能释放率的数值计算问题,提出了裂纹尖端虚拟网格方法。在原始网格位移场基础上通过插值手段获得虚拟网格位移场、应力及应变场分布;基于虚拟... 应变能释放率是粘弹性裂纹扩展判断的重要依据。为了解决低质量网格条件下的高精度粘弹性应变能释放率的数值计算问题,提出了裂纹尖端虚拟网格方法。在原始网格位移场基础上通过插值手段获得虚拟网格位移场、应力及应变场分布;基于虚拟网格信息并结合虚拟裂纹闭合方法,开展应变能释放率的数值计算。虚拟网格方法在应对裂纹扩展过程中任意复杂网格形式的同时,不再需要对原始裂纹尖端进行精细网格划分。两种典型断裂模式下的算例仿真结果表明,全积分形式的虚拟网格方法可以实现低泊松比条件下应变能释放率的高精度数值计算,相对误差均在5%以内。为了应对高泊松比下的断裂问题,设计了虚拟网格方法的缩减积分方案;缩减积分方案下的应变能释放率相对误差在1%左右,计算精度较全积分方案大幅提高。 展开更多
关键词 粘弹性 裂纹扩展 应变能释放率 虚拟网格方法
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近场爆炸作用下节段预制拼装RC桥墩的易损性评估 被引量：1
9
作者 刘路 宗周红 +2 位作者 周海飞 陈振健 唐光武 《中国公路学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期212-223,共12页
为了评估近场爆炸荷载作用下节段预制拼装钢筋混凝土(RC)桥墩的损伤程度,首先开展了节段预制拼装RC桥墩的野外近场爆炸试验,然后建立了节段预制拼装RC桥墩的三维有限元精确化模型,以轴向剩余承载力作为节段预制拼装RC桥墩的爆炸损伤评... 为了评估近场爆炸荷载作用下节段预制拼装钢筋混凝土(RC)桥墩的损伤程度,首先开展了节段预制拼装RC桥墩的野外近场爆炸试验,然后建立了节段预制拼装RC桥墩的三维有限元精确化模型,以轴向剩余承载力作为节段预制拼装RC桥墩的爆炸损伤评估指标;接着探讨了近场爆炸荷载的不确定性量化,基于TNT当量和爆心距抽样的爆炸荷载研究了节段预制拼装RC桥墩的爆炸损伤程度以及损伤系数的概率分布,对近场爆炸荷载作用下节段预制拼装RC桥墩进行了易损性评估。结果表明:近场爆炸荷载下节段预制拼装RC桥墩的底节段近爆区发生局部冲切破坏,底节段残余位移最大;爆炸数值模拟与试验结果基本吻合,重启动进行轴向加载得到的轴向剩余承载力是可行的;基于TNT当量和爆心距抽样得到了节段预制拼装RC桥墩的爆炸损伤系数,不同TNT当量下的损伤系数呈对数正态分布;基于对数正态概率密度和条件概率得到了节段预制拼装RC桥墩在近场爆炸作用下的易损性曲线,可评估节段预制拼装RC桥墩在不同TNT当量下的爆炸损伤程度。所得结论可为节段预制拼装RC桥墩的爆炸损伤快速评估提供参考。 展开更多
关键词 桥梁工程 爆炸易损性评估 数值模拟 节段预制拼装RC桥墩 近场爆炸试验
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