基于模拟月壤的表层采样试验研究

目前月球采样可分为深层采样和表层采样,作为深层采样的有力补充,国内外针对表层采样研发了多种不同类型的采样机具,但对机具和月壤相互作用鲜有研究。针对月球表层采样设计了2套采样机具,能够实现挖取、铲取、夹取和振动贯入4种动作。通过相应的传感器,采样机具能在运动过程中实时检测机具承受的力矩(力)。利用6种不同性质的模拟月壤,用2套采样机具分别就不同的运动参数进行了相关试验。通过对试验现象的观察可知模拟月壤与常规沙土性质不同,会出现特定的表现;通过对试验数据的分析可知,除挖取动作外其余3种动作机具运动与受力的关系为近似线性关系,而挖取动作机具承受扭矩分为4个阶段,与机具运动位置有关。     

不同负温和含水率模拟月壤SHPB试验与分析

为了解月球永久阴影区月壤的动态力学性能,以玄武质模拟月壤进行动态冲击试验,研究不同负温、不同含水率及不同应变率加载下模拟月壤的动态应力-应变曲线特性、动态抗压强度和破坏特征,分析动态抗压强度、动弹性模量与模拟月壤负温、含水率、应变率的关系。试验结果表明：动态抗压强度与应变率呈正相关关系;破坏形态类型主要为锥形剪切破坏和颗粒状粉碎破坏;破碎块度分布具有良好的分形特征。研究结果能为未来月球资源研究提供参考。     

月球采矿中月壤/岩力学问题的理论与试验方法

月球上蕴含丰富的钛、钍、铀、氦等矿产资源以及三斜铁辉石、锆石等地球上未发现的新矿物,月球矿产资源开发利用可有效解决地球资源枯竭及环境破坏等全球性问题,已成为新一轮全球范围太空开发竞争的焦点。然而,月球表面独特的重力、真空及温度等环境和月球地质体特殊的组分、结构及几何特征造就了月壤/月岩特殊的力学特性和工程行为,给未来月球采矿和月球基地建设带来了前所未有的巨大挑战。空间环境方面,月球重力场仅为地球的1/6,月面真空度高达133×10-12 Pa,温度最高130 ℃、最低-183 ℃,温差高达313 ℃。月球地质体几何特征方面,月壤颗粒呈现出多孔、多勾角的异型结构;结构特征方面,月壤呈现出粒径跨度大且夹杂月岩大颗粒的典型壤/岩混合体特征;组分方面,月壤及月岩富钛、富铁特征十分典型。因此,获得月球低重力引起的低应力水平和低应力梯度条件、月表超高真空和极端温度等特殊环境条件下月壤/月岩的力学行为,以及异形月壤颗粒形状引起的力学响应、月岩特殊组分及组构相关的力学特征等基础力学问题的系统研究成果,是实现月球矿产资源安全、高效开发的前提和基础。为此,需要对理论及试验研究方法进行创新,弥补现有研究方法和手段无法满足该领域研究需求的短板。理论手段方面,应该建立考虑应力梯度的月球地质体高阶力学方法,实现月壤/岩力学行为对低应力梯度响应的表征;实现月壤特殊颗粒形状的数学表征及数值重构,为揭示月壤复杂颗粒形状特征及其对力学特性的影响奠定基础;构建考虑复杂颗粒形状的月壤多尺度力学方法,实现月壤“细观颗粒形状-宏观力学行为”的跨尺度关联。试验手段方面,需要在地面构造与月面相似的空间环境并研制与月壤/月岩相似的试验材料,为在地球环境研究月球采矿基础力学问题构建试验平台。     

相似理论及其在模拟试验中的应用

模型模拟试验是现代科学研究的一种有效的研究方法,相似理论是模型模拟试验的基础.结合库仑准则对相似理论的基本原理进行了简要的阐述,应用相似理论计算得到了散体流动中的强度相似条件.     

岩体结构面不同剪切方向的抗剪强度模拟试验研究

用混凝土模具模拟具有方向性的岩石节理面,并在剪切仪上沿不同方向进行剪切试验,测得一系列数据,通过回归分析,建立了节理面抗剪强度与剪切方向角之间的经验公式,总结出了具有方向性的岩石节理面抗剪强度随剪切方向角的变化规律。     

基于双剪统一强度理论的地下圆形洞室稳定性的研究

采用双剪统一强度理论，利用衬砌与围岩的位移协调条件对地下圆形洞室进行了弹塑性分析，获得了圆形洞室围岩应力场、位移场及塑性区半径的分析解，这些解推广了以往的Fenner及Kastner公式，可以合理地考虑中间主应力效应，适用于各种不同的工程材料．分析表明，中间主应力对围岩应力场、位移场、塑性区半径及支护反力均有影响．     

某尾矿料的抗剪试验研究

抗剪强度是尾矿料重要的物理性质。通过对白稚山尾矿库尾矿料抗剪强度的试验研究,得到了该尾矿料的各种抗剪强度参数,总结了不同粒径、垂直压力、排水条件、固结条件下,尾矿料抗剪强度规律。     

岩石结构面抗剪强度方向性模拟研究

通过模拟试验对岩石结构面抗剪强度方向性的假设做了验证,证明了具有不对称性的结构面其抗剪强度都会表现出一定的方向性。发现这种抗剪强度方向性与尺码法测得的结构面分形曲线中上升(正坡)步数占总步数的百分比有关,也与结构面表面的最大起伏度有关。     

平推法抗剪强度试验在工程中的应用

通过工程实例,应用土体平推法直剪试验确定土体抗剪强度指标,该现场试验确定的抗剪强度指标较稳定。该法有局限,仅适用于塑性较大的坚硬粘性土,但该试验及计算方法均较简单,成本也较低,在地质灾害评价中有一定的应用价值。     

露天煤矿土岩抗剪强度试验与应用

露天煤矿土岩的抗剪强度指标是露天煤矿边坡稳定性分析、露天煤矿设计确定合理的边坡参数,从而确保露天矿安全高效生产的重要基础数据。本文论述了土岩抗剪强度的试验方法、成果统计分析及在露天煤矿边坡稳定分析评价与边坡参数确定中的应用。     

模拟月壤螺旋钻进力载特性分析

月球钻探取样具有钻进对象松散、钻机功率小、质量轻、钻进过程无冲洗介质等难点,螺旋钻进因其连续排屑和干式回转钻进的能力,成为最具可行性的月球钻探取样方式之一。为确保在设备能力和月表环境限制下实现深层月壤钻探取样目的,针对月壤/模拟月壤物理力学特性,对螺旋钻探取样过程进行力载特性分析。分析表明,月球钻探具有螺旋叶片宽度窄、回转速度高的特点,可采用钻屑颗粒模式求得临界回转速度,然后选择合理的钻进工艺。螺旋钻进功耗包括钻头切削月壤的功耗和钻进排屑功耗,可根据功耗模型研究各变量对功率的影响规律,从而为钻具结构优化和钻进参数优选提供理论指导。     

基于土柱淋滤实验的U天然在包气带迁移模拟研究

以某地浸铀矿山为例,基于室内土柱淋滤实验,分析了包气带对U_天然的吸附和阻滞能力,确定了U_天然在包气带中的阻滞系数和分配系数等关键溶质运移参数,并结合实验结果,采用Hydrus-3D建立包气带数值模型,预测了放射性核素U_天然在土壤包气带中的迁移规律,结果表明：包气带对U_天然有较强的吸附阻滞能力,通过实验和模拟相结合的手段,可模拟预测U_天然在包气带中的迁移过程,为地浸铀矿山土壤、地下水环境治理及风险防控提供参考。     

基于边坡岩土体劣化破坏的临界滑移面研究

基于边坡岩土体劣化破坏机理,提出了一种边坡临界滑移面的确定方法。该方法通过有限元数值模拟对边坡岩土体进行多次弹塑性计算与应力分析,将每次计算得到的塑性破坏区内的岩土体强度用劣化后的强度进行替换,逐次劣化,直至塑性破坏区在坡体内贯通,模拟滑移面的渐进发展过程,最终确定边坡的劣化滑移面,并以该滑移面为临界滑移面计算边坡的安全系数。选取匀质和非匀质两类边坡算例,运用该方法确定边坡的临界滑移面,并将其与传统的强度折减法进行比较;同时采用矢量分析法分别计算两种滑移面的安全系数。分析结果表明,劣化滑移面由最初的塑性区逐渐扩展形成,劣化滑移面的确定方法适用于确定匀质和非匀质两类边坡的临界滑移面,其适用条件比传统的强度折减法更广;与强度折减法确定的滑移面相比,劣化滑移面更接近边坡实际的临界滑移面。     

注浆处理对岩土力学性质的影响

从岩土力学性质的原理出发，通过分析注浆处理对地基结构、物化性质等方面所产生的作用，了解岩土在注浆前后应力及抗剪强度的变化，得出相关结论。     

增湿条件下合肥膨胀土的强度特性

用标准湿砂法和滴水法试验研究了合肥膨胀土抗剪强度参数c、(？)随含水量的变化关系,提出了合肥膨胀土随含水量变化的抗剪强度公式并给出了合肥膨胀土的强度参数。分析了膨胀土抗剪强度随含水量的变化机理。并给出了考虑含水量的强度曲面,提出临界含水量的概念。研究对合肥地区乃至江淮地区的膨胀土工程的设计和预测都具有十分重要的意义。     

矿床可视化仿真系统中刻槽数据的规范处理

在矿床仿真系统中,单纯采用地质勘探和生产勘探中的钻探数据将导致仿真效果难以满足生产需要。为解决这一问题,需要在仿真系统中引入空间采样密度高的刻槽数据。分析了刻槽数据的这些特征对矿床仿真系统及数据处理的影响,结合采矿工程典型的刻槽方式和刻槽分布,提出了刻槽数据的规范处理方法,为改善矿床可视化仿真效果、提高可视化仿真系统的实用性和通用性奠定了基础。     

基于PLC的液压位置控制系统建模与仿真

针对基于PLC的液压位置控制系统应用采样控制理论进行建模,确定了该系统的采样周期范围,并在采样周期范围内进行实验验证和仿真分析。研究结果表明基于这种模型的动态仿真结果和系统的实际运行情况相一致。     

基于DSP的变电所同步采样技术应用

在变电所微机监控系统中,为了使采样频率能够跟踪输入信号频率的变化,CPU必须清楚当前输入信号频率的变化情况。在分析了交流采样的基础上,提出了一种基于DSP2407的同步采样方法,给出了硬件实现方案,参数计算方法和软件实现流程。     

低掺量水泥土抗剪强度试验研究

利用静三轴CU试验研究了水泥掺入比低于5%的低掺量水泥土的应力-应变关系及强度特性, 探讨了在不同水泥掺量情况下水泥土抗剪强度指标的变化规律, 分析了素土和水泥土的变形破坏模式。试验结果表明, 水泥土强度随水泥掺量增加而提高, 当水泥掺入比大于1.5%时, 水泥土的强度和抵抗变形的能力较素土有显著的增强。研究结果对于深入认识低掺量水泥土的加固机理和现场施工合理选择水泥掺入比具有指导意义。