用固阳膨润土制备膨润土凝胶的试验性研究

本文以固阳膨润土为原料，选用Na2CO3为改型剂，焦磷酸钠为改性剂，MaO为胶化剂。试制出符合JDF指标要求的化妆品用膨润土凝胶．     

膨润土膨胀变形的分形模型

Xu等[1] 提出基于膨润土表面分形模型的膨胀变形计算方法 Vw／Vm=kPDs-3(式1),并得到了Tsukinuno膨润土、Wyoming膨润土和MX-80膨润土的膨胀变形和膨胀压力(统称膨胀变形)的膨胀试验数据的验证。当时由于条件限制,存在两个问题：(1)膨润土的表面分维一般采用氮吸附法测量,由膨胀变形试验数据反算得到的膨润土表面分维没有得到氮吸附试验数据的验证; (2)在归一化吸水体积与压力的分形模型(式1)中,K是膨润土的物性常数,没有给出理论表达式,只是经验系数。本文采用氮吸附方法测量了高庙子Na基膨润土、高庙子Ca基膨润土、商用膨润土和Tsukinuno膨润土的表面分维,根据式(1)由表面分维计算膨胀变形,并与膨胀试验数据比较,验证膨胀变形的分形模型; 根据双电层理论,导出用双电层参数表示式(1)中K值的理论表达式,用于膨胀变形的计算,并与膨胀变形试验结果进行比较验证。     

新疆膨润土制备药用无机凝胶实验研究

以新疆膨润土为原料,制备无机凝胶。实验包括了活化剂实验、胶凝剂实验、凝胶条件实验(转速、温度)等。最佳实验条件为:活化剂Na2CO3用量5%,胶凝剂MgO用量5%,凝胶搅拌时间30min,凝胶温度85℃,搅拌速度500r/min。本实验为新疆膨润土的开发应用提供了一条新途径。     

盐溶液中膨润土膨胀变形的分形模型

当压实膨润土在蒸馏水中膨胀后,施加于膨润土颗粒上的有效应力通常被认为是外部施加的荷载,而当膨润土在盐溶液中膨胀时,膨润土颗粒所承受的有效应力还包括由孔隙水渗透吸力所引起的渗透应力。而压缩膨润土的蒙脱石孔隙比e_m与膨润土颗粒承受的有效应力p之间满足分形关系,该关系可用来计算膨润土的膨胀变形。通过对压实膨润土在盐溶液中颗粒的分散情况以及颗粒表面的分形特性,推导出该渗透应力的表达式,进而得出膨润土颗粒所承受的有效应力。将所提出的有效应力代入分形模型中,计算GMZ01和MX-80膨润土在不同浓度NaCl溶液中的膨胀变形,将现有的两种膨润土膨胀试验结果与模型计算结果对比,发现具有较好的吻合度,在蒸馏水以及各浓度的盐溶液中膨润土的膨胀变形都可采用统一的e_m-p曲线表示,表明提出的有效应力符合膨润土颗粒在盐溶液中的实际受力情况。分形模型为研究膨润土在盐溶液中的膨胀性质提供了有效的计算方法。     

高庙子膨润土强度时效性试验研究

本文用试验方法研究了静置时间对不同含水率高庙子钠基（GMZ07）膨润土强度的影响。在保持试样干密度和含水率不变的情况下,将初始含水率为10%、18%和24%（饱和）3组压实试样分别静置0、5、15、30、90 d,之后采用精度较高的直剪仪在400、800和1 600 kPa垂直压力下进行剪切试验;同时完成了部分试样的压汞试验。结果表明：GMZ07膨润土的剪切强度随静置时间增长而减小;静置前期,强度下降较快;静置时间超过一定天数后,其剪切强度逐渐趋于稳定。根据3种含水率试样的强度包线可得到：随着静置时间增加,饱和试样的内摩擦角略微下降而黏聚力变化不大;含水率10%和18%试样的黏聚力明显变小而内摩擦角几乎不变。根据Alonso等提出的非饱和土有效应力,结合压实膨润土试样的孔径分布,认为集聚体内孔隙增多是非饱和膨润土强度随静置时间而变小的原因。     

非饱和击实粉土的强度和屈服特性研究

由于吸力量测技术的困难,对京―九线粉土在不同含水率下击实并进行三轴不排水剪切试验,研究其强度和屈服特性,为非饱和击实粉土力学模型的建立提供依据。试验结果表明：该击实粉土在剪切过程中,在最优含水率干侧击实的土样具有较高的强度,应力-应变关系曲线呈软化趋势,土样先剪缩后剪胀,湿侧击实的土样具有较低的强度,应力-应变关系曲线呈硬化趋势,土样不断剪缩;随着试样击实含水率的增加,击实粉土的强度和屈服应力不断减小,水对土体具有一定的软化作用;不同击实含水率下,土样在q-p平面内破坏时的屈服轨迹为近似平行的斜直线,含水率对临界状态线的斜率没有影响;含水率对击实粉土抗剪强度的贡献表现为土体的似黏聚力的增加,似黏聚力与含水率之间呈乘幂关系,得出以含水率为变量的击实粉土强度计算公式,可在实际工程中推广应用。     

流塑态膨润土凝结强度的时间效应研究

高庙子膨润土作为我国高放废物深地质处置首选缓冲/回填材料,其屏障作用的长期稳定性需要进一步研究。为探究存在侵蚀风险的流塑态膨润土在静置过程中强度（以下简称凝结强度）的变化特征及变化机理,采用流变仪测定了不同静置龄期高庙子膨润土的剪切强度。基于膨润土颗粒间键的破裂与重建的动态平衡研究,改进了拉伸指数模型,以反映流塑态膨润土强度随时间的演变规律。研究结果表明,随静置时间延长,膨润土的微观结构逐渐趋向均匀。电解质含量极低的膨润土试样,颗粒会趋于片架搭接,强度会有明显的提升;电解质含量较高的膨润土试样颗粒始终为平行搭接,强度较低且基本保持不变。同时,本研究可与普通黏土的触变硬化研究相互借鉴,并为我国高放废物处置库的设计、施工及长期安全性评价提供参考。     

Druker-Prager型屈服准则与强度储备安全系数的相关分析

材料屈服准则对强度储备安全系数的计算精度有很大影响,而前人多采用数值方法探讨了Druker-Prager型屈服准则由于参数取值不同对强度储备安全系数的影响,并没有从理论上推导两者的本质关系。为此从理论上分别推导了点强度储备安全系数和整体强度储备安全系数与Druker-Prager型屈服准则的函数关系。经分析得出,内切圆锥屈服准则使得点强度储备安全系数和整体强度储备安全系数取得最小值,而扩展锥屈服准则使得两者均取得最大值。同时,通过对向家坝水利工程的重力坝泄4坝段的坝基深层抗滑稳定性的有限元数值分析,进一步验证了上述结论的正确性     

杭锦土与膨润土的合成吸水树脂及其性能对比

利用杭锦土和膨润土合成了吸水树脂,通过SEM、DSS、IR、杭锦土和膨润土粒径及化学成分分析比较了吸水树脂的接枝率、凝胶强度和老化率,研究结果表明:与膨润土相比,杭锦土合成的吸水树脂的接枝率更高、凝胶强度更大,且更耐老化.     

分形结构土体强度研究

分形结构是土体中普遍存在的一种现象,通过对分形结构连接部位所占据的影响域（Voronoi域）的分析,将颗粒连接承载能力换算为影响域上的应力强度,由此获得了一些有益的结果。土体颗粒系统结构分维值的大小对土体强度有着明显的影响;基本结构单元的颗粒数越多,形成的环的长度越长,占据的空间就越大,从力学上讲就越不稳定,因此,其强度越低;土体中分形结构的级数实际上决定了土体中最大孔隙的尺寸,分形结构的级数越多,其相应的最大孔隙越大,等效应力强度会越低;发现偶应力强度与基本结构单元的面积（二维）成反比,即基本结构体越大,偶应力强度就越小,由此可推论出：在其他条件相同的情况下,颗粒越大,偶应力强度就会越低。     

基于PFC2D岩石颗粒破碎强度和能量的分形模型

颗粒的破碎强度随着粒径的增大而减小,即颗粒破碎的尺寸效应,分形模型为解释固体颗粒破碎的尺寸效应提供了可行的方法。根据岩石颗粒破碎时的分形特征,采用Sammis破碎准则,通过模拟分析得出岩石颗粒破碎能量和强度的分形模型,建立和验证用分维D来表示岩石颗粒破碎的能量和强度准则,得出并验证了岩石颗粒破碎分维的确定方法。利用离散元软件PFC2D的黏结颗粒模型BPM（Bonded Particle Model）模拟了小孔隙率n=0.12和大孔隙率n=0.3,即密实和松散两种情况。其中小孔隙率采用在模型上添加小颗粒的新方法,分别做了400组粒径不等的数值模拟试验,从粒径与破碎强度、破碎能量之间的关系和应力-应变曲线3个方面进行了统计,验证了岩石颗粒破碎强度与分维D的理论关系为σ_f∝dD-3,并得出颗粒破碎时的能量和与分维D之间的关系为E_f∝dD-1。验证了分形理论在分析颗粒破碎的尺寸效应中的较好应用,为确定岩石颗粒的破碎强度和岩石堆砌体剪切强度提供新的方法和参考意见。     

Mises屈服准则及其在钻探工具强度设计中的应用

在地质钻探工具设计和使用过程中,需要用到强度理论或屈服准则对遇到的钻采设备、工具失效等问题进行分析。为帮助人们对Mises屈服准则（应力）的理解,从理论上阐述了Mises屈服准则与畸变能密度理论的关系,其实质就是第四强度理论。在弹塑性范围内,Mises屈服准则统一了单向拉压状态的第一强度理论、复杂应力状态的第三强度理论和第四强度理论。Mises屈服准则在有限元数值分析中获得了更为广泛的应用。     

基于分形理论的杨柳矿10煤底板岩体结构类型划分

根据分形理论对杨柳矿10煤层底板断裂构造复杂程度进行评价,利用岩体结构和断裂发育程度之间的关系,以分维值为基本特征量,将10煤底板隔水层段岩体结构划分为完整结构、块裂结构、碎裂结构和松散结构。分析认为在矿井的西南部,即F7断层与F11断层之间区域,底板岩体结构处于松散状态,对煤矿开采不利。     

分形理论在滑坡预报中的应用研究

以长江新滩滑坡和甘肃黄茨滑坡为研究对象,采用分形理论,初次提出滑坡动态位移分维、速度分维预测模型及滑坡大滑的分维预报式,为滑坡动态预报提供新的途径。     

关于结构土屈服破坏的探讨

天然沉积土往往均为结构土,结构土的屈服破坏是研究结构土力学性状的关键问题之一。但是,结构土的屈服破坏至今没有合理明确的定义。对两种天然沉积软粘土的高质量不扰动土样进行了固结压缩试验和三轴等向固结不排水剪切试验以探讨结构土的力学性状。基于结构土的强度特性,提出了当外加应力达到固结屈服应力时结构土达到完全屈服破坏的新概念,并且初步探讨了结构土的强度性状与变形特性的本质联系与其耦合问题。     

结构性对非饱和Q_3黄土强度和屈服特性的影响

为研究结构性对黄土强度特性和屈服应力及屈服吸力的影响,以兰州非饱和原状Q3黄土及其重塑土为研究对象,利用非饱和土四联直剪仪和改进型非饱和土三轴仪进行了一系列的非饱和土直剪和各向等压加载以及三轴收缩试验。试验结果表明:原状黄土及其重塑土的黏聚力和内摩擦角均随吸力的增加呈线性增长趋势,吸力越大,抗剪强度越高;Q3原状黄土具有较高的结构性,其抵抗外力破坏的能力较高,而重塑土土粒之间结构比较松散,因此,原状土的抗剪强度要高于重塑土,尤其在低吸力和高含水率情况下;定义了黏聚力结构参数cM和内摩擦角结构参数M?,得到了黏聚力耦合值*c和内摩擦角耦合值*?随吸力变化的拟合公式,为实际工程抗剪强度指标的选取提供另一种尝试;原状黄土的屈服应力和屈服吸力均大于重塑土,在p-s平面上原状黄土的弹性区要大于重塑土;两种土的屈服应力之差随着吸力的增大而线性增大,屈服吸力趋近于一常数,受净平均应力的影响较小;试样屈服前,原状黄土较强的结构性导致其变形要小于重塑土,试样屈服后,两者变形差别不大。试验结果为进一步建立结构性模型提供了试验基础,也为黄土地区工程建设提供了参数依据。     

基于综合结构势概念的结构性原状黄土屈服准则

为了研究结构性原状黄土在加载条件下的破坏特性,采用试验的方法对Q2原状黄土进行了非饱和土三轴剪切试验研究。基于试验成果,定义了可以考虑球应力、偏应力和基质吸力等因素的土的结构性变量参数m。利用通过试验提出的m的计算方法,找出抗剪强度参数c、 值与m之间的关系,推导出m与c、 值的曲线方程,分别将曲线方程代入到Drucker-Prager（D-P）准则方程中对其进行修正,建立了结构性Q2原状黄土的修正屈服准则,该准则可以考虑Q2原状黄土的结构性影响,符合黄土的结构性特性,绘制出可反应结构性参数影响的屈服面,并验证了其合理性。     

基于多重分形特征的岩体结构面剪切强度研究

Barton剪切强度模型是目前工程实践中普遍采用的强度公式,而实践应用时,该模型中结构面粗糙性系数（JRC）的评估存在主观性和片面性的缺点。鉴于此,应用多重分形理论,提出了采用多重分形参数准确量化JRC的方法。首先应用数字图像处理技术获取了结构面三维形貌数据信息;然后采用投影覆盖法进行了结构面的分形维数计算,重点对结构面的多重分形特征进行了分析,通过对比分析了构造的15个结构面的多重分形特征值。结果表明：结构面越粗糙,多重分形特征参数 和 值越大, 或 能够很好地描述结构面的形貌特征。最后对9组石膏试件进行了剪切试验,通过不同正应力下对应的剪应力数据分析,结合结构面形貌多重分形参数 或 ,以Barton剪切强度公式为基础,应用最小二乘法原理,给出了JRC与 及JRC与 关系。这样在工程实际中,可以用参数 或 对JRC进行估算,克服了JRC人为估值主观性及采用二维标准轮廓线评估片面性的缺点,为准确评估结构面粗糙度提供了一条新的途径。在此基础上,应用Barton模型可准确估算岩体结构面的剪切强度。