竖向压力和剪切速率对小麦直剪强度及剪胀特性的影响

为了得出粮仓设计中粮堆强度和剪胀特性等关键指标,通过直剪试验研究粮堆剪切破坏面上,在竖向压力50~300 k Pa、剪切速率0.78~2.33 mm/min条件下,小麦粮堆单元体的强度和剪胀特性。结果表明:小麦粮堆单元体剪切分为弹性、塑性变形和籽粒压缩3个阶段。小麦粮堆单元体抗剪强度符合莫尔库伦强度准则,剪切速率从0.78 mm/min增大至2.33 mm/min,咬合应力从7.5 k Pa增大至12.9 k Pa,内摩擦角从38.2°变化为35.0°,剪胀角介于5.1°~4.8°之间。弹性阶段发生剪缩,最大剪缩体变小于0.4%;塑性变形阶段发生剪胀,最大剪胀体变大于最大剪缩体变,竖向压力越大最大剪胀体变越小,剪切速率越大随着压力的增大最大剪胀体变的变化越小。研究结果可用于粮仓内粮堆应力、变形的计算,为粮食仓储结构的设计提供依据。     

高堆石坝砂砾石料的细观参数反演及三轴试验模拟

高堆石坝因坝体的变形过大以及不均匀性沉降导致面板易发生破坏,需进行筑坝材料的细观试验探究。以新疆阿尔塔什高堆石坝工程为研究对象,基于正交试验设计原理分析砂砾石料细观参数敏感性并对大型固结排水剪切三轴试验进行参数标定,对不同颗粒形状、含石率、级配的砂砾石料进行离散元三轴数值模拟。研究结果表明：1）块石试样的峰值应力突出,剪胀程度不显著但结构更稳定;球体试样强度小,尤在高含石率（65%）下破坏面宽度可达275 mm,基本贯穿整个试样,破坏具有随机性,力链分布密集但强度小,最大力链强度较块石试样可减小14.70 kN;增加砂砾石料的不规则度可提高抗剪强度。2）低含石率下球体状试样无明显峰值,出现硬化且变形以剪缩为主;高含石率块石状试样下出现明显峰值,出现软化且剪胀突出;随含石率增加,剪切带由非对称\     

静动荷载作用下小麦剪切特性试验研究

为研究静动载荷作用下的粮食剪切特性,利用开发的新型粮食动直剪仪,设计了孔隙率为39%、36%、33%以及竖向压力为50、100、150、200 kPa下的小麦单调直剪、往复剪切及往复后单调直剪试验,研究了小麦静动力剪切特性,并对比分析了小麦单调直剪与往复后单调直剪的强度、变形结果。研究结果表明：单调直剪试验中,同一孔隙率下,竖向压力越大,其软化现象越明显,剪胀现象越不明显,剪胀角越小,竖向压力为50、100、150、200 kPa下对应的剪胀角分别为4.5°、3.6°、2.4°、0.7°;同一竖向压力下,随着小麦孔隙率减小,其软化现象越明显,内摩擦角也越大,孔隙率为39%、36%、33%的小麦对应的内摩擦角分别为22.2°、24.4°、28.1°。剪胀角也随着小麦孔隙率减小而增大,对应的剪胀角分别为1.3°、3.6°、9.9°;往复剪切试验中,孔隙率越小,小麦往复剪切软化现象越明显,剪缩现象越不明显,最大剪缩量越小,孔隙率为39%、36%、33%的小麦对应的最大剪缩量分别为2.77、1.74、1.15 mm。往复后单调直剪与单调直剪试验结果对比表明,往复后单调直剪的小麦抗剪强度明显增大,其剪胀现象更明显,最大剪胀量也增大。试验结果可为粮仓结构安全性设计,尤其是粮仓结构动力分析提供依据。     

陕南土坎梯田田坎强度试验研究

以陕南土坎梯田田坎为研究对象,通过室内常规三轴剪切试验,对当地梯田田坎的变形和抗剪强度规律进行了研究,分析了田坎土体的应力—应变关系及抗剪强度特性,探究了田坎产生破坏的形式及其产生这种破坏的原因。结果显示:所采土样洋县的为膨胀土,黑山无膨胀性或较弱膨胀性;土样的强度变形关系在较高围压下呈硬化型,随着围压升高结构破坏程度升高,应变强化程度增强,低围压下则呈现出弱软化特性;在土层120cm范围内的田坎土样,其抗剪强度参数沿深度分布无明显规律性,抗剪强度参数对含水率变化敏感,分析认为由于含水率不同致使土层之间存在的抗剪强度差异可能会导致田坎失稳。     

土体孔洞损伤结构演化及其力学特性的CT-三轴试验研究

为了评估孔洞损伤对土体强度、变形和稳定性等力学特性的影响,该文首先对4个试样人工制造不同的孔洞损伤,再在相同的围压和吸力水平下进行CT-三轴剪切试验,定量研究了孔洞损伤结构的演化规律及其对土体力学特性的影响。结果表明:剪切过程中体积应变表现为剪缩,损伤孔径具有单调缩小趋势,在合适的质量含水率条件下,适度小孔损伤反而使土样三轴抗剪强度提高了25%,体积应变也较无损试样小。相同损伤面积的试样具有几乎相同的抗剪强度,但体积应变不具备相同规律。     

重塑黄土抗剪强度的环剪试验研究

[目的]研究大应变条件下黄土强度的影响因素及规律,为黄土地区发生滑坡等大变形破坏提供理论依据。[方法]利用环剪仪对重塑黄土进行大剪切位移下的剪切试验,探究不同正应力及剪切方式对不同含水率的重塑黄土其残余强度的影响。[结果]正应力越大,残余强度越大,达到残余强度所需的剪切位移越小;随着含水率的增大,残余黏聚力浮动值不大,残余内摩擦角逐渐减小,并据此拟合出残余内摩擦角与含水率的参考公式;从脆性指数的角度得出所研究的重塑黄土的应变软化都不明显,且脆性指数随着正应力和含水率的增加而降低。[结论]重塑黄土的峰值强度和残余强度受含水率、正应力的影响规律相似,可通过含水率对残余强度进行估算。     

裂隙膨胀土细观结构演化试验

为研究裂隙膨胀土的细观结构特征,对重塑膨胀土进行了干湿循环、三轴浸水和各向等压加载试验。利用CT(computerized tomography)机对试验过程中进行无损实时动态扫描,从细观上分析膨胀土裂隙的产生以及裂隙在水和外力作用下的闭合全过程。将细观扫描数据与宏观物理参数相联系,研究裂隙对膨胀土变形特征的影响。结果表明:无约束情况下对膨胀土进行干湿循环,试样边缘以及孔洞聚集区易形成裂隙;干湿循环造成膨胀土体积收缩存在一个稳定渐近线,体缩会趋于1个稳定值。裂隙膨胀土在浸水初期产生膨胀力并出现湿胀变形;随着浸水量的增加,软化效应产生且膨胀力逐渐减小,在围压和偏应力压缩作用下继而出现体缩现象;浸水后期,在偏应力作用下试样产生剪胀破坏,再次出现轻微剪胀变形。在水和荷载作用下,不规则裂隙和孔洞逐渐演化为较规则的圆形孔洞,且圆形孔洞趋于闭合;仅在外力作用时,裂隙较难完全闭合;水和外力的共同作用使得膨胀土裂隙的闭合效果要优于单纯施加荷载时的闭合效果。裂隙膨胀土在各向等压加载过程中存在明显屈服现象,以屈服点为分界,扫描数据和孔隙比随荷载的增大分为快速体缩段和缓慢体缩段,前者与裂隙在荷载作用下闭合并演化成孔洞有关;后者与加载后期孔洞较难闭合且形成的新结构具备抵御外部荷载的能力有关。研究成果可为进一步认识裂隙对膨胀土力学特性的影响提供参考。     

蒋家沟砾石土不同含水率直剪强度特征

蒋家沟流域内大量泥石流由滑坡引发,在滑坡转化为泥石流的3个过程中,首先是在斜坡体内大范围剪切破坏。在其物源区与沉积区内分布大量砾石土,其强度特征对于蒋家沟泥石流的起动机理以及流域内土壤侵蚀具有重要意义。由于降雨过程中,坡体内砾石土含水率逐渐增大,影响其力学性质特征,加之砾石土颗粒粗大,粗细粒配比和试验尺寸对强度特征有一定的影响。为此,在室内和现场两用大型直剪仪下进行蒋家沟砾石土不同含水率下的直剪强度试验,结果表明,试样在ρd=1.9 g/cm3不同含水率下,剪应力-水平位移关系没有明显峰值,应力-应变曲线为应力硬化型;同一含水率试样在γ=0.02时的剪切模量G0.02随垂直压力增加而增大;含水率7.07%试样各级压力下G0.02最大;φ值与含水率w符合二次函数关系式:φ=-0.471w2 6.7462w 3.9262;试样C值与含水率w符合二次函数关系式:C=-0.7307w2 8.4784w 1.462。     

有机质浸染砂水泥土的力学特性及本构关系

为研究海南省海湾地区分布的有机质浸染砂水泥土的力学特性,该文首先对有机质浸染砂水泥土和标准砂水泥土进行无侧限抗压强度对比试验(采用配合比均为熟石灰掺入比7.5%、水泥掺入比20%、水灰比0.45),定量分析养护龄期对其无侧限抗压强度及试样破坏形式的影响。然后对有机质浸染砂水泥土进行单轴抗压试验,获得了水泥土材料的应力-应变全过程曲线、刚度变化规律以及改进邓肯-张本构模型。结果表明:1)有机质浸染砂水泥土试样的破坏类型为塑性剪切破坏和脆性剪切破坏;2)有机质浸染砂水泥土抗压强度随着养护龄期的增加基本呈指数形式增长,但在养护龄期14 d后,增长速度逐渐降低并趋于稳定;3)随着养护龄期增长,水泥土刚度增加。在加载初期,水泥土切线模量随着轴向应变增加而增大,呈现刚度硬化现象;4)基于单轴抗压试验得到应力-应变全过程曲线,可分为2个阶段:塑性阶段、软化阶段;5)通过对应力-应变全曲线的描述,得到了修正的邓肯-张模型,确定模型参数后,与实测数据对比发现,该修正模型可以模拟有机质浸染砂水泥土的应力-应变关系。     

含水率对小麦粮堆弹塑性力学特性的影响

不同地区粮仓中粮堆的含水率会有较大的差异,为了明确含水率对粮仓设计参数的影响,通过三轴试验研究了含水率对小麦粮堆非线性强度、临界状态和模量等的影响规律。结果表明：不同含水率下小麦粮堆的峰值强度和残余强度符合非线性强度指标的Mohr-Coulomb强度准则;参考压力（100 kPa）下峰值内摩擦角和残余内摩擦角随着含水率的增大呈线性增大,含水率每增加1%,峰值内摩擦角和残余内摩擦角分别增大0.22°和0.30°。小麦粮堆的临界状态特性符合剑桥弹塑性理论,偏应力随着平均法向应力的增大呈线性增大;峰值应力比和临界状态应力比随着含水率的增大呈线性增大;含水率每增加1%时,峰值应力比和临界状态应力比分别增大0.012和0.014。不同含水率下初始模量、割线模量与围压间可采用幂函数模型表示;参考压力下初始模量和割线模量均随着含水率的增大呈线性降低;含水率每增加1%,初始模量和割线模量分别降低0.98和0.25 MPa。     

大豆、玉米幼苗根细胞壁的制备与表面性质

根细胞壁对于植物养分吸收积累以及植物的环境抗性或耐性方面的作用和影响与细胞壁表面性质密切相关。本研究采用改进的匀浆洗涤法提取大豆（Glycine max L.,Type I细胞壁类型植物）、玉米（Zea mays L.,Type II细胞壁类型植物）幼苗的根细胞壁物质,获得了较好的细胞壁材料纯度。测定了根细胞壁材料以及整根的阳离子交换量（CEC）,并通过拟合解析根细胞壁的电位滴定曲线求解根细胞壁表面基团的解离常数pKa以及数量。结果表明,大豆的根细胞壁CEC显著（p0.05）高于玉米的根细胞壁CEC,分别为425±5、162±7 μmol/g,DW;大豆的根CEC也显著（p0.05）高于玉米根,与两种植物根细胞壁CEC的差异一致。从两种植物的根细胞壁上均识别出一种表观pKa值约为5.78的羧基基团。大豆根细胞壁的羧基含量也显著（p0.05）高于玉米根细胞壁,分别为604±15、252±4 μmol/g,DW,大豆根或根细胞壁的CEC较高与Type I细胞壁富含羧基有关。本文还进一步讨论了不同细胞壁类型植物的根细胞壁表面性质对于植物的营养过程以及环境胁迫抗性或耐性方面的影响与意义。     

Quantitative determination of hydroxycinnamic acids in wheat, rice, rye, and barley straws, maize stems, oil palm frond fiber, and fast-growing poplar wood.

A new method has been developed for the quantitative determination of hydroxycinnamic acids participating in ester or ether linkages to the cell wall polymers. The method is based on mild alkaline hydrolysis followed by acid hydrolysis or mild alkaline hydrolysis, which partially removed esterified phenolic acids, and high-temperature concentrated alkaline treatment, which cleaved both the ester and ether linkages. It was found that traditional mild alkaline hydrolysis and acid hydrolysis released only part of the ester- and ether-linked phenolic acids, respectively. Approximately half (44.0-47.9%) of the total ester-linked p-coumaric acid and 18.2-32.6% of the total esterified ferulic acid remained ester-linked to the mild alkali-soluble lignin polymers, and 55.0-72.0% of the total ether-linked p-coumaric acid and 37.5-53.8% of the total ether-linked ferulic acid remained ether-linked to the solubilized lignin molecules after the acid hydrolysis. To correct this, a second mild alkaline hydrolysis of the alkali-soluble lignin preparations and acid hydrolysis of the solubilized lignin fractions, obtained from the first acid hydrolysis of the cell wall materials, was investigated. On the basis of this new method, a majority of the cell wall p-coumaric acid (55.8-81.5%) was found to be ester-linked to cell wall components, mainly to lignin, and about half of the cell wall ferulic acid is etherified through its phenolic oxygen to the cell wall lignin component, whereas the remainder is esterified to the cell wall hemicelluloses and/or lignin in different plant materials.     

新疆农村装配式轻钢-沙漠砂轻骨料混凝土剪力墙抗震性能

为研究新疆农村装配式轻钢-沙漠砂轻骨料混凝土剪力墙结构墙肢中钢丝替代钢筋的可行性,以及检验各墙肢在水平地震作用下的抗震性能和破坏形态是否符合预期的多道抗震设防工作目标,对2个边缘墙、2个窗间墙、1个窗下墙及1个普通钢筋混凝土剪力墙试件进行拟静力试验,对比分析各试件的滞回曲线、骨架曲线、位移延性、耗能能力和承载能力。结果表明：边缘墙、窗间墙及普通钢筋混凝土剪力墙试件发生延性的压弯破坏,窗下墙试件发生脆性的剪切破坏;窗间墙与普通剪力墙在配筋率相同的条件下抗震性能指标接近,剪力墙中钢丝可代替钢筋;经比较,边缘墙试件极限位移角、延性系数、黏滞阻尼系数值最大,分别为1/50、3.37和0.163,其抗震性能最优,窗间墙试件次之,窗下墙最差,符合预期的工作目标;边缘墙、窗间墙可按偏心受压构件的正截面计算理论计算其水平受荷承载力。     

墙体材料及其组合对日光温室墙体保温性能的影响

利用热反应系数法和日光温室热环境的数学模型模拟分析了日光温室墙体得热量、墙体温度以及室内气温,比较了墙体材料的不同组合对保温性能的影响。结果表明,对不同厚度砖墙聚苯板隔热材料的厚度以0.10m为宜;相同厚度隔热材料在砖墙厚度较薄时保温效果优于较厚的砖墙;砖墙厚度较薄时材料的排列秩序对保温影响较明显。     

角蛋白材料结构与力学特性研究进展

天然生物材料精巧的结构和独特的功能为许多工程技术问题的解决提供了仿生学基础。人们在不断地寻求仿效对象，以期基于生物系统发展工程技术系统。角蛋白材料作为一类具有从纳米到厘米尺度上分级结构的天然生物复合材料有着与其它天然生物材料不尽相同的结构和功能，对其结构乃至超结构进行研究，探索其力学行为的微观机理，对于包括农业工程在内的众多工程领域中仿生材料和仿生系统设计具有重要意义。该文对蹄壁角蛋白、羽毛角蛋白、毛发角蛋白及爪子角蛋白材料的结构及力学性能和角蛋白材料的分析方法进行了综合评述。     

筒仓动态卸料过程侧压力模拟与验证

为了研究立筒仓卸料过程中的侧压力及数值模拟技术,设计了有机玻璃筒仓模型进行试验研究,运用ABAQUS有限元软件中的自适应网格划分技术模拟了筒仓的动态卸料过程。结果表明,筒仓动态侧压力试验值大于静态侧压力,但各测点超压系数不同,在邻近漏斗附近超压系数最大为1.78,其次为仓壁中上部2个测点超压系数达到了1.73和1.61,其他位置超压系数在1.45以内;侧压力模拟值与计算值吻合度较好,静态侧压力两者相对误差绝对值在0.43%~9.92%之间,动态侧压力两者相对误差绝对值在1.14%~9.65%之间,验证了数值模拟技术的可行性;静态和动态侧压力的数值模拟曲线、公式计算曲线、试验曲线或试验拟合曲线都表明,随着测点距筒仓底部高度的增加,侧压力呈下降趋势,即侧压力下大上小,而且静态侧压力模拟曲线与试验曲线变化规律一致,相对误差绝对值在1.83%~9.97%之间;由于试验时压力传感器精度、标定试验误差和试验次数等随机因素的影响,动态侧压力试验曲线不很规则,数值模拟曲线相对平滑,但动态侧压力试验值的拟合曲线与数值模拟曲线变化趋势基本相同,相对误差绝对值在0.28%~9.93%之间。通过观察漏斗附近Mises应力分布图发现,物料卸出前,应力较大点发生在紧邻漏斗附近的仓壁处,卸料开始后,应力较大点即转向漏斗壁中部某范围,而且随着卸料时间的延长,此应力较大点的范围有所增大。     

Stability of monoterpenes encapsulated in gum Arabic by spray-drying

Microencapsulation using spray-drying was tested with gum arabic and monoterpenes as wall and core materials, respectively. Citral, linalool, beta-myrcene, limonene, and beta-pinene were used at concentrations of 10, 20, and 30% with respect to the wall material. The greatest percentages of retention occurred at a concentration of 10%. Linalool and citral presented the greatest losses with increase in concentration. The hydrocarbons used were the most retained. Of the hydrocarbons, beta-pinene was better retained in the capsules than limonene, and beta-myrcene was the least retained of all. The capsules presented similar external morphologies, with no apparent cracks or porosity and an average size varying between 15.7 and 23.2 microm. The stability of the capsules to temperature was monitored for 33 days. The degradation products of the monoterpenes were evaluated. The results indicated a greater stability of the capsules containing beta-pinene and citral than of those containing linalool and beta-myrcene presenting the lowest retentions.     

Phosphate Sorption to Macropore Wall Materials and Bulk Soil

Preferential flow through macropores may allow reactive solutes to travel long distances in soil. The amount of solute transported is expected to depend on the ability of the macropore wall materials to retain the solute from the bypassing solution. From a loamy sand soil, samples of bulk Ap-horizon, bulk Btg-horizon, earthworm burrow lining, and both iron-depleted and iron-enriched materials from glossic fracture walls were obtained. The different soil materials were shaken for 5 min, 2 hr and 7 d in 0.01 M CaCl₂ with initial P concentrations from 0 to 3.3 mg H₂PO₄ ^--P L^-1 at pH 5. The resulting changes in solution P-concentration were interpreted in terms of P-desorption or P-sorption. Burrow lining and bulk-Ap were poor P sorbents, especially at short contact times (5 min and 2 hr). They were unable to sorb P at concentrations below approximately 1 mg PO₄-P L^-1. In contrast, fracture wall materials and bulk-Btg were much stronger sorbents. They removed P from solutions having P-concentrations of only about 0.03 mg PO₄-P L^-1. The results of the study suggest that environmentally critical concentrations of dissolved P_i will be leached more easily through earthworm burrows than fractures, and that sorption characteristics of bulk soil may deviate strongly from sorption characteristics of macropore wall materials.     

墙体材料对日光温室温度环境影响的CFD模拟

日光温室墙体材料影响温室的蓄热保温性能。该研究以室外气象因子为模拟输入条件,分别对复合墙、全砖墙及全苯板墙的12 m跨度日光温室的温度环境进行了模拟,复合墙、全砖墙内的温度分布变化与以往的测试结果一致。以2004年2月18日实测的气候条件为输入条件,模拟得到复合墙温室温度超过全砖墙温室温度最大值为0.8℃,复合墙温室夜间室温超过全苯板墙温室温度最大值为1℃。早晨揭帘前,复合墙中隔热层以内的砖墙及部分隔热层成为放热体,砖墙中靠近室内近1/3的墙体温度高于室内空气温度,而全苯板墙只有内表面附近略高于室内空气温度。白天复合墙、全砖墙及全苯板墙温度均低于室内空气温度,均为吸热体。采用日光温室温度环境动态模拟模型,可以预测不同温室墙体可能形成的室内温度状况,并且根据不同墙体内温度分布,可优选温室墙体结构。     

平底筒仓中心卸料流态演化过程及仓壁压力波动性

卸料时的仓壁压力是筒仓结构设计的关键,仓内物料的流动状态(流态)是影响卸料压力分布的关键。为了探究物料流态的演化过程和发生机理以及由此引发的仓壁压力分布情况,该研究采用自主设计的半圆柱形有机玻璃筒仓模型进行筒仓中心卸料试验和离散元(discrete element method, DEM)模拟分析。筒仓壁嵌入定制压力计,贮料为平均粒径3.5 mm的陶球,在测量仓壁压力分布的同时实时观测贮料内部和外部的流动过程。通过标定颗粒追踪贮料运动轨迹。通过PFC^2D建立离散元数值模型,分析卸料过程中贮料的力链网络、速度矢量和孔隙率变化,探讨颗粒的运动机制和颗粒体系的传力方式。基于模型试验和数值模拟结果,根据颗粒物质力学、土力学和散体力学基本原理,从宏观和细观层面分析流态的演化过程和发生机理以及仓壁压力波动性规律,明确仓壁压力和流态的关系。结果表明：卸料瞬间(卸料率0～1%),强力链断裂导致孔隙率增大(由卸料前的0.150 43～0.200 30增至卸料瞬间的0.151 36～0.232 23),各测点仓壁压力骤增,P2测点(深度0.4 m)的增幅最大,达到1.94;卸料时贮料...