糧食的內摩擦角、彈性模量及體變模量的實驗研究.pdf

1、本論文對小麥堆、稻谷堆和玉米堆的內摩擦角，小麥堆彈性模量和小麥堆體變模量的測定方法進行了研究，并對它們進行了測定與分析。通過直剪實驗測定了小麥堆、玉米堆及稻谷堆的內摩擦角，分析了水分、剪切速度、法向壓應力三個因素對三個糧種的內摩擦角的影響。使用三軸儀實驗測定了小麥堆的內摩擦角、小麥堆彈性模量和小麥堆體變模量，通過預實驗結果的分析比較，確定了測定小麥堆彈性模量的幾個實驗條件(滯回圈圈數、加卸載間隔時間、軸向壓力)，分析了圍壓對小麥堆彈性模

2、量的影響以及分析圍壓、水分對小麥堆體變模量的影響。
　　 直剪實驗結果表明：小麥堆(南京產、水分為10.96%)和稻谷堆(晚秈521、水分為11.78%)的內摩擦角均隨著剪切速度(0.53mm/min~5.20mm/min)的增大而減小，其變化范圍分別為17.49°~25.01°、35.75°~40.03°；玉米堆(南京產、水分為11.05%)和稻谷堆(南京產、水分為13.77%)的內摩擦角均隨著剪切速度(1.33mm/min~

3、5.20mm/min)的增大而減小，其變化范圍為22.21°~28.93°、28.95°~33.19°。剪切速度對小麥堆(南京產)和稻谷堆(晚秈521)內摩擦角影響不顯著，根據剪切速度與玉米堆(南京產)和稻谷堆(南京產)的內摩擦角的關系分別可以擬合得到方程：y=-0.2219x2+0.2123x+28.318、y=-0.0606x2-0.2532x+33.147，其中x為剪切速度，y為糧堆內摩擦角。小麥堆(南京產、水分為18.14%)、

4、玉米(南京產、水分為14.93%)、稻谷堆(南京產、水分為17.57%)、不同水分(水分為11.78%、13.96%、15.39%、18.45%)的稻谷堆(晚秈521)的內摩擦角均隨著法向壓應力的增大而減小，在法向壓應力為25kpa~100kpa時，小麥堆(南京產、水分為18.14%)、玉米(南京產、水分為14.93%)、稻谷堆(南京產、水分為17.57%)的內摩擦角的變化范圍分別為：23.75°~40.03°、26.57°~35.75

5、°、28.37°~39.04°。在法向壓應力為25kpa~200kpa時，不同水分(水分為11.78%、13.96%、15.39%、18.45%)的稻谷堆(晚秈521)的內摩擦角變化范圍為26.57°~41.35°。根據法向壓應力與以上糧種的內摩擦角的關系分別可以擬合得到方程：y=-2E-05x2 - 0.0237x+32.42、y=0.0007x2-0.1702x+38.487、y=0.0003x2-0.1286x+40.074、y=

6、-3.7072Ln(x)+32.073，其中x 為法向壓應力，y為糧堆內摩擦角。小麥堆內摩擦角隨其水分含量的增加而增加，在水分為10.96%~18.14%時，小麥堆內摩擦角取值范圍為19.19°~32.62°；當玉米的水分為11.05%~17.75%時，它的內摩擦角均隨著水分的增加而增加，它的變化范圍為23.4°~33.76°；根據水分與小麥堆和玉米堆的內摩擦角的關系分別可以擬合得到方程：y=0.1934x2 - 4.4372x+47.

7、429、y=0.0078x2+0.7792x+16.665，其中x 為水分含量，y為糧堆內摩擦角；稻谷堆(南京產、水分為11.25%~17.57%)的內摩擦角與其含水量沒有明顯的聯系，當水分增高時，其內摩擦角可能增大，也可能減小，并不呈一定規(guī)律。通過方差分析得到不同法向壓應力下的四種水分的稻谷堆(晚秈521)的內摩擦角差異很小，即水分變化范圍在11.78%~18.45%時，內摩擦角并不隨著水分的變化而變化。不同品種的稻谷堆(南京產、晚秈

8、521)的內摩擦角差異不顯著。稻谷的內摩擦角大于玉米的內摩擦角，玉米的內摩擦角大于小麥的內摩擦角。
　　 三軸實驗結果表明：通過三軸儀測得的水分為10.96%、15.90%的小麥堆內摩擦角的變化范圍分別為25.01°~27.46°、27.8°~31.03°。三軸實驗比直剪實驗測出的小麥堆內摩擦角均偏大。隨著圍壓(50kpa~200kpa)的增大，小麥堆糧堆的彈性模量增大，其范圍為314.2kpa~902.1kpa，根據圍壓與小麥

9、堆內摩擦角的關系可以擬合得到方程：y=418.92Ln(x)- 1325.2，其中x為圍壓，y為彈性模量。小麥堆(水分為13.70%、16.4%、18%)的體積隨著圍壓(5kpa~30kpa)的增大而減小，體積的變化率分別為2.9%~11.6%、3.1%~12.5%、3.3%~13.1%。小麥堆(水分為13.7%、16.4%、18%)的體變模量隨著圍壓(5kpa~30kpa)的增大而增大，它們的體變模量的范圍分別為173.5kpa~25