穿断层隧道NPR锚索支护体系抗震特性振动台试验研究

为研究具有负泊松比效应(negative Poisson’s ratio,NPR)的恒阻大变形锚索在地震作用下的吸能特性与动力响应规律,利用振动台开展含断层隧道使用普通锚索支护以及使用NPR锚索支护的振动台物理模型试验,对比分析地震作用下处于不同围岩条件中以及使用不同锚索进行支护时隧道结构的动力响应规律。研究结果表明:在同一地震波作用下,使用NPR锚索进行支护的隧道结构破坏程度与使用普通锚索进行支护的隧道结构相比有明显的改善,表明NPR锚索在地震作用下具有良好的吸能特性,能够为隧道结构提供有效支护;通过对比分析普通锚索与NPR锚索的锚索轴力时程曲线可知,在地震波作用下,普通锚索会发生破断现象,轴力突降至零,而NPR锚索的高恒阻力能够持续提供有效支护;分析隧道结构各测点的加速度、应变、土压力等动力响应可知,隧道断层区域在地震作用下的动力响应更为明显,隧道结构在地震作用下呈现出拱肩→拱腰→拱顶的破坏规律,这一研究成果为类似隧道工程的支护对策提供了理论参考。

降雨诱发滑坡的NPR锚索控制机理及临滑预警

为研究降雨滑坡的控制及临滑预警技术,以熊家山滑坡为原型,通过分析边坡变形的时空特征,设计了相似模型试验.以普通预应力锚索(简称PR锚索)和NPR锚索为加固材料,运用高速摄像机、孔压、土压和锚索力传感器,分析了降雨诱发的滑坡规律和锚索控制机理,并结合现场试验探究了滑坡牛顿力变化规律.结果表明:孔隙水压力突降与边坡局部滑塌近似同步;NPR锚索力突降,边坡内部产生局部变形;PR锚索因无法承受大变形被拉断失效,而NPR锚索凭借恒阻大变形特性产生高应力吸能控制功能,促使边坡达到二次平衡状态;NPR锚索在滑坡前表现出明显的“先突增,后突降”的变形-临滑动力学规律;现场试验揭示了滑坡全过程牛顿力演变规律,提前7.5 h发出临滑预警.

NPR锚索对跨断层软岩大变形隧道控制技术研究

为探究NPR锚索对东马场跨断层软岩大变形隧道控制效果,首先对NPR锚索进行静力拉伸试验,验证其恒阻大变形的能力和具有良好的抵御外力的效果;随后开展NPR锚索对东马场隧道围岩变形控制的三维物理模型试验。试验现象和数据表明:在开挖过程中,隧道围岩也没有出现较大垮落和坍塌,NPR锚索对软岩隧道围岩有较好的支护效果。在加载完成后,NPR锚索对非断层处的隧道围岩最大位移约为14 mm,断层处的围岩最大位移约为21 mm,隧道区域所受应力分布的不规律性,导致隧道围岩出现挤压变形,位移曲线呈振荡状。在NPR锚索的支护下,围岩应力最大发生在左拱肩,围岩临空面3 cm处切应力最大(0.3 MPa),隧道未出现大规模的不对称破坏现象,隧道总体呈现出“小塌而不垮”,变形总体可控。

降雨条件下含近水平弱层边坡的破坏机理物理模型试验研究

近年来,随着我国露天煤矿开采规模的不断扩大,露天矿区边坡的稳定性与安全性愈发受到关注。位于陈旗煤田的宝日希勒露天煤矿边坡具有岩石强度低、地层倾角小且含有软弱夹层等特点,在降雨条件下易发生严重的滑移破坏。为探究此类边坡在降雨条件下的破坏机理及NPR锚索支护体系对此类边坡的控制效果,利用模型试验与数值模拟进行研究。结果表明:①由现场破坏特征与模型试验结果可知,边坡破坏模式为降雨作用下弱层带发生破坏而造成边坡发生剪切—滑移,降雨入渗是诱发边坡发生破坏的主要因素,破坏分为初始变形、弱层破坏与整体破坏3个阶段,且由位移监测结果可知坡体裂缝最宽可达35 mm,说明边坡滑移破坏明显;②由数值模拟分析可知,在降雨条件下边坡变形量显著增加,在无锚固措施下其最大变形量可达40 cm。同时,在越靠近煤层位置,边坡剪切破坏塑性区的面积越大,在岩体沿软弱层滑移后,滑坡体出现大面积剪切破坏,这验证了边坡剪出滑移破坏的变形形式;③对比分析NPR锚索加固方案与PR锚索加固方案可知,NPR锚索的支护效果远优于PR锚索,NPR锚索支护下边坡最大位移减少17.6 cm,而PR锚索支护下边坡最大位移仅减少10.3 cm,且NPR锚索加固下边坡塑性破坏区基本消失,而PR锚索加固下边坡塑性破坏区仍存在且向坡体深处扩展,边坡存在滑坡隐患。研究探明了降雨条件下近水平弱层边坡的破坏机理,提出NPR锚索加固方案并验证其可行性,为相关边坡工程提供一定参考依据。

穿断层破碎带隧道围岩大变形控制双梯度注浆机制

近些年,中国西部大量深埋隧道工程因关键线路控制无法避让一些活动性断裂,常常在跨越断裂带范围内出现围岩大变形破坏现象,例如侵限、偏压、塌方、底鼓等灾害,严重影响隧道工程施工和运营的安全可持续发展。为了控制断层破碎带隧道围岩大变形,隧道工程设计者和建设者采用了多种控制方案,例如超前注浆、多层钢拱架被动支护、锚杆索主动支护等,但是都因断层破碎带围岩强度过低而出现超前注浆诱发围岩拉裂破碎、主动支护锚杆锚固力不足等现象。为解决上述难题,首先,提出一种增强穿断层破碎带隧道围岩强度的双梯度注浆技术,建立双梯度注浆概念模型,构建3种双梯度注浆模式;然后,确定特定工况下注浆材料粒径梯度与注浆压力梯度的适配条件;最后,通过理论分析、物理模型试验和现场试验,探索双梯度注浆机制及其控制效果。研究结果表明:1)随着开挖步序的增加,穿断层破碎带隧道拱肩变形最大,构造应力对围岩稳定性影响较大。2)在双梯度注浆作用下,浆液扩散效果良好,围岩未出现大面积脱落破坏,隧道周围岩体应力分布均匀。3)双梯度注浆形成了坚硬交叉浆脉骨架,达到了应力补偿效果,将围岩变形量从原来的3 100 mm控制到278 mm以内,实现了“零换拱、零侵限、零突涌”的目标。

NPR锚索对白云岩矿失稳边坡控制效应研究

节理裂隙是露天矿开采中边坡失稳的主要影响因素,因此,研究节理裂隙有利于解决矿区边坡开采的安全性问题。以北京黄峪口白云岩矿失稳边坡为工程地质背景,采用现场调查(测线法和赤平极射投影法)、NPR锚索数值模拟和现场监测方法,以NPR锚索主动支护思想为核心对其进行了试验研究。研究表明:①黄峪口白云岩矿边坡岩层基本呈水平状或与边坡走向方向一致,边坡体结构破碎,节理裂隙发育,存在软弱夹层和多条滑带,边坡有严重失稳的趋势。②NPR锚索入射角为20°时达到边坡最佳支护效果,边坡位移约2.55 cm,说明NPR锚索对破碎边坡起到较大的抗滑作用。③根据现场监测得出NPR锚索的锚索轴力可达300 kN左右,支护后的边坡较稳定。研究反映出,NPR锚索对节理裂隙发育的边坡控制效果较好,可为类似露天矿边坡治理提供参考。

3D打印模板辅助粒子治疗肺癌术前剂量计划的可行性和安全性分析

目的探讨三维(3D)打印模板辅助粒子治疗肺癌术前剂量计划的可行性和安全性。方法回顾性选取2020年10月至2022年6月杭州市肿瘤医院和树兰(杭州)医院收治的259例肺癌患者为研究对象,其中接受3D打印模板辅助粒子治疗术前剂量计划127例(研究组),接受普通放疗132例(对照组)。所有患者均进行随访,比较两组患者治疗3、6个月后的疗效,治疗6个月后咳嗽、胸闷和疼痛症状缓解情况及术后并发症发生情况,采用生存质量卡氏评分(KPS)评估肺癌患者治疗前与治疗6个月后的生存质量。结果研究组患者治疗3、6个月后局部控制率均高于对照组,差异均有统计学意义(均P<0.05)。治疗6个月后,研究组患者咳嗽、胸闷及疼痛症状缓解情况均优于对照组,KPS评分高于对照组,差异均有统计学意义(均P<0.05)。研究组患者放射性肺炎、放射性食管炎发生率均低于对照组,差异均有统计学意义(均P<0.05);但两组患者白细胞减少发生率比较差异无统计学意义(P>0.05)。结论3D打印模板辅助粒子治疗术前剂量计划在肺癌临床治疗中具有较高的可行性和安全性。

蹬空开采条件下雨汪煤矿的110工法相似模拟研究

以雨汪煤矿1010201工作面为研究背景,开展蹬空开采110工法相似模拟试验研究,利用应变监测系统和MatchID散斑非接触测量系统,从应力场和位移场2个方向监测不同阶段上覆岩体和巷道围岩的变形特征,探究上覆岩体裂隙带运动规律。研究结果表明,推进40 cm时,非切缝侧直接顶出现部分垮落;推进80 cm时,直接顶完全垮落;推进100 cm时,基本顶大面积垮落,工作面被完全填充,上覆岩体变形趋于稳定。垂直位移监测云图表明,顶板最大垂直位移为34 mm,底板最大垂直位移为16 mm。说明切顶卸压技术和NPR锚索支护补偿力学理论对超载条件下的蹬空开采仍然具有良好的适用性,通过垮落岩体的碎胀效应对工作面充填支撑,使得基本顶范围内岩体和巷道围岩变形得到了良好的控制,一定程度地减小了地表沉降,并且沿空留巷效果显著,为实际工程施工提供了科学依据和理论指导。

点荷载强度计算模型现场试验修正及效果验证

点荷载试验为常用的岩石单轴抗压强度间接测试方法,对工程设计和施工开展具有指导作用。针对点荷载强度指数计算方法展开研究,在进行大量实际点荷载试验获得相应结果的基础上,对试验数据进行统计分析并在计算公式中引入新的变量以期对现有的点荷载强度计算方法进行优化。对长山壕金矿岩体进行了采样、试样制备与点荷载试验,采用统计方法对点荷载试验结果进行分析得出优化方法,并以同采区同位置岩样的单轴抗压强度作为参考值,将多种计算结果与参考值进行了对比分析。结果表明:改进后方法的计算结果更贴近岩样实际单轴抗压强度,且相同试验、相同数据条件下的计算结果离散性处于较低水平,为现场试验条件有限时估算岩样单轴抗压强度提供了一种可靠的点荷载强度指数计算方法。

基于弹性空间体系的卫星自主组网技术综述

介绍了基于弹性空间体系的卫星自主组网技术,以及星间互联任务协作和任务规划技术的研究现状.阐述了网络弹性可重构技术、星群运控和资源调度技术及基于机器学习的人工智能技术等关键技术和算法的发展.对目前可重构技术的3个关键技术,即动态卫星网络协议设计、基于窄带频域资源划分的自适应无线资源共享协议设计和链路高可靠传输技术进行了介绍.并对基于弹性空间体系的卫星自主组网技术的发展趋势和相关的技术路线进行了展望.

深部采矿岩石力学进展

随着煤炭开采日益向深部发展,深部采矿引发的围岩大变形破坏和强冲击动力灾害日益严峻。在深部高地应力、高地温、高渗透压、强采动、强流变及多场耦合的复杂地质力学环境下,深部采场的应力场特征、煤岩体破碎性质、岩层移动及能量的积聚释放规律等均发生了显著变化。针对深部采矿中的岩石力学问题,论述了笔者及团队在深部采煤方法、深部巷道破坏机理与围岩控制、深井热害与地热利用三大方向取得的进展,主要包括:(1)提出了平衡开采理论和实现平衡开采的110/N00工法,进行了千米深井现场工程应用;(2)构建了深部“非均压建井”模式,研发了实现深井稳定提升的SAP系统,形成了可大幅简化井巷工程量和提高矿井采出率的建井方法;(3)研发了多套适用于研究深部岩体在水、高温、高压、结构效应及多场耦合作用下发生宏观破坏的实验系统和可进行微观层面演算的超算系统,揭示了深部软岩大变形破坏机理及多尺度力学特性;(4)研制了深部岩体冲击型和应变型岩爆实验系统,阐述了深部岩体冲击能量沿开挖临空面瞬间释放的非线性动力学行为;(5)提出了深部巷道开挖补偿支护理论,进一步发展了具有高恒阻、高延伸率、强吸能和耐冲击超常力学特性的NPR支护材料和技术;(6)研发了模拟深部高温、高湿和高压环境下的岩体热力学实验系统,提出了热害治理和热能资源化利用方法,建立了深部热害治理与热能综合利用系统(HEMS)。相关研究成果已在深部开采领域得以应用,可为深部采矿面临的复杂岩石力学问题提供借鉴。

川西理塘-义敦断裂措普湖段第四纪晚期滑动速率与古地震序列

理塘-义敦断裂是川滇菱形块体内部一条延伸约130 km的全新世活动的左旋走滑断裂带,是川西理塘地区地震活动的重要控震构造,目前其北段的措普湖段研究程度相对较低。将理塘-义敦断裂措普湖段作为研究对象,运用野外勘察、高精度测绘、探槽与14C测年等方法对措普湖段进行滑动速率和古地震探究。开挖的2处探槽位于冬欧山坡麓处,通过识别探槽内断裂与地层的切割关系、地层沉积特征、断层运动性质等标志;共识别出4次古地震事件:事件Ⅰ发生于BC 3382±60 a之前;事件Ⅱ发生于BC 3382±60 a~BC 1094±51 a之间;事件Ⅲ与事件Ⅳ均发生于AD 1330±44 a之后。可以推断理塘-义敦断裂措普湖段具有大概率的古地震复发间隔为2.4 ka左右,不排除有小概率复发间隔0.4±0.3 ka的可能。理塘-义敦断裂措普湖段古地震事件与大毛垭坝段和理塘段古地震事件之间存在差异,但是不同分段断裂的地震活动性在全新世以来均表现出持续增强趋势。根据测绘断错地貌和末次冰期冰碛垄推算出晚更新世以来措普湖段平均滑动速率为4.15±0.5 mm/a,与理塘-义敦断裂第四纪晚期不同分支滑动速率处于同一量级水平。文章完善了理塘-义敦断裂的构造特征全貌和古地震、滑动速率等信息,有助于更好地理解该断裂及该地区地震活动史和构造变形模式,为今后地震的中长期预测提供更多的数据,同时也有助于川藏铁路沿线相关工程的地震风险评估。

岩爆机制及其控制

随着岩体工程向深部发展,开挖引发的围岩大变形和强冲击诱发的动力破坏日益严峻。岩爆作为深部地下工程中常见的一种强动力灾害,被称为岩土工程界的“癌症”,其具有突发性特点,难以有效预报及防治,严重地威胁着施工人员的安全和设备的正常运行。通过对比岩石在真三轴卸荷和单轴压缩这2种应力路径下的储能差异,对岩爆多余能量机制进行探讨。首先,根据岩爆诱发机制的不同,将岩爆分为由应力集中导致的应变型岩爆和扰动诱发的冲击岩爆。然后,模拟开挖诱发的不同类型岩爆的应力路径进而在室内再现各种岩爆现象,并对其机制进行研究,自主研发3套真三轴岩爆模拟试验系统:第1代应变岩爆试验系统、第2代应变岩爆试验系统、冲击岩爆试验系统。同时,在实验室内成功模拟不同类型的岩爆:巷道应变岩爆、巷道交叉点应变岩爆、3个临空面矿柱应变岩爆、矿柱应变岩爆以及动荷载诱发的冲击岩爆。最后,为有效控制岩爆灾害,提出开挖补偿法,并研发具有负泊松比效应的宏观和微观NPR锚杆/索。工程实践证明,NPR锚杆/索能提供高预应力来补偿开挖造成的应力损失,同时具备良好的延展性和吸能效果,可为岩爆灾害的防治提供有效途径。

静力荷载作用下微观负泊松比锚杆的本构模型

微观负泊松比(NPR)锚杆具有高应力和高均匀延伸的力学特性,但其本构模型的研究还不够深入。故对此开展了静力荷载作用下微观NPR锚杆的拉伸试验,研究了静力拉伸过程中微观NPR锚杆的应变场演化规律,得到了静力荷载作用下微观NPR锚杆的应力-应变关系曲线。基于试验结果,建立了微观NPR锚杆的本构模型,并将该本构模型嵌入到ABAQUS有限元软件中,开展了静力荷载作用下微观NPR锚杆的数值分析。对比试验结果和数值分析的结果可以看出,两者具有较好的一致性,表明所建立的本构模型能够较好地表现微观NPR锚杆的力学特性。

基于特征匹配度与异类子模型融合的安全性评估方法

机器学习模型的好坏影响预测精度、输入与输出结果的拟合情况。在复杂系统中,使用单一模型评估系统安全性问题时容易受数据量、数据格式、模型结构以及环境干扰等因素影响,使得这个模型在解决某个问题的能力上比较出色,而在解决其他问题时,结果却不尽如人意。针对上述问题,提出一种基于特征匹配度和异类子模型融合的安全性评估方法。首先,按照采样数据的输出值划分不同规模的数据集并构建子模型;其次,通过计算每个新数据对于这些子模型的匹配度,进而得到每个子模型的权重;最后,根据权重大小融合所有子模型的子输出得到最终的多模型融合结果。所提方法对山东省济宁市霄云煤矿采掘数据集进行研究,实验结果表明,该方法与多样本单模型、少样本单模型和传统多模型方法相比,在以330/70的比例来构建子模型的情况下均方根误差(RMSE)分别降低了15.13%、51.67%和12.46%,该方法充分集成各子模型所能提供的有效信息,减少和分散单一模型的预测误差,以提高模型的预测精度和泛化能力。

以光亮面积百分比表征岩石结构面粗糙度

为简化抗剪强度计算过程,通过光亮面积百分比(BAP)计算结构面三维粗糙度。该方法以天然板岩结构面为研究对象,选取起伏差异较大的表面形貌区域,分别提取4组不同取样对象的点云数据,复现Surfer和Matlab计算结构面BAP值的粗糙度提取原方法。结果表明,取样手段不同,各向异性分析结果存在一定差异,且该方法获取的精度和实现效率均较低。针对不同软件应用该方法进行灰度分析时的差异性,提出了一种Matlab一体式的BAP优化分析方法;进一步对比Matlab中配置的Shaderel和Surfer 2种函数条件下的光源模拟结果,发现前者灰度图更清晰,计算该光源条件下的BAP值并结合公式量化评价三维粗糙度JRC^(3D)值,对比分析4种试样形状下JRC3D和θ_(max)^(*)/(C+1)值的各向异性统计特征,验证该方法的适用性,对边坡稳定性评估具有重要意义。

软岩隧道NPR锚索主动控制关键技术

为解决横断山区软岩隧道的大变形问题,本文以云南省昌宁至保山高速公路昌宁隧道为工程背景,采用理论分析、现场试验等方法,从作用机理、支护方案、施工工艺等方面对软岩隧道开展了高预紧力恒阻大变形(NPR)锚索主动支护及关键技术研究。结果表明:被动支护下,隧道围岩节理裂隙发育、黏土矿物含量高、围岩强度低、微观结构存在细小溶蚀孔、结构疏松等是昌宁隧道围岩发生变形破坏的主因;提出了“NPR锚索+PR锚索+“W”钢带+高强柔性网”主动支护技术,并通过现场松动圈测试等试验,确定了NPR锚索、PR锚索等的支护参数;针对极破碎围岩及含水软岩的特殊环境,提出了“先喷后支+复喷”和“锚固端下缘封堵+钢绞线端头加丝”NPR锚索主动支护优化技术;现场试验结果表明,NPR锚索主动控制技术能够有效控制软岩隧道围岩大变形,最大变形量由原来的2125 mm控制到300 mm以内,保障了隧道支护结构的安全。

香炉山隧洞不良地质段“L”型地面超前注浆方案研究

为解决隧道(洞)建设过程中不良地质段突泥涌水和软岩大变形等问题,依托滇中引水工程香炉山隧洞,提出一种采用全孔长度超过500 m的地面“L”型定向钻孔注浆并辅以洞内超前注浆的加固方法,在实际工程中确定这一方法的具体设计方案。首先,通过现场地质调查与分析,揭示不良地质区段香炉山隧洞建设的技术难点;其次,介绍“L”型定向钻孔注浆的施工过程及注浆工艺;然后,设计出一种能够提高地层稳定性的“L”型地面超前注浆方案,并对地层进行加固;最后,采用掌子面揭示、注浆技术以及大地电磁检测等手段证明现场注浆效果。研究结果表明:1)“Z1+Z2+Z4”钻场设计为最优地面超前注浆技术方案;2)“L”型定向钻孔注浆辅以洞内超前注浆技术可满足盲区注浆区域覆盖问题,实现真正意义上的超前治理。

爆炸冲击波和爆生气体的动态作用演化机制的实验与数值分析

在岩石爆破过程中,爆炸冲击波和爆生气体的波动机理尚不清楚。通过高速纹影系统和超压测试系统并结合AUTODYN数值模拟分析,对爆炸冲击波和爆生气体的波动机理开展研究。设计了不同炸药类型和装药结构下的5种药包,通过纹影照片直观地显示爆生产物的动态作用演化过程。对比分析5种情况下爆炸冲击波和爆生气体在流场中的波动变化,将数值模拟结果与纹影实验结果进行对比并反演了炸药内部爆轰波动过程。结果表明:爆炸冲击波与爆生气体一开始伴随扩展,并以起爆点为中心向外以球形传播。在传播过程中,爆炸冲击波与爆生气体逐渐分离,爆炸冲击波传播速度大于爆生气体的传播速度。在不同的装药结构情况下,爆炸冲击波和爆生气体的分离特征不同,分离的时间随药包外壳约束作用的增强而缩短。在不同的炸药类型情况下,爆炸冲击波和爆生气体的波动形态基本相同,但因炸药材料本身物理力学参数不同,所以爆炸冲击波和爆生气体传播过程中的速度和压力变化会有差异。当存在切口时,爆炸冲击波和爆生气体会优先从切口处向外传播,然后向其他方向进行绕流,切口方向的压力和速度都会变大,切口方向能量集中且管壁优先破坏,达到定向破坏的效果。数值模拟中爆炸冲击波和爆生气体的波动变化形态与纹影实验结果在形态上较为吻合。

多灶性甲状腺乳头状癌高容量淋巴结转移预测模型研究

目的构建并验证多灶性甲状腺乳头状癌(multifocal papillary thyroid carcinoma,MPTC)高容量淋巴结转移(high-volume lymph node metastasis,HVM)的列线图预测模型。方法选取2010年1月至2024年1月于杭州市第一人民医院(A中心)及杭州市肿瘤医院(B中心)分别确诊的1146例和234例MPTC患者作为研究对象。A中心患者以7:3的比例采用随机数字表法分成训练集(n=803)和测试集(n=343),B中心34例患者作为外部验证集。通过单因素和多因素Logistic回归分析在训练集中筛选HVM的独立风险因素,并构建列线图预测模型,测试集和外部验证集用以评价模型的泛化能力,通过受试者操作特征曲线下面积(area under the curve,AUC)、敏感度、特异性评价模型的区分能力。结果A中心和B中心发生HVM的概率分别为13.3%和12.8%。单因素及多因素Logistic回归显示,男性(OR=2.91,95%CI:1.835~4.599)、病灶最大径(OR=1.05,95%CI:1.021~1.070)和年龄(OR=0.95,95%CI:0.936~0.972)均为发生HVM的独立风险因素。基于独立风险因素构建列线图预测模型,AUC、敏感度和特异性在训练集中分别为0.767、72.6%和70.2%,在测试集中分别为0.838、94.9%和68.4%,在外部验证集中分别为0.769、63.3%和84.3%。校准曲线显示与理想曲线具有良好的一致性。结论基于临床风险因素构建的预测模型可有效预测MPTC患者发生HVM的概率。