补骨脂素对人牙周膜干细胞增殖、成骨分化的促进作用及其机制

目的观察补骨脂素对人牙周膜干细胞(hPDLSCs)增殖、成骨分化的促进作用,并探讨其机制。方法将第三代hPDLSCs分为6组,5、10、25、50、100μmol/L补骨脂素组加入5、10、25、50、100μmol/L补骨脂素,对照组正常培养,采用CCK-8法检测细胞增殖能力,比色法检测碱性磷酸酶(ALP)活性,茜素红染色检测成骨诱导矿化结节。另取第三代hPDLSCs并分为两组,25μmol/L补骨脂素组加入25μmol/L补骨脂素,对照组正常培养,采用RT-PCR法检测转录因子2(Runx2)、骨桥蛋白(OPN)mRNA。结果与对照组比较,5、10、25、50、100μmol/L补骨脂素组细胞增殖能力和ALP活性增加,25μmol/L补骨脂素组细胞成骨矿化结节增加(P均<0.05);与5μmol/L补骨脂素组比较,25、50、100μmol/L补骨脂素组细胞增殖能力及10、25μmol/L补骨脂素组细胞ALP活性和25μmol/L补骨脂素组细胞成骨矿化结节增加(P均<0.05);与10μmol/L补骨脂素组比较,25、50、100μmol/L补骨脂素组细胞增殖能力增加(P均<0.05);与25μmol/L补骨脂素组比较,50、100μmol/L补骨脂素组细胞ALP活性降低(P均<0.05)。与对照组比较,25μmol/L补骨脂素组Runx2、OPN mRNA相对表达量增加(P均<0.05)。结论5~100μmol/L补骨脂素均能促进hPDLSCs的增殖和成骨分化,在5~25μmol/L呈剂量依赖性增强,在50~100μmol/L变化不明显;补骨脂素促进hPDLSCs的增殖和成骨分化的机制可能与调节Runx2信号通路有关。

不同倾角裂隙混凝土试件动态力学破坏特性试验研究

为了探讨含不同倾角裂隙的混凝土试件在冲击荷载作用下的力学特性及破坏规律,采用分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar, SHPB)对含有5种不同倾角裂隙的混凝土试件进行了冲击试验,借助高速摄像系统实时捕捉了裂纹扩展和动态破坏过程。结果表明:倾角为30°的裂隙试件的反射波波幅相对最大,倾角为0°的裂隙试件的反射波波幅相对较小。当预制裂隙倾角为0°时,冲击波耗散较少,透射波波幅较大;当预制裂隙倾角为60°时,冲击波耗散较多,即当应力波传播方向与预制裂隙夹角为60°时试件最容易发生破坏。冲击荷载下新形成的裂纹整体上均沿着预制裂隙尖端起裂、扩展和贯通,破坏模式主要为压应力作用下的张拉破坏;在相同预制裂隙宽度下,长度为20 mm预制裂隙的破坏形式比10 mm长度预制裂隙试件更加简单,形成新裂纹的数量相对较少,且更容易沿预制裂纹尖端方向向外起裂;巴西圆盘试件在冲击荷载的破坏形式与预制裂隙长度密切相关,与裂隙宽度关联性较弱。

裂隙与持续荷载影响下砂浆锚杆腐蚀退化的试验研究

锚杆是岩土工程中应用最广泛的锚固结构之一。锚杆腐蚀严重影响锚固结构的长期使用性能,导致锚固工程过早失效破坏。砂浆锚杆的腐蚀退化机理尚不完全清楚,特别是考虑到岩体的天然裂隙和锚杆所受到的持续荷载作用。本文考虑天然裂隙和持续荷载,开展了锚杆腐蚀退化综合试验研究。对不同位置裂隙的混凝土-砂浆-锚杆试件进行了腐蚀试验。采用可施加持续应力装置对锚杆施加连续的轴向载荷,并采用电化学方法加速锚杆腐蚀。通过对不同腐蚀时间的锚杆进行拔出试验,得到了腐蚀试件的黏结滑移关系。进一步讨论了天然裂隙和连续荷载对锚杆腐蚀特性、腐蚀机理和黏结性能退化的影响。结果表明,锚杆腐蚀显著降低了砂浆锚杆的黏结强度和临界滑移长度。腐蚀程度为3.45%~4.98%的锚杆黏结强度较腐蚀前下降39.5%~65.8%。锚杆在天然裂隙附近更容易发生局部腐蚀。天然断裂越靠近加载端,腐蚀引起的黏结强度退化越严重。轴向载荷越大,腐蚀退化越明显。本研究解释了砂浆锚杆在裂隙岩体中的腐蚀退化机制,为锚杆支护耐久性设计提供了参考。

面向2035年的金属矿深部多场智能开采发展战略

深部开采是金属矿产资源开发的必然趋势,向地球深部进军,着力推动采矿行业智能化改造升级,开展深部智能化开采技术研究具有重要的战略意义.立足国家深地战略背景,剖析金属矿深部资源开发对采矿科学技术发展的需求,依托工程技术预见技术方法开展全球技术态势分析,梳理出本领域关键热点和前沿技术清单,后经专家研判,形成面向2035年的金属矿深部多场智能开采基础理论和深部开采环境智能感知、深部开采过程智能作业、深部开采系统智能管控三大类前沿技术.在此基础上,提出了我国面向2035年的金属矿深部多场智能开采发展战略、重点任务、技术路线,包括发展目标与需求、基础研究方向、关键技术装备等.针对我国金属矿深部开采技术变革和智能化升级的科技发展路径,从政策、产业、技术、人才等方面提出了发展和保障建议.

矿产与地热资源共采模式研究现状及展望

地热能作为一种绿色清洁且储量巨大的可再生能源,在降低矿产资源深部开采成本方面具有显著优势和发展潜力.充分利用深部岩体中蕴藏的地热能,不仅可以有效缓解矿产资源开采中的热害难题,而且有利于促进我国能源产业的绿色低碳和可持续发展.在梳理当前可能伴生有地热资源的矿产资源基础上,对现有的矿-热资源共采技术进行了回顾和总结,分析展望了未来矿-热资源共采的新模式,介绍了基于卤水循环系统的矿-热资源共采、基于开挖技术的矿-热资源共采、基于充填采矿法的矿-热资源共采、基于溶浸采矿法的矿-热资源共采和基于废弃矿井再利用的矿-热资源共采等技术方案,同时指出了矿-热资源共采所面临的主要挑战,包括加强矿-热共同赋存区勘探、发展深部高温坚硬岩层破岩与掘进技术、加强深部多场耦合环境岩石力学理论与试验研究、建立矿-热资源共采热能分级利用体系.相关研究成果旨在释放矿产资源开采中的地热能发展潜力并促进地热资源的规模化利用,可为我国深部矿产资源开采和地热资源开发提供有益的参考和借鉴.开展矿产与地热资源共采战略研究,有望为推进我国深部资源开发和实现“碳达峰、碳中和”的双碳目标提供一条有效途径.

多形态裂隙砂岩水力耦合破坏过程与增透机理试验研究

水力耦合激活岩石天然裂隙,诱导裂隙扩展形成复杂裂隙网络,增加岩石渗透性是矿产地热共采体系中的关键技术.本文通过预制含单裂隙、T型裂隙和Y型裂隙的砂岩试样,进行三轴水力耦合试验,研究多形态裂隙砂岩的关键阈值(闭合应力、起裂应力、损伤应力、峰值强度)、弹性模量、泊松比以及破坏模式等力学特性,同时开展裂隙渐进演化过程中声发射和渗透率的演化规律研究,进一步分析水力耦合作用下裂隙岩石增透机理.结果表明:多形态预制裂隙砂岩试样在水力耦合作用下,既有裂隙均通过拉伸、剪切或混合模式扩展形成次生裂纹,构成裂隙网络,试样渗透率显著增加.单裂隙试样的次生裂隙以剪切破坏为主,T型和Y型裂隙试样的次生裂隙为剪切破坏和张拉-剪切破坏两类.此外,多形态裂隙对试样强度的影响大于水的弱化作用.随着轴压增大,岩石渗透率峰前阶段先减小后增大,达到强度破坏时突跳增大.当试样达到峰值后应力突然下降时,渗透率达到最大值,渗透率增透效果最好.预制裂隙角度和形态的变化对突跳系数的影响幅度较小,单裂隙的平均突跳系数值大于Y型裂隙大于T型裂隙.研究结果有助于理解裂隙破坏和流体流动行为,进而指导矿产地热共采的工程.

高温花岗岩热冲击后力学特性及损伤演化规律研究

在干热型地热资源开发过程中,高温岩石面临遇水冷却引起的热冲击损伤问题.为了研究高温花岗岩在热冲击作用后的力学特性和损伤演化规律,开展了25~600℃范围内不同温度热冲击作用下花岗岩试件的单轴压缩试验,获得了热冲击花岗岩试件的应力-应变关系;提出了一种考虑初始热冲击损伤与加载期间试件微元破裂损伤相结合的热-力耦合损伤本构模型,并对统计损伤本构模型的相关参数进行了理论求解;考虑热冲击损伤引起的孔隙结构劣化效应,引入压密系数对热冲击花岗岩的本构关系进行了修正;通过试验应力-应变曲线对模型的有效性进行了对比和验证,讨论了温度水平对热冲击花岗岩单轴压缩损伤演化规律的影响.研究结果表明,随着热冲击温度的升高,花岗岩试件的初始热损伤不断增大,应力-应变曲线具有明显的非线性压密阶段;引入压密系数修正的统计损伤本构模型能够更加准确地表征热冲击花岗岩在初始加载阶段的非线性压密特征;在热冲击温度较低时,损伤变量演化曲线上升较为陡峭,随着热冲击温度的升高,曲线上升速率逐渐变缓并由非线性向线性转变.

地下工程锚固结构腐蚀耐久性研究进展

为深入了解地下工程锚固结构的腐蚀影响因素及其作用机制,提高地下空间永久支护结构的耐久性和长期稳定性,通过梳理国内外文献,系统总结和分析了当前国内外在地下工程锚固结构腐蚀耐久性方面的研究进展和成果.指出了地下锚固结构腐蚀耐久性研究的必要性和紧迫性,简述了锚固结构应力腐蚀开裂机理及应力腐蚀评价方法,归纳总结了地下锚固结构腐蚀影响因素,论述了各影响因素的研究现状与作用机制,介绍了时效性分析和可靠性评估在锚固结构耐久性研究方面的应用.最后基于以上分析,对地下锚固结构腐蚀耐久性问题的发展趋势进行了多方面的展望,指出静态分析向动态分析转变、定性研究与定量研究相结合、单因素分析向多因素分析发展、宏观研究向微观研究深入、确定性分析向概率和随机性分析进化,是推动地下工程锚固结构腐蚀耐久性发展的重要研究方向.

正交型交叉裂隙岩石强度特征与破裂机理试验研究

工程岩体是具有各向异性的非均匀地质体,隧道开挖或服役过程中由于岩体节理、裂隙诱发的片帮、冒顶等事故时有发生,造成严重的人员伤亡和经济损失。天然岩体中裂隙主要以交叉形态分布,为了探究裂隙对岩石力学特性及破裂特征的影响规律,利用线切割设备对岩石试样预制不同分布状态的正交型交叉裂隙,借助声发射和表面应变测量系统对单轴压缩条件下裂纹起裂应力、裂纹扩展路径与应力性质进行计算与分析。研究结果表明,裂隙长度对岩石强度的影响作用较小,裂隙与加载方向的夹角是影响岩石强度的最主要因素。岩石峰值强度与弹性模量均随主裂隙倾角的增大呈先增加后减小的变化规律,当主裂隙倾角α=90°时,岩石试样的力学指标达到最小值;正交型裂隙试样中主裂隙或次裂隙端部更容易产生起裂破坏,起裂位置与预制裂隙倾角息息相关;裂隙岩石的破裂具有显著方向性,正交型裂隙岩石的起裂裂纹主要呈翼型或反翼型,当α<45°时,主裂隙对起裂起到主控作用,次裂隙的存在对裂纹扩展具有导向作用;当α>45°时,起裂裂纹主要位于次裂隙端部,起裂由次裂隙控制。与完整试样相比,裂隙岩石试样整体失稳破坏前产生多次声发射突增现象,即加载过程中产生多次破裂,正交型裂隙试样起裂应力集中于0.22σc^0.34σc,起裂发生在较低应力水平;当岩石中存在与加载方向垂直的裂隙时,岩石的破裂与破坏受此类裂隙的影响最为显著。

预制裂隙花岗岩的强度特征与破坏模式试验

为了探究单轴压缩条件下裂隙岩石的强度特性、裂纹起裂规律及破坏模式,采用水刀切割技术预制裂隙花岗岩试件,利用GAW2000刚性试验机对单裂隙花岗岩试样进行单轴压缩试验.试验结果表明:与完整试样相比,裂隙岩石试样单轴抗压强度明显降低,降低幅度与预制裂隙和外荷载方向的夹角β密切相关,β=75°时,强度最低,降幅达到84. 5%,基于最大畸变能准则计算了裂隙花岗岩的峰值抗压强度与裂隙倾角的关系,试验结果与数值解吻合;裂隙的存在改变了岩石的破坏模式,裂纹起裂角随裂隙倾角的增加而单调增大,岩石试样的破坏模式由剪切破坏为主转变为张拉破坏占主导.真实裂隙岩石试样的力学性质及裂纹起裂特征更准确地揭示了单裂隙花岗岩的强度变化规律和破坏模式,为岩土工程设计和巷道裂隙围岩体的支护提供科学依据.

含预制裂隙花岗岩破坏的细观多相颗粒流模拟

基于断裂力学理论,分析了单轴压缩条件下,裂隙倾角对岩石裂纹起裂的影响.根据花岗岩矿物组分,建立了包含长石、石英和云母三相结构的细观颗粒流模型,模拟不同裂隙倾角下花岗岩的单轴压缩破坏过程,得到了花岗岩裂纹起裂、强度、应力应变、破坏形态等力学特征.研究结果表明:岩石试样优势起裂角为24°~30°,定向裂隙对裂纹起裂具有导向、促进作用;裂隙花岗岩的起裂应力和峰值强度随裂隙倾角的增大均表现为先减小后增大的变化趋势,当裂隙倾角为45°~60°时,岩石试件强度最低;裂隙花岗岩试样的压缩变形主要为裂隙面的变形,预制裂隙与新生裂隙的连接与贯通形成的宏观破裂面导致岩石破坏;花岗岩矿物组分比例对裂隙花岗岩强度有一定影响.

裂隙巷道围岩采深-强度响应面模型研究

为研究节理发育带岩石的强度特性在不同开采深度下的变化规律,并对裂隙巷道围岩进行强度预测,以云南某矿区内从800~1500 m不同深度的灰质白云岩为研究对象,从节理发育程度、岩体弹性模量变化及岩石含水率三个受深度变化影响且影响岩石强度特性的因素展开分析,通过数值正交模拟探究不同影响因素与节理发育带岩石抗压强度之间的响应函数,进而建立节理发育带岩石强度与岩体埋深之间的响应关系.发现对于该地区裂隙巷道围岩的单轴抗压强度,影响最显著的因素为节理间距.最后利用实测实验结果对响应关系进行验证,研究结果表明:所得到的采深-强度响应面函数与实测值响应性较好,适用于计算该区域内不同埋深的岩石的单轴抗压强度,且随着岩石埋深的加深,其强度值越靠近该深度下岩石单轴抗压强度值分布的均值,可以将该响应模型用于深部裂隙巷道围岩强度预测.