聚氨酯泡沫注浆修复材料泡孔结构特征及抗压性能研究进展

聚氨酯泡沫(PUF)注浆修复材料以轻质高强、快凝高膨胀等优势,在基础设施修复加固领域得到了广泛的应用。抗压性能是工程修复材料十分重要的力学指标之一,而材料的微观结构对其宏观力学行为有决定性影响。近年来,国内外专家学者对PUF注浆修复材料的微观结构特性和抗压性能进行了大量研究,但尚未见到系统性总结。本文介绍了PUF注浆修复材料的定义及反应过程,综述了其微观泡孔结构特性、压缩应力-应变关系和本构模型,从宏微观角度讨论了其变形和破坏机理,总结了密度、试件尺寸、应变率和特殊环境工况对压缩性能的影响机理及规律,最后展望了PUF注浆修复材料未来的研究方向。

高聚物注浆修复的面板堤坝探地雷达波场特征分析

针对高聚物注浆修复堤坝面板脱空病害的修复效果问题,依据实际堤坝面板层间结构和材料介电参数,基于时域有限差分法和完全匹配层边界条件建立了高聚物注浆修复面板脱空堤坝的探地雷达电磁波计算模型,分析了雷达中心频率、面板脱空修复程度及脱空区域大小、面板厚度及配筋等因素对高聚物注浆修复面板脱空堤坝探地雷达波场特征的影响。结果表明:随着激励源中心频率增大,探地雷达剖面图分辨率逐渐增加;随着脱空区域长度增加,探地雷达剖面图中产生的水平状界面反射波增长;随着脱空区域深度增加,探地雷达剖面图水平状反射线之间时间间隔逐渐增大;随着堤坝面板厚度增加,在面板脱空修复区域绕射波和衍射波幅值减小;探地雷达发射的电磁波遇到钢筋时将产生能量较强的绕射波,强绕射波将脱空区域上下分界面的反射波分割开,难以判断反射波的水平长度。根据高聚物注浆修复面板脱空堤坝的探地雷达波场特征,能有效判断堤坝面板脱空区域的高聚物注浆修复效果,有助于解释实际堤坝面板高聚物注浆修复效果的探地雷达图像。

宿迁市河流生态水位管控目标与预警机制分析

针对宿迁市近年水环境保护与水生态修复实践,阐述了宿迁市开展的第一批及相关重要河道生态水位制定情况与实施政策,分析了河道生态水位管理的工程调度原则与预警机制方案设计等技术内容,提出了河道生态水位管控目标保障措施。相关技术方法对构建完善的生态水位目标管控长效机制,提升宿迁市河湖水生态环境质量具有重要决策参考价值。

复合干热胁迫下黄土高原夏季植被脆弱性评估

随着气候变化的加剧,高温干旱事件频发,对植被健康生长造成了严重影响。针对相关性方法难以准确刻画复合干热胁迫下植被脆弱性的问题,利用1982—2015年去趋势和标准化的归一化植被指数(detrended and standardized normalized difference vegetation index,SNDVI)、标准化降水蒸散发指数(standardized precipitation and evapotranspiration index,SPEI)和标准化气温指数(standardized temperature index,STI),构建基于Vine Copula的复合干热胁迫下植被脆弱性评估模型,量化黄土高原不同土地利用类型和气候区植被对高温干旱的响应关系。结果表明:1)黄土高原大部分区域SNDVI与SPEI呈正相关关系,与STI呈负相关关系,草地SNDVI与SPEI、STI的相关性最高,其次为耕地,林地最低;2)相对于单一干旱或高温事件,复合干热事件进一步加剧了植被脆弱性,复合干热胁迫下黄土高原6、7、8月植被损失概率分别为0.51、0.57和0.55,较高的区域集中在陕西北部、宁夏、甘肃东部和内蒙古等地区;3)黄土高原地区不同植被类型对复合干热的脆弱性各异,脆弱性从大到小依次为草地、耕地、灌木、林地。研究结果有助于深入了解植被对气候极端事件的响应,支持应对气候变化的陆地生态系统风险管理。

苏北平原区河流生态水位阈值计算方法适用性研究

针对平原区多数河流缺乏有效的流量资料的情况,研究适用于平原区河流生态水量阈值的计算方法具有重要现实意义。本文对比分析7Q10法、保证率法、湿周法、基于Tennant改进的生态水位法等4种代表性生态水量计算方法与结果,以水文节律、生态水位满足度为判别原则,评价了上述方法的适用性。分析结果显示:(1)在水文节律相应性方面,7Q10法、Q90法、湿周法计算的生态水位值为单一的特定值,无法反映水文节律的天然变化过程;(2)在生态满足度方面,7Q10法的多年平均生态水位的满足度最小;(3)基于Tennant法改进的生态水位法的水文节律模拟效果最好、生态水位满足度最高。研究表明:在选择的4种计算方法中,相较于7Q10法、Q90法及湿周法,基于Tennant法改进的生态水位法能较好地满足水文节律相应性和生态水位满足度原则,对平原区河流生态水位(阈值)计算具有一定的适用性。该研究成果可为苏北平原河网区流量资料缺乏型河流生态需水的确定和管理提供有益的参考。

玻纤增强甲基丙烯酸酯基UV-CIPP材料抗弯性能及失效分析

管道修复用紫外光原位固化(Ultraviolet cured-in-place pipe,UV-CIPP)材料是一种玻纤复合材料,其抗弯性能是评价管道修复效果以及材料优化设计所需的重要参考指标。以玻纤增强甲基丙烯酸酯基UV-CIPP材料为研究对象,考虑固化时间、固化距离、紫外灯功率和材料厚度的影响,基于融合高清视频和SEM观测的三点弯曲试验,对玻纤增强甲基丙烯酸酯基UV-CIPP材料抗弯性能和失效机制进行了研究。结果表明,UV-CIPP材料的失效过程可以分为三个阶段:弹性阶段、基体开裂阶段和玻纤布断裂阶段,基体开裂、脱粘分层和纤维拉拔断裂是玻纤增强甲基丙烯酸酯基UV-CIPP材料弯曲失效的主要原因。在单一变量影响下,玻纤增强甲基丙烯酸酯基UV-CIPP材料弯曲强度和弯曲模量随固化时间、固化距离和紫外灯功率的增大均呈现出先增大后减小的趋势,随着材料厚度的增大却逐渐减小。本研究不仅为UV-CIPP材料的优化设计提供了参考依据,也为国产化UV-CIPP材料的发展奠定了重要基础。

基于耦合协调性的区域洪水资源利用评价

为全面理解和优化区域水资源利用格局、提高区域水资源利用率,以南水北调东线工程江苏段主要涉及的徐州、宿迁、淮安3个城市为研究对象,以2010-2022年数据为基础从基于洪水资源开发利用的水资源利用、经济社会发展、生态环境保护3个维度,采用共23项指标在使用熵权法确定权重的基础上,构建基于洪水资源开发利用的水资源利用-经济社会-生态环境系统容量耦合协调发展模型,并结合匹配度模型进行比较分析,运用障碍度模型分析影响耦合协调发展的因素。结果表明:3个城市的综合系统发展水平均由初级阶段上升到良好阶段。徐州、宿迁和淮安市的耦合协调度变化分别为勉强协调到良好协调、初级协调到良好协调以及初级协调到中级协调,而3个城市耦合协调度在后期均超越匹配度,达到理想协调状态。影响协调度的主要障碍因子为洪水资源利用潜力、森林覆盖率以及洪水资源量,且对于3个系统的障碍度分析,3个城市各自有不同的主导影响因素,徐州市复合系统耦合协调度主要受水资源利用影响较大,宿迁市受经济社会影响较大,而淮安市则受生态环境影响较大,因此,各市应当合理利用水库及蓄滞洪区的削峰、调蓄能力,增加洪水资源可利用量,提高洪水资源利用效率,降低洪灾发生频率,在保证经济和生态用水效率的同时,减少因洪灾带来的经济及生态损失。

基于高聚物渗透注浆的半刚性基层路面承载性能恢复研究

针对长期运行的半刚性基层路面基层承载力下降的问题,选用新型非水反应类高聚物材料,进行基层注浆修复以恢复结构层性能.在落锤式弯沉仪检测的基础上,建立基层性能劣化的弯沉盆指数评价方法.基于渗透型高聚物材料,采用静压法制作不同密实度的半刚性基层材料试件,进行无侧限抗压强度试验,揭示渗透注浆对基层性能提升特征.通过改变注浆间距、注浆深度和注浆量等参数,现场开展高聚物渗透注浆试验,结果表明:渗透性高聚物注浆材料与半刚性基层材料结合紧密,在基层材料中渗透性好,显著提升半刚性基层的承载性能,实现基层承载功能的恢复.

高聚物碎石混合料单轴受压性能试验研究

高聚物注浆材料具有成型快、膨胀性高、抗拉性能好等特点,与碎石桩相结合应用于地基处理中具有明显优势.为了检测高聚物碎石混合料的变形和承载能力,试验研究了轴压荷载作用下高聚物碎石混合料的力学响应,对其应力-应变全曲线的特征、高聚物密度和碎石粒径的影响规律进行了分析.结果表明:高聚物碎石混合料具有优越的变形能力;应力-应变曲线在达到峰值荷载以前呈现典型的三阶段特征,在达到峰值荷载以后具有应变软化特性;高聚物密度对高聚物碎石混合料的变形和强度影响较大,随着高聚物密度的增加,高聚物碎石混合料脆性增加、强度提高;碎石粒径对高聚物碎石混合料的抗压性能影响较小.

交通和运行荷载耦合作用下管道承插口力学响应研究

承插式混凝土管是目前最为常见的城市排水管道结构形式,在管内流体和上覆荷载的耦合作用下可能发生接头破坏,进而引发管道渗漏。基于Abaqus和Fluent有限元软件建立了考虑橡胶圈承插口的排水管道三维精细化模型和管内流场模型,在充分考虑管土相互作用、承插口和橡胶圈接触以及管内流体的情况下,借助MpCCI(mesh-based parallel code coupling interface)平台联立求解了结构和流体模型,重点研究了不同流量、交通荷载大小和作用位置对承插口动力响应的影响规律。结果表明,在多场荷载的作用下,中心管节的最大主应力和竖向位移最大,且管底和管顶的应力分布规律相同,均受拉,但管底的应力值稍大;流量的改变对承插口的力学响应影响较小;交通荷载幅值大小对承插口的最大主应力和竖向位移的作用较显著,且影响集中在中心管节;荷载作用位置的移动对承插口竖向位移和管顶、管底的力学响应影响较明显。

郑州城市暴雨特性研究

根据郑州城市暴雨资料,结合网络爬虫技术、IDF曲线和暴雨衰减指数对郑州市不同时期的短历时暴雨规律进行研究,结果表明:(1)郑州市近几年短历时暴雨主要为单峰降雨类型,且以1h为主,其综合雨峰系数为0.39;(2)郑州市现行2002年暴雨强度公式设计值偏小,已不能准确反映近期暴雨特征,亟待修正;(3)1a重现期下,暴雨强度-历时双对数曲线在20min时出现明显转折,超过1a重现期,暴雨强度-历时双对数曲线在30min时出现明显转折,暴雨衰减指数增大。

脱空排水管道高聚物修复前后力学特性分析

高聚物注浆技术是一种经济高效的排水管道渗漏脱空处置方法,但修复后管道力学性能恢复状态尚不明确.基于ABAQUS软件建立了道路结构、路基土体及管道相互作用的三维有限元模型,对比分析了正常管道、脱空管道和高聚物修复管道在交通荷载作用下的纵、环向力学特性.结果表明,交通荷载对其作用位置两侧6 m和4 m范围内管道的应力和变形影响显著,影响程度与荷载大小呈正相关;各管节处Mises应力高度不连续;交通荷载为1. 0 MPa时管道受力和变形明显大于交通荷载为0. 5 MPa时;高聚物修复管节脱空后管道受力和变形均恢复到了正常管道水平,达到了可靠有效的修复效果.研究成果为实施针对性管道修复提供了理论依据.

水平钢筋连接对装配式复合剪力墙节点抗震性能的影响

为研究水平钢筋连接方式对复合剪力墙节点抗震性能的影响规律,设计了水平钢筋伸入暗柱或不伸入暗柱两类组合节点。在循环荷载作用下,对两类节点共4个试件分别进行了抗震试验。通过对复合剪力墙节点的受力变形、破坏特征、滞回特性、延性以及耗能能力等方面进行研究,分析了复合剪力墙连接节点的抗震性能。通过对承载及变形、延性及耗能等指标进行对比分析发现:水平钢筋连接节点的开裂、屈服及极限荷载分别提高了2.42%、10.84%和9.25%;延性系数提高了10.26%;耗能系数提高了8.70%。研究结果表明:对剪力墙节点进行合理配筋和连接,可以有效地提高节点试件的整体抗震性能。

工艺路径对多层多道激光熔覆残余应力的影响

采用盲孔法测量Q345钢块表面多层多道激光熔覆Co基涂层的残余应力,研究了熔覆工艺路径对激光熔覆残余应力的影响.结果表明,平行焊道方向的残余应力远大于垂直焊道方向的应力,且均为拉应力;增加激光熔覆层单层厚度,熔覆层及试板背部基材残余应力明显增大.与两层熔覆层激光焊道平行叠加的熔覆路径相比,采用两层熔覆层垂直交叉的熔覆工艺路径,降低了熔覆层的残余应力,采用分区熔覆且每个区域各熔覆层垂直交叉堆焊的熔覆工艺路径,熔覆层残余应力水平最低;熔覆前对试板进行2mm的预弯变形对涂层残余应力影响不明显,但显著降低了试件背面的残余应力.

黄河大堤高聚物防渗墙稳定性分析

为防止黄河大堤发生渗漏、管涌等险情,确保郑焦城际铁路桥跨越黄河大堤工程安全,建立考虑渗流场与应力场耦合作用的三维大堤数值模型,分析堤前水深、高聚物防渗墙厚度和密度等因素对大堤防渗墙体应力变形规律的影响。结果表明:高聚物防渗墙防渗效果及稳定性优于混凝土防渗墙;高聚物防渗墙厚度越大,墙体的水平位移和受到的竖向压应力越小,墙体所受竖向压应力随墙体高度增加减小;堤前水位越高墙体所受压应力越小,水平位移越大;当高聚物取不同密度时,墙体水平位移变化规律一致,随着墙高增加先增大后减小,位移最大部位在墙体中部。

基于遗传BP神经网络的煤矿爆破振动特征参量预测

为了解决矿区爆破振动产生的危害大、影响因素多、特征参量监测结果离散和计算非线性的问题,通过建立基于遗传算法优化BP神经网络预测模型来拟合煤矿爆破振动参数与特征参量之间的非线性关系,并采用该模型对煤矿爆破振动特征参量进行了准确的预测。研究结果表明:在实际工程中,GA-BP神经网络模型对确定不容易测量的爆破振动特征参量能有效预测,同时又能节约大量人力和财力;GA-BP神经网络预测模型较经验公式、BP神经网络预测模型有更强的解决复杂非线性问题能力,其预测值与实际值的相对误差在10%以内,不易陷入局部极小值,稳定性更好,平均预测精度较高;从使用的样本数量可知该模型可为小样本、多因素影响参数预测问题提供一种切实有效的方法,且工作量小而灵活,适用性广泛。

城市供水管网极端寒潮灾害影响特征与设防标准

近年来随着全球气候变化,城市遭遇极端寒潮灾害频发,经常对城市关键基础设施大型供水管网造成破坏。为此,以上海市为例,研究城市供水系统寒潮灾害影响规律及设防标准,通过对上海市2020年底到2021年初的极端寒潮事件进行研究,分析寒潮过程中供水系统压力、流量、管道维修以及其他供水设施功能受损情况。结合近60年的气象资料,对上海市历年气象寒潮事件进行统计分析,给出当日最低温度、24h降温、48h降温、72h降温、过程最低温度及持续时间6个寒潮特征指标的分布规律。同时,利用泊松分布计算了上海市年最低温度的重现期和超越概率,提出了水表等外露设施的温度设防建议标准,并针对气温数据和管道维修数据进行关联性分析,从维修率的角度识别对管道运行造成不利影响的温度基准。研究结果可为长三角地区城市供水行业安全运行与灾害防控提供理论和技术参考。

不规则缺陷管道失效压力影响因素及评价方法

采用实体有限元模型对不规则形状缺陷管道的失效压力进行研究,不规则缺陷由浅腐蚀缺陷和深腐蚀缺陷组成,深腐蚀缺陷包含在浅腐蚀缺陷内;分析深腐蚀缺陷的轴向间距和尺寸对不规则形状缺陷失效压力的影响;基于不规则缺陷等效形状的有效深度提出一种预测不规则形状缺陷管道失效压力的新方法,采用新的评价方法对不规则形状缺陷管道的失效压力进行预测。结果表明:深腐蚀缺陷轴向间距的增加会造成不规则缺陷管道失效压力增加,深度和长度增加会造成失效压力降低,而深腐蚀缺陷的宽度对失效压力基本无影响;新评价方法对不规则形状缺陷管道的失效压力的预测结果与不同等级管道的试验结果吻合较好。

供水管网大口径管道爆管事件形成机理与精细模拟

近年来城市供水管网爆管事件频发对城市的运行安全造成直接影响。结合2017年上海“11·16”溧阳路四平路爆管事件,系统介绍了本次爆管事件概况,同时,利用本次爆管事件现场调查数据,采用3D激光扫描技术和三维数值建模方法,对本次爆管管道进行了建模分析,研究了供水管道在存在初期裂缝情况下,裂缝末端应力集中与管内水压力和裂缝长度发展变化影响关系,采用动力分析方法模拟了管道从裂缝发展到管体破坏形成爆管的物理全过程。结果表明:在供水管网管道早期裂缝末端,由于应力集中管体裂缝继续发展,且随管道水压增大而增大,其增速与裂缝长度密切相关;管道发生开裂后其临界破坏水压随早期裂缝长度的增加而降低,结合本次爆管事件周边获得的3个测点实测水压分析可知,爆管管道早期裂缝断面圆心角应大于26°;管道爆管破坏过程模拟显示,管道残片随裂缝开展向管顶转动,直至形成贯通裂缝完全脱离管道,脱落管片在内水压及外部荷载作用下会发生剧烈的转动和向外弹射,从而形成爆管并产生极大的瞬间破坏作用。

基于Boosting-Monodepth的管道病害深度估计与三维重建

城市地下管道是城市的血脉经络,但随着排水管道的大量投入运营和使用年限增加,引发了一系列的管道病害安全隐患,如管道整体结构变形、内表面破裂和管中异物插入等问题,传统的病害图像视频采集、检测和后期病害分类甄选都是从二维视角出发,欠缺对三维空间信息(深度)的考虑。针对上述3种病害从生成深度图、由二维深度图重建三维管道病害这两方面进行研究,提出了一种基于boosting-monodepth的双重深度估计方法以提升深度图效果,最终生成画面连续一致、轮廓清晰的深度图。性能评估方面采用Abs-Rel、RMSE、SqRel、ORD和D3R等通用指标,与传统算法对比,结果显示boosting-monodepth的RMSE值降低了30%,精确度指标δ<1.25时,模型深度信息预测精确度提高了18%,此后以得到的深度图为基础重建管道病害三维点云,并在CloudCompare软件上三维可视化,最后采用随机采样一致算法测算病害深度并和实测数据对比证明其有效性和准确性。