长距离输调水工程大口径FRPM管道研发与工程安全保障技术

长距离输调水工程是中国新疆地区重要的基础生命线,其长久稳定运行对于促进经济平稳增长和保障居民供水安全至关重要。新疆位居大陆中心,属温带极端大陆性气候,其长距离输调水工程面临严峻的环境挑战。玻璃纤维增强塑料夹砂管(glass fiber reinforced plastic mortar pipes,FRPM)作为长距离输调水工程中重要的水工地下结构用材,凭借其优异的耐化学腐蚀、轻质高强、无二次污染、安装方便、综合造价低等诸多优良特性而被广泛应用于新疆地区。然而,传统FRPM管生成工艺在铺层设计与生产自动化程度方面存在一定局限,导致工程施工过程效率低下;同时,缺少统一的技术标准和设计规范也间接制约了其应用范围。此外,管道工程自动巡检技术与缺陷定量评价标准尚未统一,无法合理量化和准确评价整体工程质量。为此,依托北疆小洼槽供水工程,围绕长距离大口径FRPM管的管材铺层设计与制造工艺、工程设计、质量评定、自动巡检、运行监测与安全保障等关键技术,通过产学研用相结合,持续15年攻关,取得突破性创新成果:①引进吸收并创新了适合于长距离、高工作压力、以连续缠绕工艺为首选的FRPM管生产工艺,优化了大口径FRPM管材铺层设计方法,实现了供料—缠绕—固化—切割—检测全自动化控制,与国外同类产品标准相比,管道挠曲性能和轴向拉伸强度等提高了20%~50%;②提出了安全防护的工程和非工程措施,建立了长距离FRPM管不同缺陷类型危害性等级划分原则,创建了复杂地质条件下长距离FRPM管道工程安全评价理论与方法;③系统揭示了FRPM管质量缺陷产生机理,开发了FRPM管光固化片材局部修复工艺以及内衬聚乙烯(PE)的整体非开挖修复技术,提出了修复效果后评价方法,实现了对长距离FRPM管道工程运行安全的有效掌控。

考虑灌浆料龄期的钢筋-金属波纹管浆锚连接锚固性能试验研究

为研究钢筋-金属波纹管浆锚连接的锚固性能,设计制作18组连接件,并完成拉拔试验。基于试验结果研究钢筋锚固长度la、灌浆料龄期T与螺旋箍筋约束对浆锚连接锚固性能的影响。试验结果表明,所有锚固钢筋均经历完整的弹性阶段与屈服阶段,最终试件表现为钢筋粘结-滑移破坏、钢筋拉断两种破坏形式。当灌浆料龄期T=3 d时,试件均发生粘结-滑移破坏;当灌浆料龄期T=7 d且锚固长度la≥13d时,试件均出现钢筋断裂破坏;当灌浆料龄期T=28 d时,无配箍试件锚固长度l_(a)=7d时、配箍试件l_(a)=5d时出现钢筋断裂破坏。提高钢筋锚固长度、灌浆料龄期与配置螺旋箍筋约束有利于试件的极限强度提高,并趋近钢筋实验抗拉强度,显著降低钢筋的弹性阶段滑移量,提高初始刚度,提升试件的锚固性能。实际工程中,当孔径比不小于2.6时,为确保3 d与7 d锚固性能,锚固长度应大于13d;为确保正常工作中钢筋充分发挥其力学性能,锚固长度应不小于10d。

增幅冲击下钢筋混凝土板的抗冲击性能

钢筋混凝土板在服役期间可能承受落物多角度连续撞击等多次冲击荷载作用,钢筋混凝土板抵抗多次冲击的能力、多次冲击作用下钢筋混凝土板的性能演化和剩余性能评估等问题至关重要,其中,多次冲击的加载制度是研究钢筋混凝土板抗冲击性能的重点。为研究多次冲击下钢筋混凝土板的抗冲击性能,利用落锤和摆锤试验研究钢筋混凝土板在增幅冲击下的抗冲击性能,获得钢筋混凝土板在历次冲击过程中的冲击力时程曲线以及历次冲击后的整体变形和凹陷变形特征,分析钢筋混凝土板的吸能特性和累计损伤演化规律,研究钢筋混凝土板受冲击后的残余性能。结果表明:冲击角度对钢筋混凝土板的变形有显著影响,斜向冲击对钢筋混凝土板安全性能的影响更大;增幅冲击降低钢筋混凝土板的吸能能力,提高其破坏率,钢筋混凝土板的冲击响应相对于恒重重复冲击更加稳定。

新型排水用轴向中空壁聚氯乙烯埋地管力学性能试验及数值分析

为了研究埋地轴向中空壁塑料排水管的变形与力学响应特性,以便充分利用材料与结构性能,基于模型箱试验,获得埋地管道受到土荷载、地面荷载和管土相互作用下管道及其管周土体的力学及其变形特性;基于ABAQUS有限元分析管截面在埋地外压、排水内压及两者组合作用下的应力和变形特性,建立管道的基本力学参数在砂箱试验与真实埋地条件下的换算关系,提出边界效应修正计算公式。研究结果表明:土柱法+分布角法适用于计算地面静荷载作用下埋地结构壁管道的管顶竖向压力,荷载扩散角宜取30°~35°;在地面静荷载作用下,管道径向变形计算方法中Spangler-Iowa公式偏保守,AWWA M23规范计算结果与试验结果较吻合,而考虑准永久值系数会导致变形计算结果偏小;在埋土外压作用下,管腰位置内壁易发生受压破坏;排水时,管顶位置内壁易发生受拉破坏;内外壁起主要承载作用,受力较大;中间筋主要起连接作用,受力时应力以中性轴为零点向两侧呈梯度增加;本文提出的边界效应修正计算公式是准确可行的。研究成果可为轴向中空壁塑料管等柔性埋地管道的结构设计、力学和损伤失效分析提供参考。

三相导电混凝土掺料配比研究及评价

以钢纤维(Steel Fibre, SF)、碳纤维(Carbon Fibre, CF)、纳米炭黑(Nano-Carbon Black, NCB)为导电掺料,基于正交试验方法设计试验,测量每组配比下试件的电阻率与抗压强度,并采用层次分析法和灰色关联度法进行评价。结果表明,三相导电混凝土试件电阻率随SF、CF和NCB掺量的增加而降低;抗压强度随SF、CF掺量的增加而增加,而NCB反之;其中CF对电阻率和抗压强度的影响均最为显著。当SF、CF和NCB掺量分别为0.6%、0.3%(体积分数)和0.6%(质量分数)时导电混凝土达到渗流阈值;而综合评价后可知,当SF、CF和NCB掺量分别为0.9%、0.7%(体积分数)和0.6%(质量分数)时导电混凝土性能最好,其抗压强度提升31.8%,电阻率降低98.9%。

现代混凝土自收缩及其调控研究进展

混凝土是使用最为广泛的建筑材料。现代混凝土为实现高性能而趋于采用低水胶比和高含量胶凝材料,使得混凝土自收缩显著增大,在约束条件下往往形成较大的拉应力,因此现代混凝土结构开裂问题愈发严重,显著降低了混凝土的耐久性,缩短服役期,这类问题在水工大体积及薄壁混凝土结构中尤为突出。对近些年国内外混凝土自收缩及其调控研究进行了文献综述,比较分析了自收缩“零点”与变形测量方法及装置、自收缩预测模型和自收缩调控措施3个方面的最新成果和进展,总结了现有研究存在的不足,并提出了一些关键问题的未来研究方向,为实际工程裂缝控制和自收缩研究提供参考。

基于改进的PSO-BP神经网络的边坡稳定性研究

边坡稳定性研究对于重大地质灾害防治极其重要,但由于影响边坡稳定性的因素具有非线性、多样性以及模糊性等特征,边坡稳定性分析一直是地质灾害防治领域的热难点问题。已有研究表明神经网络预测模型可有效应用边坡稳定性分析,但同时存在预测精度低、鲁棒性差、收敛速度慢等缺点。为改善上述问题,在粒子群算法优化的BP神经网络(简称PSO-BP神经网络)算法基础上提出一种改进的边坡稳定性预测模型。该模型以容重、内聚力、内摩擦角、边坡角、高度、孔隙压力比作为输入参数,以安全系数作为输出参数。通过借鉴遗传算法中的变异思想来提升模型全局寻优的能力,利用能量函数负梯度下降原理提高模型的收敛速度。将所收集到百余条边坡数据进行数据清洗,最终得到80条高质量边坡数据,随机选取其中的50条边坡数据作为模型的试验数据。最后采用十折交叉验证的方法对模型的准确性进行验证,并在多维度与其余边坡稳定性神经网络预测模型进行对比分析。结果表明:①该模型相比于其余模型收敛速度、准确率、鲁棒性均有明显提高;②将K折交叉验证应用在小样本数据下的边坡稳定性神经网络预测模型,可有效避免结果的偶然性。③该模型的预测误差仅为4.31%,满足工程精度需求,可在实际工程中为边坡稳定性分析与灾害防治提供参考。

基于电子鼻与GC-MS技术的鲜、干鱼腥草的比较研究及腥味成分相关性分析

目的从气味和化学成分2个方面对鲜、干两类鱼腥草样本进行比较研究。方法采用电子鼻技术和气相色谱质谱联用技术分别对鲜、干两类鱼腥草样本的“腥味”和挥发性成分进行分析,采用雷达图、主成分分析(PCA)、正交偏最小二乘判别分析(OPLS-DA)等数据建模及可视化分析方法,对鲜、干两类鱼腥草样本进行比较,在此基础上采用相关性分析揭示化学成分表达与“腥味”指标间的相关性。结果电子鼻10种传感器检测指标的雷达图直观表达了鲜、干鱼腥草的“腥味”特征差异,通过建模分析(PCA、OPLS-DA)整体表征了鲜、干鱼腥草组间的气味差异并对两者进行了区分,筛选确定了W1W、W2W、W3C、W5C 4种主要差异传感器指标;GC-MS分析从鲜、干鱼腥草中共鉴定表征了90个挥发性成分,建模分析(PCA、OPLS-DA)整体表征了鲜、干鱼腥草组间的化学成分差异并对两者进行了区分,筛选得到35个主要差异成分;相关性分析结果表明d-柠檬烯、(±)-2-蒎烯、Beta-蒎烯、石竹素、(-)-spathulenol、正壬醛、(Z)-β-法呢烯、月桂烯、邻-异丙基苯为代表的9种物质,在鱼腥草“腥味”中起到重要影响。结论以上研究结果揭示了鲜、干两类鱼腥草的“腥气”特征及差异,为建立基于感官评价技术的鱼腥草质量评价体系以及鲜、干鱼腥草的质量控制提供参考。

预应力钢筒混凝土管(PCCP)研究进展

预应力钢筒混凝土管(PCCP)因其高强度、高抗渗性、高密封性、耐久性好和维护费用低等优点,已经是长距离输调水工程中的首选管材。但是随着使用年限的增加,会出现断丝、渗漏、爆管等风险,一旦发生事故,直接威胁城市供水安全,也会造成巨大的经济损失和社会负面影响。为了更好地促进PCCP技术创新与进步,从结构设计与分析方法、试验方法、安全影响评价、健康监测检测与除险加固、BCCP的研发与使用等5个方面综述了国内外学者对PCCP的研究进展,并针对预应力高强钢丝、砂浆保护层、管身防龟裂老化、管芯混凝土的浇筑方式、全寿命智能监测平台、生产技术水平等方面进行了研究展望,以期促进PCCP技术进步与行业的健康发展。

养护条件对BCCP抗氯离子侵蚀性能的影响与比较分析

通过测试钢筋缠绕预应力钢筒混凝土管道(BCCP)细石混凝土保护层试块在标准养护(S),低压养护(0.7P),蒸汽养护(ZS)和蒸汽-低压养护(Z0.7P)条件下的氯离子扩散系数、抗压强度和吸水率,研究养护方式对BCCP抗氯离子侵蚀能力的影响,并基于灰色关联分析法,比较各因素的影响程度。结果表明:混凝土的抗氯离子侵蚀能力随着养护龄期的增加而增加,单掺矿粉混凝土始终表现最优,使用高抗硫水泥会降低混凝土本身抗氯能力。低压和蒸汽养护的混凝土在早龄期抗氯能力高于标准养护,但随水化龄期的增长,逐渐低于标准养护。低压不会对蒸养混凝土内部产生损伤,反而会提高混凝土的密实度,因此,在养护龄期14 d以前,扩散系数关系为S>0.7P>ZS>Z0.7P,28 d以后,变为ZS>Z0.7P>0.7P>S;此外,养护气压和养护湿度对混凝土抗氯离子渗透性影响最大,其次是养护温度,养护龄期的影响最小。

轴向中空壁管抗冲击性能试验研究与数值分析

轴向中空壁管作为一种新型结构壁管,几何构型简单、空间利用率高、且能量耗散性好,近年来在市政工程中得到广泛应用。为研究轴向中空壁管在低速冲击作用下的力学响应和耗能特性,设计了20个试验工况,以落锤冲击试验模拟施工过程中受到的落石冲击和机械撞击作用,基于量纲分析法提出冲击力峰值的计算方法,通过有限元软件ABAQUS对试验结果进行验证,并根据有限元计算结果分析管道在低速冲击作用下的变形特性和损伤机理。研究表明:数值分析结果与试验结果吻合较好,冲击力时程曲线趋势基本一致,冲击力峰值误差在5%以内。轴向中空壁管具有良好的抗冲击性能,其双壁中空结构具有较好的能量耗散性,落锤与管道接触瞬间会产生较大的冲击力,12.9 kg的落锤从2 m处自由下落冲击管道可产生15.28 kN的冲击力。对比20个试验工况的冲击力峰值试验值与计算值,误差均较小,最大误差为5.8%,即冲击力峰值计算方法准确性较高。随着落锤高度和质量的增加,冲击力峰值增大,损伤区域和凹痕深度也随之增大,最大塑性应变由外壁内侧转移到外壁与加劲肋的连接处,呈现出外壁损伤和加劲肋损伤两种损伤模式。提出的冲击力峰值计算方法和管道塑性损伤规律可以为施工过程中轴向中空壁管在落石冲击和机械撞击作用下的安全评价提供理论依据。

基于改进YOLOX算法的给水管道内缺陷智能识别与定位

针对给水管道内缺陷难以快速实时自动化检测的问题,本文基于实际工程项目中采集到的管道缺陷数据集,通过增加注意力模块,得到改进后的新型YOLOX算法模型,从而提出了一种给水管道智能识别与定位方法。利用视频抽帧的方式制作数据集并进行算法模型的训练与预测。测试结果表明:①基于注意力机制的YOLOX算法模型可以达到平均94%的测试精度,均值平均精度达到84%,平均识别速度为16 m/s;②新模型与其他2种常用算法模型(YOLOV3和Fast R-CNN)的训练结果进行对比,其综合性能最好。本文所提出的算法模型同样可以应用于视频实时检测,为给水管道内缺陷智能识别定位提供了一种高效精确的检测技术和方法。

PVC-U轴向中空壁管挤出成型工艺优化与数值模拟

根据聚氯乙烯(PVC)混配料的黏度-温度特征,进行了500 mm管径的硬聚氯乙烯(PVC-U)轴向中空壁管的非等温挤出过程数值模拟,研究了温度对管材挤出过程的影响,优化了PVC-U轴向中空壁管的挤出工艺。研究结果表明:温度梯度对管材的挤出速度有较大影响,而温度对管材的压力降影响不大。在合流段、扩张段、压缩段、成型段和出口段温度分别为165、170、175、180、185℃时,管材的挤出压力和速度的均匀性达到最佳水平。对挤出工艺的加工温度进行优化设置后,生产的管材拉伸屈服强度为49.6 MPa、断裂伸长率为85.7%,环刚度为9.47 kN/m^(2),较优化前性能分别提高了46.7%、22.6%和20.5%。

不同断丝比例对PCCP内外压承载能力影响研究

为探究断丝后预应力钢筒混凝土管(PCCP)的内、外压承载能力,基于宁夏一输调水工程在役超大口径PCCP,建立了内、外压计算模型,分析管身中部不同比例断丝对砂浆保护层、混凝土管芯、钢筒和预应力钢丝等各部位失效的影响。研究结果表明:在内压作用下,断丝PCCP的砂浆保护层、管芯和钢筒均在断丝区域出现应力集中,且随着断丝比例的增加,管芯、钢筒和预应力钢丝进入塑性时的内压值逐渐减小;当断丝比例超过10%时,砂浆保护层进入塑性时的内压值趋于稳定;断丝比例超过35%时,混凝土管芯进入塑性时的内压值趋于稳定。在外压作用下,完好管和断丝管的砂浆保护层进入塑性时的外压值基本一致,断丝管混凝土管芯进入塑性时的外压值随断丝比例变化较小,但明显比完好管低。当断丝比例小于20%时,钢筒进入塑性时的外压值随断丝比例的增加基本呈直线下降,超过20%后,外压值基本恒定。对于预应力钢丝,当断丝比例小于40%时,其进入塑性时的外压值随断丝比例的增加基本呈线性变化,超过40%后,外压值基本恒定,且与钢筒进入塑性时的外压值一致。研究成果可为PCCP出现断丝后的安全评估和除险加固提供依据。

基于PSO-BP神经网络的玻璃钢管首层失效预测研究

预测玻璃钢管的首层失效对保障其在水利输水工程的服役安全具有重要意义。本文通过粒子群算法优化BP神经网络(PSO-BP)实现对玻璃钢管在双轴应力下管道复合层首层失效的预测,并将PSO-BP模型预测结果通过试验数据进行验证。研究表明:PSO-BP神经网络模型对玻璃钢管首层失效的平均预测准确率可达85%以上,收敛速度及预测准确率较对照BP神经网络模型均存在优势;绘制的轴向应力与环向应力的双轴失效包络线显示出PSO-BP模型预测的失效包络线与试验中测得的失效包络线十分接近,且预测失效包络线绝大部分位于试验失效包络线的内侧,故该模型是一种偏安全的预测模型,可作为一种按规范鉴定玻璃钢管合格前的有效判断手段。

OTOF基因突变听神经病的治疗进展

OTOF基因突变是导致听神经病的主要因素之一,也是隐性遗传性耳聋的常见致病基因。OTOF基因编码的耳畸蛋白(otoferlin)参与Ca^(2+)相关内毛细胞突触囊泡的融合及神经递质的释放。随着对OTOF基因致病机制的研究和生物治疗递送工具的发展,近年成功采用双腺相关病毒(AAV)介导的基因治疗策略恢复了Otof^(-/-)小鼠耳畸蛋白的表达并挽救了听力。国内外陆续已批准OTOF遗传性耳聋的基因治疗临床试验,这将是当前最有希望实现临床转化的耳聋基因治疗。OTOF基因突变所致耳聋的成功治疗将不仅为耳聋药物治疗开辟新方向,开启耳聋基因治疗新时代,也为其他耳聋患者的药物治疗带来希望。

FRP黏结长度对混凝土三点弯曲梁断裂参数的影响

为探讨纤维增强复合材料(FRP)加固带裂缝混凝土结构的最优性价比,采用损伤断裂试验,研究了FRP黏结长度对混凝土三点弯曲梁试件断裂参数的影响.通过在混凝土三点弯曲梁试件表面粘贴应变片,测试了FRP加固混凝土开裂破坏起裂荷载;利用夹式引伸计测得荷载-裂缝口张开位移曲线,根据改进的断裂韧度计算公式,计算出FRP黏结长度不同的混凝土三点弯曲梁试件的有效裂缝长度a_c,失稳韧度K■和起裂韧度K■.结果表明:对于相同初始裂缝深度的混凝土三点弯曲梁试件,FRP加固混凝土的峰值荷载随着FRP黏结长度的增加而增大,K■和K■均随着FRP黏结长度的增加先增大再减小,当FRP黏结长度为25mm时,FRP加固混凝土三点弯曲梁试件K■和K■的平均值均达到最大,阻裂效果最佳;采用声发射(AE)无损检测技术,对上述混凝土断裂过程中的声发射参量进行识别和采集,发现对于初始缝高比为0.4的FRP加固混凝土三点弯曲梁试件而言,其FRP最佳黏结长度为25mm.

直肠癌DCE-MRI定量参数与病理分化程度和p53的相关性

目的探讨直肠癌患者DCE-MRI定量参数值与组织病理分化程度和分子生物学标记物p53之间的相关性。方法选择63例经手术病理证实,且经病理检测p53的表达的原发性直肠癌患者;所有患者术前均行DCE-MRI扫描,图像后处理获得肿瘤部位ROI的DCE-MRI定量参数值,分析DCE-MRI各定量参数与直肠癌组织病理分化程度及p53表达情况之间的关系。结果63例直肠癌Ktrans、Kep、Ve值均随着组织分化程度的降低而升高,不同组织分化程度的DCE-MRI定量参数值差异有统计学意义(P<0.05);Ktrans、Kep、Ve值与直肠癌病理组织分化程度呈正相关(P<0.05)。直肠癌p53不同表达水平Ktrans和Ve值之间差异有统计学意义(P<0.05);Ktrans、Ve值与p53表达水平呈正相关(P<0.05),Kep值与p53表达水平无关(P>0.05);Ktrans值预测p53表达水平ROC曲线下面积(AUC)最大,敏感性为84.44%,特异性为83.33%。结论直肠癌DCE-MRI定量参数值与病理组织分化程度和p53表达水平存在一定的相关性。

FRP加固混凝土研究现状与展望

纤维增强复合材料(FRP)是一种高性能新型结构材料,近年来在混凝土结构加固修复领域中得到了广泛的应用。综述了国内外学者对FRP加固混凝土的研究现状,介绍了FRP材料的分类以及FRP片材的优点,总结了基于断裂力学的6种FRP与混凝土界面黏结滑移模型,在此基础上,归纳总结了FRP加固混凝土中存在的不足,并对未来FRP加固混凝土研究方向进行了展望。

预应力损失对BCCP管道安全性影响研究

钢筋缠绕钢筒混凝土压力管(BCCP)是一种由传统的预应力钢筒混凝土管改进而来的新型复合管材,具有较好的应用前景。为研究预应力损失对此种新型管道安全性的影响,借助有限元软件ABAQUS建立了三维有限元模型,考虑材料非线性,计算了不同预应力损失下BCCP达到3种极限状态对应的内水压极限值。结果表明:工作极限状态和弹性极限状态下的内水压随预应力损失量的增加而降低,而强度极限状态下的内水压随预应力损失量的增加而增加,预应力损失降低了BCCP正常工作的承载性能,但不会影响最终的屈服破坏。研究结果对该管型在工程中的应用具有一定的参考价值。