新延安隧道层状页岩力学性能试验研究

为研究新延安隧道层状页岩的力学特性和破坏特征,分析层理面不同倾角对岩石力学参数的影响,分别进行了不同层理角度下的室内单轴压缩、三轴压缩和巴西劈裂试验及数值单轴压缩和三轴压缩试验。室内试验分析表明:峰值强度随倾角增加呈先减小后增大的趋势;抗压强度呈“U”型趋势,弹性模量呈“V”型变化。通过大量数值模拟试验拓展了室内试验范围并分别拟合了抗压强度和弹性模量随倾角变化关系式;围压的增大弱化了页岩各向异性,但随着围压的不断增大弱化程度减小;黏聚力对层状页岩强度的弱化程度远远大于内摩擦角;抗拉强度随倾角的增大逐渐减小;倾角不同层状页岩的破坏模式也不同,单轴压缩时,0°为张拉破坏,30°~60°时发生由弱面控制的沿层理面发生的剪切滑移破坏,90°时产生劈裂张拉破坏。三轴压缩时不同层理面倾角的页岩试件主要发生剪切破坏。

膨胀岩隧道二次衬砌结构受力特性及工程对策分析

膨胀岩对水敏感性强,遇水发生膨胀变形,并产生膨胀压力。为探究膨胀岩隧道在膨胀压力作用下的结构受力特性,以实际隧道项目为工程背景,基于荷载结构法理论,对膨胀岩浅埋隧道在不同的膨胀位置、不同仰拱矢跨比和不同仰拱厚度时的二次衬砌结构的受力特性及变形规律进行了分析和研究。研究结果表明:隧道常规设计断面下,当围岩发生膨胀时,结构承载力不足;当围岩在隧道仰拱和边墙处发生局部膨胀,此工况下的仰拱及拱脚位置处的内力最大,仰拱隆起变形最大,对结构的危害最大;提高仰拱矢跨比和加大仰拱厚度可降低结构内力和抑制仰拱隆起变形,发挥重要作用,但二者提高到一定范围后作用减弱,工程中应视实际情况选择最优仰拱矢跨比和厚度;当围岩在隧道全环发生膨胀时,可通过提高结构混凝土强度等级和配筋率增大结构承载能力。

荷叶基质灵芝发酵工艺优化及活性成分测定

研究灵芝以荷叶为主要基质的固态发酵工艺,并测定发酵前后活性成分的含量。通过单因素试验和正交试验,以生物量为检测指标,考察水料比、碳源、氮源及荷叶规格4个因素对灵芝发酵的影响,得出最优培养条件为:水料比3.0∶1,碳源(葡萄糖)10%,氮源(大豆蛋白)4%,七水合硫酸镁0.1 g,磷酸二氢钾0.15 g,荷叶规格40目,发酵温度28℃,发酵时间12 d。发酵后基质中的生物碱含量0.508%、多糖含量4.870%,灵芝酸含量0.720%,可溶性膳食纤维含量3.450%,不溶性膳食纤维含量9.020%,是一种功能食品的良好原料。

高地应力深埋隧道断裂破碎带大变形控制方法现场试验研究

针对新莲隧道大埋深、高地应力、大变形凸显的实际情况,开展单层支护、双层支护、刚性强支、超前导洞+扩挖方案下支护受力及变形控制方法现场试验研究。结果表明:①原设计方案1支护偏弱不足以抵抗围岩形变压力,平导支护应力超过设计应力值率达100%,正洞支护侵限严重,换拱率100%;②“让抗结合”的双层支护方案2,下台阶与仰拱同步施作,不利于下部围岩应力释放,仰拱隆起开裂,边墙换拱率84%;变更下台阶与仰拱分段施作后,仰拱应力缓慢释放,大变形得以控制;③采用“刚性强支”理念的方案3,增设了“H175型钢+大拱脚靴套+锁脚锚杆套管”,提升了拱架整体刚度,最大收敛变形速率减小42.4%、月开挖进尺达90 m;④采取“超前导洞+扩挖”的方案4,实现了应力分阶段缓释,大变形得到有效控制,但纤维混凝土的应用及超前导洞支护的拆除增加了成本和工序。建议跨断裂破碎带段采用经济合理、工序简便、支护调整灵活的方案3进行施工,方案4可作为更大围岩变形的预备方案。同时拱顶预留变形量可近似按边墙预留变形量的1/2留设。

硬塑-流塑浅埋黄土隧道变形特性及合理预留变形量模型试验研究

开展硬塑-流塑浅埋黄土隧道室内大型三维YTLH岩土联合地质模型试验,对比分析了硬塑、软塑、流塑3种状态,12 m和24 m两种埋深下的围岩内部位移、预收敛变形、掌子面挤出位移和径向围岩压力。结果表明:硬塑、软塑和流塑条件下围岩内部位移差率均呈现出'拱顶极小、两侧边墙极大'的特征,拱顶位移差率小于20%、两侧边墙位移差率大于91%;拱顶设计4.5 m长锚杆抗拉效果甚微,边墙围岩内部位移差利于锚杆抗拉效应的充分发挥;硬塑、软塑、流塑预收敛率分别接近65%、70%、80%,开挖对掌子面前方影响范围分别为0.5D、0.6D、0.8D,且呈现出直立型、鼓出型、滑塌型不同失稳破坏模式;应力释放率关系为硬塑<软塑<流塑,软流塑态拱顶应力释放率最大约70%,实际工程应避免软流塑态瞬时应力释放过渡而失稳。双线浅埋黄土隧道合理预留变形量建议取值:硬塑(拱顶55~70 mm、边墙15~20 mm),软塑(拱顶166~180 mm、边墙40~50 mm),流塑(拱顶290~300 mm、边墙125~140 mm),且拱顶和边墙之间按曲线过渡非等量留设。

酯交换法制备生物柴油的研究

通过酯交换反应制备生物柴油。研究了甲醇用量、大豆油用量、催化剂用量、反应时间对生物柴油性能的影响。结果表明,60℃水浴条件下,催化剂用量在0.8~0.88 g之间,浊度出现最低值;催化剂用量在0.90~0.94 g之间,酸值较低;催化剂用量在0.88 g处,碘值出现最高值;催化剂用量对生物柴油的黏度性能影响不大。在60℃水浴条件下,随着反应时间的增加,生物柴油的浊度逐渐降低;黏度呈现微小先降低后增加的趋势;酸值呈现增长趋势;碘值呈现降低趋势;水分含量为先增加后减少的趋势。最后又对四个生物柴油样品进行了红外分析。以期为生物柴油的制备及性能测定提供一定的借鉴。

小型构件焊接变位机的设计

焊接结构件在焊接时,常常使用工装夹具,将工件进行位置的调整,以便使焊枪快捷地找到合适的焊接位置,从而减少工人劳动强度,提高生产效率。针对小型构件,分析了结构特点,提出了一种使工件进行倾斜和回转的变位机结构,并对其传动系统进行了设计。

断裂黏滑错动下隧道减错措施作用效果模型试验研究

以某隧道工程为依托,开展断裂黏滑错动下隧道减错措施大型模型试验。通过分析纵向应变、接触压力和衬砌安全系数,对无减错措施、仅设置减错层、仅二衬设置减错缝、二衬设置减错缝与影响区段二衬增厚、初支与二衬交错设置减错缝以及组合措施6种工况进行对比研究。结果表明：断裂黏滑错动对上盘的影响范围和剧烈程度均大于下盘;不同工况减错措施对纵向变形、接触压力以及结构受力控制水平分别为A〈〈C≈D≈B〈E〈F，A〈〈B〈D〈C≈E≈F，A〈〈D〈C≈E〈B〈F；刚柔并济设计理念下“减错缝＋增加影响区段二衬厚度”方案不宜采用，铰接设计理念下“减错层＋交错设缝”组合措施可有效保障依托隧道黏滑错动后衬砌结构的安全。研究结论对高烈度区交通隧道穿越断裂黏滑段减错技术具有重要的意义。

富水管道型岩溶隧道衬砌结构力学响应特征研究

对于围岩中存在管道型溶腔的岩溶隧道而言,受地表强降雨及地下水的影响,管道型溶腔内极易积聚高水压力,进而引发衬砌开裂、渗漏水及涌水病害。为了探明管道型溶腔中高水压力对衬砌结构的影响,开展了富水管道型岩溶隧道衬砌结构力学响应模型试验,对不同溶腔位置及不同水头高度影响下的衬砌结构内力特征进行了研究。基于此,建立扩展工况的数值计算模型,进一步探究了不同溶腔直径、溶腔位置及溶腔水头高度对衬砌结构内力的影响。结果表明:当隧道周围存在管道型溶腔时,与溶腔接触位置的衬砌内侧承受较大的正弯矩,为衬砌结构的最不利受力位置;随着溶腔直径和溶腔内水头高度的增加,衬砌内力显著增大;溶腔所在位置影响着衬砌内力的分布,当溶腔位于隧道拱顶时,衬砌结构的抗水压能力最小。研究结果可为管道型岩溶隧道的结构设计及安全施工提供借鉴。

非饱和砂土隧道土拱效应模型试验及颗粒流数值模拟研究

非饱和砂土基质吸力引起的表观黏聚力使其力学性质与干砂差异较大,为研究非饱和砂土隧道土拱效应,进行了不同含水率及埋深条件的Trapdoor试验,通过分析挡板下落过程中砂土破坏模式及土压力变化规律,揭示了不同工况土拱演化的时变特征,阐述了含水率及埋深对土拱效应的影响,同时基于大主应力迹线圆弧拱理论对挡板上方土压力分布模式进行了理论分析,并考虑粒间吸力作用基于PFC线性滚动阻力黏结模型,进行了离散元数值模拟,从细观角度对不同工况土拱效应进行了分析。结果表明:干砂工况破坏模式由三角形迅速发展为梯形,非饱和工况破坏模式为三角形且夹角与含水率相关;土压力呈三阶段变化,干砂时土压力降到极值后出现回升;非饱和工况土压力极值较干砂大幅减少,含水率较大时土压力受埋深影响较小,且松动区边缘出现裂缝,局部坍塌后形成自然拱;数值模拟表明,随挡板下落,主应力方向发生明显偏转,接触力链为由松动区向稳定区呈由弱到强结构,对模型试验及数值模拟土压力进行归一化处理,土压力分布与理论分析一致。干砂工况孔隙率与土压力规律一致,在含水工况出现裂缝处孔隙率快速增大,同时接触组构随含水率变化明显。

基于松动圈理论深埋黄土隧道围岩压力计算方法

为研究深埋黄土隧道的围岩压力计算方法,通过对深埋黄土隧道开挖后的围岩应力状态进行分析,明确了松动圈的定义,推导了松动圈的表达式,提出了基于松动圈理论的深埋黄土隧道围岩压力计算方法,并基于现场试验监测数据,与既有计算方法的计算结果进行了对比分析,验证了该方法的适用性,分析了含水率变化对老黄土的物理力学参数和围岩压力的影响。结果表明:松动圈为塑性区的内圈,是塑性区内切向应力小于初始地应力的部分;黄土隧道的松动圈较普通巷道和岩石隧道的松动范围大得多,更易受隧道开挖影响;基于松动圈理论的围岩压力计算方法与其他计算方法相比较,计算结果与实测值接近且存在一定的安全储备,使用该方法对深埋黄土隧道围岩压力进行计算是可行的;含水率变化对黏聚力影响较大,由17%增大到21%时,黏聚力减小了25%,围岩压力增大了30%。可见,基于松动圈理论的围岩压力计算方法可为深埋黄土隧道以及其他软弱土质围岩隧道的围岩压力计算提供思路。

有机肥与中微肥施用对三七产量和品质的影响

目的:探究有机肥与中微肥(钙、锌、硼)对三七产量及品质的影响,为三七栽培合理施肥提供理论支撑。方法:设置对照(CK)、有机肥(OM)、锌肥(ZF)、硼肥(BF)、石灰(LF)5个施肥处理,进行两年连续田间小区试验,测定三七生物学性状、产量与皂苷含量。结果:有机肥使用对三七生物学性状无显著影响;微肥显著提升三七花茎长,其中ZF显著提升单花重但降低花序直径,BF作用与ZF相反;LF显著提升茎粗并降低株高。各处理均极显著提高三年七存苗率,提升幅度以LF(20.49%)最高,ZF(16.80%)和OM(16.40%)次之,BF(13.08%)较小。虽然OM、ZF、BF会造成三七单株根重下降,但各处理最终产量均优于对照组,其中BF与LF增产超过17%,达极显著水平。除OM造成总皂苷产出量下降外,其余处理总皂苷产出量均显著高于对照组。结论:在本试验条件下,在常规施肥基础上增施有机肥与中微肥有助于三七产量提高,但有机肥造成的三七总皂苷产出量降低不可忽视。

基于“3414”的三七氮磷钾施肥量研究

通过研究氮磷钾肥对三七[Panax notoginseng(Burk)F.H. Chen]产量及主要有效成分产量的影响,为三七种植生产推荐合理的施肥量,试验采用"3414"随机区组设计,进行连续2年的田间小区试验,测定三七植株农艺性状、产量、总皂苷产量等指标,通过肥料效应函数方程拟合氮磷钾施肥量。结果表明,施肥不同程度促进了三七株高、茎粗、叶长、叶宽等农艺性状,且以适当施氮和磷的效果为最佳;二年七(二年生三七)对钾的依赖性较氮磷强,而三年七(三年生三七)对氮的依赖性最强;施氮能显著提高三七单位面积总皂苷产量,在低氮水平即可获得最高总皂苷产量,而磷、钾肥对皂苷含量及总皂苷产量的影响不明显;氮磷钾对三七产量的影响有互作效应,低磷、中钾水平利于氮肥肥效发挥,低氮、中钾水平利于磷肥肥效发挥,而低氮、中磷水平利于钾肥肥效发挥。根据三七总皂苷产量的三元二次回归方程,最大化三七总皂苷产量的施肥量:二年七为N 157～164 kg·hm^(-2)、P_2O_5 179～187 kg·hm^(-2)、K2O337～356 kg·hm^(-2);三年七为N 192～200 kg·hm^(-2),P_2O_5 179～187 kg·hm^(-2),K2O 412～435 kg·hm^(-2)。因此,分别针对二年七和三年七,适当控制施氮量和施钾量,增加施磷量,将三者进行合理配比,对提高单位面积三七总皂苷产量有重要意义。

考虑土拱发挥过程的非饱和砂土盾构隧道极限支护力计算方法研究

因施工中受注浆及掘进参数影响,地层损失引起的土拱效应逐渐发挥,滑面上剪应力逐渐增大至抗剪强度,同时应考虑表观黏聚力对剪应力的贡献作用,而Terzaghi公式并不能体现这些因素。针对该问题,基于主应力偏转理论,推导了非饱和砂土不同位置的侧压力系数公式,结合表观黏聚力公式和试验数据,得到与基质吸力相关的分段形式的表观黏聚力表达式,进而推导出不同土拱效应发挥程度下的松动土压力及盾构极限支护力的计算公式。算例结果表明同一埋深下,不同饱和度土层中拱顶处松动土压力随土拱效应发挥而逐渐减小且均远小于自重应力。随着含水率的增大松动土压力存在一个阈值;不同土拱效应发挥程度下,埋深越大,不同饱和度地层拱顶处松动土压力趋向不同的定值;盾构极限支护力公式计算结果亦存在同样规律,该结论将为非饱和砂土层盾构施工过程中土仓压力的合理设置提供理论指导,保证施工安全。

氮、磷、钾施用对灯盏花产量和主要提取物收获量的影响

通过设置N、P、K不同施肥量处理,研究了施肥量差异对灯盏花(Erigeron breviscapus(Vant.) Hand.-Mazz.)的生长指标、产量、3种主要提取物(野黄芩苷、总咖啡酸酯和总黄酮)含量及单位面积收获量的影响。结果表明,增施N、P肥对植株生长指标具有促进作用。随着N、P、K肥施用量的增加,植株产量逐渐升高,且以施N肥的增产幅度最大。一定范围内施用N肥可导致灯盏花3种主要提取物含量降低,而P、K肥的施用则对此没有影响。3种主要提取物单位面积收获量与产量之间呈极显著正相关,N、P、K肥的施用可以提高灯盏花的产量从而增加3种提取物的收获量。N、P、K肥施用量分别为103.5、126.0、112.5 kg/hm^2时获得的提取物单位面积收获量最大。

近距侧穿高铁桥桩盾构施工影响规律及加固措施

依托西安地铁14号线盾构侧穿大西高速铁路特大桥群桩基础工程,采用三维有限元数值模拟、结合现场监测,对盾构隧道施工近距离穿越超长群桩的影响及加固方案进行了研究。研究结果表明:盾构施工过程引起的前排桩桩体位移变化大于后排桩,竖向位移均为负值,且桩底沉降均大于桩顶,水平位移变化主要在隧道所在深度及以上区域,桩体最大弯矩和轴力均出现在隧道拱顶对应位置;无隔断、加固措施的工况下,桥台沉降最大值为4.19 mm,超过控制指标;提出的三种加固方案效果呈现以下规律:袖阀管注浆加固<钻孔灌注桩隔断<注浆+隔断桩+钢横撑综合加固,采用综合加固方案对桩身位移、内力优化效果最优,水平、竖向位移及轴力、弯矩分别减小65%、20%、80%、50%,并且桥台沉降最大值为1.47 mm,满足控制指标。

基于正交试验的高海拔寒区隧道温度场影响因素及防冻措施

为保证高海拔隧道在服役期间内不受冻害破坏,以青沙山隧道为例,模拟分析了高海拔隧道温度场的一般性规律;通过正交试验对影响因素进行敏感性分析;并建立衬砌保温层厚度计算公式及衬砌寿命预测模型。结果表明:海拔较低的洞口处温度较低,进出口压差每增加25 Pa,洞壁温度约下降0.8℃;正交试验得出环境温度、压差和埋深是影响高海拔隧道温度场的主要因素;根据保温模型计算得,当冻结时间30 d,冻结深度1.87 m时,所需保温层厚度为1.6 cm;根据混凝土的冻融循环试验数据提出隧道衬砌寿命预测模型,水灰比0.55、0.45和0.35的抗冻混凝土服役寿命约为25年、58年和98年。

西成铁路寒区主要隧道温度场及防寒设计分析

为探究西成铁路寒区隧道温度场分布规律,依据实测气象资料并考虑热位差对寒区隧道温度场分布的影响,对沿线20座隧道温度场进行了计算分析,归纳总结了寒区隧道洞内温度场分布规律。通过计算可知,隧道围岩径向的冻结深度随着地温增加以及洞外气温升高而减小,气温每降低1℃围岩径向冻结深度增加0.12 m;地温每增加1℃,围岩径向冻结深度减小0.08 m。隧道纵向温度场分布不对称性随隧道内外温差的增加以及进出口海拔高差的增加而显著,低海拔洞口段进出口高差每增加50 m,纵向冻结长度增加约360 m;气温每降低1℃,低海拔洞口纵向冻结长度增加约300 m,高海拔洞口增加约110 m。

正盘台隧道洞内空气和围岩温度场分析

基于京张高铁第一长隧道正盘台隧道为研究对象,根据现场实测温度数据,应用ANSYS有限元软件求解计算模型温度场。以热传导方程为理论基础,分析影响隧道温度场的因素,并通过控制变量法计算得出不同工况下正盘台隧道内部温度场的变化规律,为研究隧道内部温度场问题及运营之后的防寒保养工作提供了一定的理论和数据基础。分析结果表明:通过计算值与实测数值的对比可发现,在当地最冷月,隧道内温度呈现"两头低、中间高"的趋势;隧道内围岩的初始温度是影响隧道整体温度场的主要因素,初始温度越高的工况,隧道整体温度越高,冻融圈深度和冻结里程越小,温度每升高5℃,冻结里程减小160 m;环境风速对于隧道进出口1000 m左右的区间段影响较大,此区域应作为防寒抗冻的重点;冻结时长是影响冻融圈深度的关键因素,冻结时间一个月、两个月、三个月的冻融圈深度为2.1、3、3.6 m。

In Situ Experiments on Supporting Load Effect of Large-span Deep Tunnels in Hard Rock

A section of the Nanliang high speed railway tunnel on Shijiazhuang-Taiyuan high-speed passenger railway line in China was instrumented and studied for its mechanical properties and performances. The cross section for the tunnel was300 m2and is classified as the largest cross section for railway tunnels in China. Through in situ experimental studies, mechanistic properties of the tunnel were identified, including the surrounding rock pressure, convergences along tunnel perimeter and safety of primary support and lining structure.Based on the field measured data, the surrounding rock pressure demand for large-span deep tunnel in hard rock is recommended as double peak type in the vertical direction and fold line type was recommended for horizontal pressure. The results suggested that Promojiyfakonov's theory was most close to the monitored value. Specific recommendations were also generated for the use of bolts in tunnel structures.Numerical simulation was used to evaluate the safety of the tunnel and it confirmed that the current design can satisfy the requirement of the current code.