突变地质界面盾构隧道开挖面极限支护压力研究

盾构隧道穿越由岩质到富水软黏土或砂土的突变地质界面时,受不均匀土压力、强弱介质力学性质差异、孔隙水压力剧变等因素影响,将产生沿弱体界面的滑移破坏。基于筒仓理论,建立突变地质界面下的梯形棱柱体极限平衡模型,推导开挖面极限支护压力计算公式;以济南轨道交通R1线隧道下穿腊山河段为工程背景,分析不同界面距离时开挖面的破坏模式和围岩变形分布特征,揭示开挖面极限支护压力随界面距离的变化规律。研究结果表明:不同梯形体长度比下的极限破裂角均相同,可近似为45°-φ/2;当界面距离比ε为-1≤ε≤0时,开挖面的破坏模式由楔形体转化为梯形体,其极限支护应力比随界面距离的减小而显著增大;开挖面极限支护压力随界面前后黏聚力、内摩擦角差异的增大而增大,界面倾斜时对围岩稳定性的影响比界面垂直时更加显著。

矩形截面线圈稳恒磁场的积分算法

从Biot-Savart定律和矢量叠加原理出发,发展了一种计算矩形截面不规则线圈稳恒磁场的积分算法.根据线圈的形状,将直流电流分割成直线段电流元和曲线段电流元,采用多个直线段电流元来拟合曲线段电流元,并将所有直线段电流元的磁场三重积分形式分别转化为一重积分;最后进行数值求解.为了快速求解这些积分,分别推导了梯形棱柱体电流元、三角形棱柱体电流元和梯形面电流元的磁场积分方程.模型验证表明,计算值与理论值符合良好.

固定光路可变焦宽调角表面等离子共振成像装置

设计了一种折反式棱镜耦合单元,用于简化表面等离子共振系统的角度调节操作,并基于此单元构建了固定光路可变焦宽调角表面等离子共振成像装置.该装置通过旋转折反式棱镜耦合单元即可实现角度调节,调节范围可达40°～80°,结合1～2倍的变焦成像系统,可对1～4 cm2传感芯片成像,且可分辨至少3600 Point/cm2.以蔗糖溶液为研究对象,考察了该装置的灵敏度,结果表明其灵敏度可达7×10-6 RIU(Re-fractive index unit),共振角与折射率的线性相关系数为0.99953.将该装置用于研究抗牛血清白蛋白抗体与其它蛋白的实时相互作用,所得结果与理论相符.该表面等离子共振成像装置将在实时并行分析方面具有广阔的应用前景.

基于等厚干涉原理的液体折射率测定装置

设计了由一块等腰梯形玻璃棱镜和一块平玻璃板组成的"积木式"劈形膜构件,借助于常规的读数显微镜和单色平行光源,就可以方便地利用等厚干涉原理测量透明液体的折射率.结果表明这种测量装置物理思路清晰、操作简便、重复性好、测量精度高,适合在高校的光学实验室推广.

一种改善准分子激光光束均匀性的新型均匀器

准分子激光作为当前光刻装置的主要光源 ,要求其输出激光光束强度分布尽量均匀。为了改善其光束强度分布的均匀性 ,介绍了一种新型梯形棱镜式准分子激光光束均匀器。从理论上分析了其工作原理及设计加工要求 ,计算了最佳均匀截面位置 ,并与普通棱镜均匀器进行了比较。实验中根据经梯形棱镜折射后光束能量在中间较强光束的本底基础上进行三分互补叠加的原理 ,实现了其与普通棱镜均匀器在二维方向上的组合使用 ;通过调节均匀器与接收屏之间的距离并同时记录每一位置处光束光斑的能量分布改善情况 ,确定了最佳均匀截面位置并与理论计算相吻合。利用其改善准分子激光器输出光束强度的分布 ,起伏优于 4 % ,其均匀效果优于普通棱镜均匀器。