基于科学知识图谱的劈裂注浆研究热点与发展态势分析

针对传统建筑科学分析方法对工程领域研究存在的局限性,引入科学知识图谱及大数据计量等人工智能方法,借助可视化软件Citespace,检索Web of Science(WOS)核心合集数据库,得到2007~2022年主题为劈裂注浆的文献709篇,对发文总量、学科归属、期刊分布、核心作者、区域合作、关键词和被引文献等方面做科学知识图谱分析。通过区域合作关系图谱的寻径,理清现阶段国际合作的格局,指出中国未来国际合作的主要任务。依据成果数量和突现时间,评析贡献较大的代表性作者。提取318个研究关键词,以发文频次和中心性为导向,筛选精炼了现阶段研究热点。从10个聚类的特性分组出发,展示了理论研究、应用实践和数值模拟的发展脉络,明确了研究的前沿方向。排列10条聚类发展时间线,精炼了注浆效率和封堵效率两条热门主线,同时提示了较难取得研究成果的线路。通过聚焦关键词的时区分布态势,总结热点演进的两个规律,并预测今后两年新热点与2017年研究成果之间的潜在关联。根据文献共被引关系发生的时间,对比4组年度切片的变化,评价了学科知识基础的发展脉络和未来走向。结果表明:科学知识图谱作为人工智能分析方法,能总结分析劈裂注浆近年来的研究热点,并可以预测劈裂注浆在未来阶段的学术研究发展态势。

考虑化学反应的高聚物压密劈裂注浆仿真研究

考虑浆液化学反应原理,综合运用扩展有限元理论、修正剑桥模型和高聚物浆液膨胀力计算模型,建立了模拟高聚物在土体中压密劈裂注浆动态过程的二维仿真分析方法。通过模型试验验证了所提出方法的适用性,进而分析了浆液膨胀力、浆脉形态、土体孔隙比随时间变化规律及注浆孔埋深、土体断裂韧度对浆脉扩展过程的影响。结果表明:受高聚物化学反应进程驱动,在浆液与土体耦合作用下,浆液膨胀力初期随时间近似呈线性增长,达到峰值后快速下降并趋于稳定;浆脉长度和宽度发展速度不同步,裂缝启裂至二次扩展阶段,浆脉长度基本保持不变,宽度线性增大,裂缝二次扩展后,浆脉长度近似线性增大,而宽度增长速率趋缓;受浆液挤密作用影响,裂缝两侧一定范围内土体孔隙比显著降低,沿垂直于裂缝面方向,距注浆孔中心越近,孔隙比越小;孔隙比随时间整体呈下降趋势,随着裂缝的扩展和后期膨胀压力的下降,紧邻裂缝面两侧土体孔隙比有一定恢复,随后趋于稳定;随着注浆孔埋深和土体断裂韧度的增加,浆脉长度逐渐减小,宽度不断增大,两者变化速率基本保持不变;浆脉扩展稳定时间随埋深的增大而提前,随断裂韧度的增大而延后。

高水头抽水蓄能电站地应力综合测试及抗劈裂分析

抽水蓄能电站建设处于加速期,合理布置地应力试验和精准获取地应力数据对高水头抽水蓄能电站意义重大。以某高水头抽水蓄能电站为案例,针对高水头抽水蓄能电站地形特点及地应力特征,在不同勘察阶段进行综合地应力测量,同时联合地应力场反演,获取空间三维地应力场分布规律并对围岩进行抗劈裂分析。综合实测结果表明:二维地表深孔结果随埋深梯度有变化,中浅部有应力集中现象,符合高水头抽水蓄能电站的地应力分布特征。三孔交汇法及孔壁应变法的地应力量值及方向吻合,地下厂房和高压岔管部位岩体的最大实测主应力为20.9 MPa,最小主应力为7.0 MPa;岩体以水平应力为主。最大主应力方向集中为NEE向。有利用综合实测结果加强模型精细化进行初始地应力场反演,能较好地反映此类工程的地应力场特征,利于围岩的抗劈裂分析及后续衬砌方案的选择。综合地应力测试对于高水头抽水蓄能的地应力获取具有可行性。可供高水头抽水蓄能电站工程的地应力勘察参考。

富水软弱围岩劈裂型注浆加固体力学性能与破坏模式

富水软弱围岩劈裂型注浆加固体的力学性能与破坏模式对注浆整体效果具有显著影响。基于室内注浆模拟试验、劈裂型注浆加固体三轴压缩试验和相应的离散元数值模拟,研究劈裂浆脉形态与空间分布特征及注浆加固规律,分析浆脉粗糙度、厚度、数量和倾角对注浆加固体力学性能与破坏模式的影响,阐明三轴加载条件下加固体内部孔隙率和微裂纹演化规律。研究结果表明:劈裂浆脉空间分布模式主要包括半贯通型、交叉型和贯通型,注浆影响区域可分为加固区、过渡区和未扰动区;浆脉存在有效提升了加固体的整体刚度和承载力,加固体峰值偏应力与浆脉粗糙度、厚度、数量呈正相关关系,而浆脉倾角增大会导致整体强度降低;加固体破坏模式主要有局部膨胀型和剪切滑移型,受浆脉形态特征影响,二者对整体变形破坏的贡献程度不同;在加载过程中,浆-土界面处首先萌生微裂纹,进而浆脉两侧软弱介质被压缩挤密后出现大量微裂纹,裂纹数量持续增多直至试样破坏;加固体孔隙率与微裂纹萌生数量变化规律均呈现明显的阶段性特征,且受浆脉形态特征影响显著。

两种纤维加筋模拟月壤地聚合物动态劈裂试验研究

为了解纤维加筋模拟月壤的动态劈裂力学特性,选用聚丙烯纤维和玄武岩纤维制备了纤维加筋模拟月壤地聚合物圆盘试件,利用分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)装置开展了冲击劈裂试验,并使用扫描电子显微镜观察地聚合物断裂面处纤维的分布排列情况。试验结果表明:当聚丙烯纤维掺量为0.4%时试件的劈裂拉伸强度达到最大,较未掺时提高22.9%~27.3%;相同纤维掺量下,聚丙烯纤维对试件劈裂拉伸强度的增益效果要优于玄武岩纤维;纤维掺量一定时,试件动态劈裂拉伸强度与冲击气压呈正相关,纤维对劈裂拉伸强度的增益效果与冲击气压呈负相关;试件在冲击荷载作用下沿轴向劈裂为相对完整的两半,纤维的掺入减小了试件的破坏程度,改善了脆性破坏;试件的劈裂破碎块度平均粒径随纤维掺量的增加而增大。研究结果为未来月球基地建造材料的选择提供参考。

堆石混凝土劈裂抗拉破坏过程中声发射特征分析

【目的】通过研究堆石混凝土(RFC)和自密实混凝土(SCC)在劈裂抗拉破坏过程中产生的声发射信号,并进一步确定最终的裂缝形态,有助于深入了解RFC和SCC的劈裂破坏特征,从而确保结构的可靠性和安全性。【方法】制作了边长为600 mm的RFC和SCC立方体试件,研究了RFC和SCC在劈裂抗拉破坏过程中声发射参数(振铃计数和累计振铃计数)与位移荷载曲线的关系;利用声发射信号的统计方法(RA和AF)分析确定了RFC和SCC裂纹演化特征;基于RA-AF值的混合高斯模型(GMM)辨识了劈裂抗拉破坏过程中RFC和SCC的开裂模式(拉伸型开裂或剪切型开裂)。【结果】结果显示:在劈裂破坏过程中,RFC声发射振铃计数分布不均,呈现分段式变化特点,累计振铃计数呈现明显阶梯状上升,SCC声发射振铃计数分布均匀,累计振铃计数平缓上升;RFC和SCC的拉伸型裂纹区域对应RA-AF数据点向AF轴靠拢,剪切型裂纹区域对应RA-AF数据点向RA轴靠拢,均表现出明显的原点集中现象。【结论】结果表明:(1)RFC和SCC劈裂抗拉破坏强度分别为其立方体抗压强度的0.065、0.067;(2)在劈裂抗拉破坏过程中,RFC的破坏模式以拉伸型开裂为主,占89.4%,SCC以剪切型开裂主,占53.6%;(3)利用GMM方法,通过概率密度估计能对裂纹的分类特点进行更精确的捕捉。

水力劈裂试验与水压致裂试验中岩体劈裂值的差异性探讨——以石曹抽水蓄能电站工程为例

文章以石曹抽水蓄能电站高岔深孔ZKD201为研究对象,基于水力劈裂试验中水力劈裂值P a与水压致裂法地应力测试中水压致裂劈裂值P b的现场试验值,就两种岩体瞬间劈裂压力的差异性进行探讨。结果表明:水力劈裂值P a总体上要低于水压致裂劈裂值P b;水压致裂劈裂值P b作为地应力测试中的辅助参数,可作为参考,对水力劈裂值P a进行验证修正。

微波和传统加热下混凝土劈裂抗拉性能分析

近年来,微波辅助混凝土粗骨料回收技术因其绿色性、高效性及低损伤性引起国内外学者广泛关注。该文采用工业微波多模谐振腔及传统马弗炉对圆柱体混凝土试样进行不同条件下的加热实验,探讨了混凝土在两种加热方式下的加热效率、宏观裂纹扩展与破坏模式、劈裂抗拉强度弱化规律以及加热参数对能耗和能效的影响规律。此外,借助扫描电镜分析了微波照射下混凝土的抗拉强度弱化机理。实验结果表明:微波加热技术具有更高的加热效率,能够有效地促使裂纹沿砂浆-骨料界面扩展,从而削弱混凝土强度;并且高微波功率下混凝土加热效率更高,强度损失更大,能量消耗更少。反之,传统加热下砂浆-骨料界面结构紧凑,未出现可见裂纹,加热过程能量利用率仅1%左右。

花岗岩在不同温度劈裂载荷下的损伤演化与失稳前兆

为了阐明深地钻探中花岗岩在劈裂载荷与高温作用下的复杂机械和损伤特性,对经50~600℃处理的花岗岩试样进行巴西劈裂声发射(AE)试验。结果表明,温度变化会使花岗岩的机械与声发射特性发生改变,从而改变其破裂演化过程。当温度超过500℃时,花岗岩的抗拉强度大幅降低,剪切损伤模式占比增加。此外,破裂速率亦呈现明显增长趋势。在基于撞击数和能量计数的损伤参数演化曲线的基础上,定义“损伤参数突变点”来判断作为岩石破坏的前兆信息。基于撞击数的“突变点”比岩石失稳的信号提前到达,且岩石损伤越大,提前的时间越久。通过这个时间差,可以达到预警岩石失稳的效果。

黏土地层泥水劈裂伸展压力及路径试验研究

为解决水下盾构隧道修建过程中由于泥水支护压力过大导致的掌子面前方地层劈裂,以及劈裂发生后如何防止裂缝伸展至水底地表等难题,采用大型三轴劈裂试验平台进行泥水劈裂伸展试验,测得裂缝伸展过程中的泥水压力及裂缝伸展路径,并研究泥水黏度及应力状态对伸展压力及路径的影响。结果表明:1)泥水黏度较小时,裂缝伸展过程中劈裂压力基本不变;泥水黏度较大时,裂缝伸展过程中劈裂压力逐渐增大。2)启裂压力和伸展压力均随着泥水黏度的增大而逐渐增大,但增大速度逐渐减小;伸展压力随围压线性增大,但增大速率略小于启裂压力。3)通过对比不同工况下盲孔试样的裂缝倾角可知,裂缝倾角仅与轴压和围压的压差相关。4)实际施工中建议泥水黏度大于21 Pa·s。5)当隧道埋深变化较大时,应实时调整泥水压力。6)当初始劈裂发生后,泥水支护压力会骤降,此时不应过快地补充泥水压力,而应采取加快掘进速度的方法快速通过。

陶粒对SC-SCC黏结界面劈裂破坏特性的影响

基于劈裂试验,研究了陶粒对蒸养混凝土(SC)-自密实混凝土(SCC)黏结界面力学特性的影响.结果表明:陶粒能提高SC-SCC黏结界面的劈裂抗拉强度,增加黏结界面的张开位移值,提升黏结界面的延性;黏结界面应力-应变曲线可分为线性发展阶段、塑性发展阶段和失效破坏阶段;双参数Weibull分布模型可较好地模拟黏结界面应力-应变曲线的上升段,当黏结界面的陶粒引入量低于4 kg/m2时,黏结界面损伤变量的演化进程被有效减缓.

盾构开挖面泥水劈裂离心模型试验相似性分析及验证

土工离心试验能够在小比尺模型中还原真实的应力场,为探明盾构开挖面泥水劈裂现象提供了一种有效的研究手段。盾构泥水劈裂涉及土体、泥水、隧道等多方面因素的相互作用,尤其多种流体的存在使得模型试验中量纲分析、试验参数缩放和数据解释更加复杂化,如何确定合理的相似比例是泥水劈裂离心模型试验成功的关键前提。在阐明盾构泥水劈裂基本物理过程的基础上,提出了基于无量纲数的模型试验相似性分析方法,通过Butterfield量纲分析法建立了应用于土工离心机模拟盾构泥水劈裂的“隧道-土-泥水”系统相似性试验设计体系。该体系从尺寸、材料、无量纲数、时间等多方面保障了模型系统与原型系统的相似性,从而可以准确还原真实的盾构泥水劈裂物理过程。最后,通过开展盾构开挖面泥水劈裂离心模型试验,进一步验证本文提出的相似性准则。研究结果对泥水劈裂物理模拟的相似性分析具有一定的参考意义。

基于PIV技术的非饱和膨胀土径向劈裂试验研究

非饱和膨胀土的径向劈裂强度与裂隙扩展之间存在密切联系,分析不同含水率下非饱和膨胀土的裂隙演化机制,对南水北调中线工程膨胀土渠段的工程灾害防治具有重要的理论意义和工程实用价值。联合运用WP4C仪、压力板和PIV(Particle image velocimetry,PIV)劈裂试验系统,对南水北调中线工程邓州段某高填方渠堤非饱和膨胀土进行了一系列的持水特性试验和劈裂试验,结合持水特征曲线,揭示了不同含水率膨胀土的劈裂强度、裂隙演化过程、位移矢量场的变化规律及其内在机理。试验表明:(1)膨胀土的含水率和饱和度均随吸力的增大而减小。在低吸力范围内膨胀土试样含水率和饱和度随吸力的增加而减小趋势缓慢;在高吸力范围内,含水率和饱和度与吸力基本呈线性关系,随吸力的增加,试样的含水率和饱和度显著减小。(2)含水率对膨胀土的劈裂强度具有显著影响。随含水率的增加,试样的劈裂峰值荷载呈先增加后减小的变化规律,劈裂峰值荷载在含水率为3%~12%范围内持续增加,而在12%~24%范围内持续减小;上述试验现象与不同含水率膨胀土试样具有不同的颗粒间液桥作用有密切的内在联系。(3)不同含水率下膨胀土劈裂试验荷载-位移曲线均可分为荷载接触阶段、荷载线性增加阶段、张拉破坏阶段和残余阶段。膨胀土劈裂试验不同阶段的裂隙、位移矢量场的变化规律与荷载-位移曲线变化之间存在着一一对应关系。

AFM1劈裂适配体的识别能力研究

本研究以黄曲霉毒素M1为研究对象,采用劈裂适配体的方式,克服适配体构象不稳定造成的灵敏度不高的问题,利用电化学方法研究劈裂适配体的识别能力及特异性,并通过圆二色谱初步探究结合机制。结果表明,将适配体核苷酸链按照1:1进行劈裂得到的识别效果最佳,并且对黄曲霉毒素M1具有较高的特异性。劈裂适配体后单独两个片段与AFM1作用后圆二色谱图没有改变,正峰强度明显增大,负峰移动并且强度增大,证明适配体构象发生改变。基于劈裂适配体可以改善方法的灵敏度,通过对完整适配体进行劈裂,得到了构建传感器的更佳识别元件。本研究为提高适配体快速检测方法的灵敏度提供了一种新思路。

预制裂隙砂岩巴西劈裂特性试验研究

为研究裂隙对岩石宏观破裂形态的影响,开展了单裂隙、共线双裂隙、平行双裂隙3种裂隙类型下砂岩的巴西劈裂试验,分析3种裂隙类型不同裂隙倾角下的破裂形态并对其分类,同时分析不同裂隙倾角下3种裂隙类型抗拉强度的变化。试验结果表明:裂隙会削弱岩石的抗拉强度,裂隙数量、裂隙倾角及裂隙间几何排布对试样的破裂形态及抗拉强度造成影响;单裂隙、共线双裂隙与平行双裂隙砂岩试样分别存在5种、4种与3种类型的破裂形式,岩石非均质性导致同一裂隙倾角下试样的破裂形态有所不同;单裂隙与共线双裂隙砂岩的抗拉强度总体在0°裂隙倾角时最大,随着裂隙倾角的增大,单裂隙砂岩抗拉强度呈先下降后上升再下降的变化规律,共线双裂隙砂岩抗拉强度呈现下降趋势,而平行双裂隙砂岩的抗拉强度在45°裂隙倾角时最大。

冲击荷载作用下纤维混凝土动态劈裂试验与分析

为研究不同纤维材料对混凝土动态劈裂力学性能的影响以及作用效果的差异,采用直径为100 mm的分离式霍普金森压杆试验装置和V2512超高速数字摄像机,分别对素混凝土、棕榈纤维混凝土以及钢纤维混凝土试件进行了巴西圆盘动态劈裂试验研究。通过DIC软件技术分析不同纤维混凝土试件的破裂过程和裂纹扩展规律,获得不同纤维混凝土试件的动态抗拉性能与动态断裂韧性等。试验与分析结果表明:在相同冲击荷载作用下,纤维的掺入能够提高混凝土的抗冲击韧性,减少试件加载端部因应力集中而产生的崩坏现象,延缓试件的破坏时间并有效抑制裂纹的扩展,其中钢纤维对混凝土的阻裂作用时间长于棕榈纤维。在相同荷载作用时间情况下,棕榈纤维混凝土和钢纤维混凝土的峰值应变都低于素混凝土。钢纤维的掺入能够显著阻滞混凝土试件内部的破裂过程,损伤变量变化相对缓慢,试件开裂后在相同裂纹宽度下,钢纤维混凝土具有更大的残余应力。

冻结温度对不同粒径冻土石混合体劈裂特性的影响

为研究冻结温度与尺寸效应耦合作用下的冻土石混合体巴西劈裂特性,分别对经过-10、-15、-20、-25、-30、-35、-40℃冻结处理后的5~10、10~15、15~20、5~20 mm粒径冻土石混合体试件进行巴西劈裂实验;研究冻结温度和不同粒径块石对试件劈裂抗拉强度的影响规律,并进一步通过数字图像相关技术(digital imagine correlation,DIC)再现了冻土石混合体在巴西劈裂实验过程中的应变场演化过程。实验结果表明:在劈裂拉应力作用下,试件从中心开裂并产生初始裂纹,沿着土石界面向两加载端贯穿试件,试件破裂面裂纹呈弯曲折线型,且块石粒径越大,裂纹越曲折;冻土石混合体在破坏时会经历线弹性变形阶段,并随着拉应力的增大和冻结温度的降低会经历塑性-脆性破坏阶段;试件劈裂抗拉强度具有强温度敏感性,会随着冻结温度的降低而近似线性增加;块石尺寸效应会导致试件强度的差异性,试件劈裂抗拉强度大小依次为5~10、5~20、10~15、15~20 mm粒径试件。

钩钢板固定联合缝线治疗劈裂型肱骨大结节骨折的临床研究

目的研究钩钢板固定联合缝线治疗劈裂型肱骨大结节骨折的临床效果。方法回顾性收集2016年6月~2022年8月常州市武进中医医院骨伤科68例劈裂型肱骨大结节骨折患者的临床资料,以随机数表法分为钩钢板组、联合组,各34例。钩钢板组采用钩钢板固定治疗,联合组采用钩钢板固定联合缝线治疗。比较两组患者手术指标(手术时间、术中出血量、骨折愈合时间);术前、术后6个月采用Constant-Murley肩关节功能评分评估肩关节功能,并比较术前、术后6个月关节活动度(前屈上举、外旋、外展);统计术后并发症发生情况(钢板断裂、骨折不愈合、伤口感染)。结果两组患者手术时间、术中出血量比较,差异无统计学意义(t=1.565、0.145,P>0.05);联合组骨折愈合时间短于钩钢板组,差异有统计学意义(t=2.267,P<0.05)。术后6个月两组肩关节功能评分均高于术前,且联合组高于钩钢板组(t=19.460、9.707、6.567、21.685,P<0.001);术后6个月两组前屈上举、外旋、外展关节活动度均大于术前,且联合组大于钩钢板组(t=4.813、4.225、3.614,P<0.001);两组患者并发症发生率比较,差异无统计学意义(P>0.05)。结论钩钢板固定联合缝线治疗劈裂型肱骨大结节骨折能缩短骨折愈合时间,改善肩关节功能,提高关节活动度,且安全性高。

高温热处理对花岗岩巴西劈裂裂纹萌生与破坏特征的影响

为研究高温对劈裂裂纹产生、扩展和贯通过程的影响,对25~1000℃热处理后的花岗岩开展巴西劈裂实验,采用数字图像相关技术(DigitalImagineCorrelation,DIC)跟踪分析了试样在劈裂过程中的主应变场演化。研究结果表明:1)随着热处理温度升高,花岗岩劈裂破坏后宏观断口处弯曲程度加剧,破坏模式由拉伸破坏变为拉剪混合破坏。2)不同高温劈裂条件下,花岗岩总体经历了弹性-塑性-破坏阶段。25℃时,试样发生脆性破坏,塑性变形和破坏阶段极短;100~500℃时,主应变在塑性阶段内明显累积,破坏阶段很短,仍为脆性断裂;600~1000℃时,破坏阶段明显,失效模式转变为延性破坏。3)随着温度升高,花岗岩延性逐渐增大,端部效应减弱,弹塑性过渡点PE-F相应的荷载水平线性降低。

深层页岩巴西劈裂破坏力学行为数值模拟研究

为揭示页岩纹理特征与破坏强度之间的作用机理,利用黏聚力单元法建立了巴西劈裂三维数值模型,研究了纹理角度和纹理强度对页岩破坏模式和抗拉强度的影响,并利用声发射分布特征精确分析了裂纹演化过程。研究结果表明:巴西劈裂数值模拟结果与试验结果基本一致,利用黏聚力单元法可以准则预测页岩破坏行为;纹理角度和纹理强度耦合作用下页岩试样破坏模式分为6种;中心破坏的页岩试样,声发射能量–位移曲线以单峰值分布型为主,拉伸剪切复合破坏的页岩试样,声发射能量–位移曲线以多峰值分布型为主;页岩试样抗拉强度各向异性显著,相同纹理角度下,纹理强度越高,主裂纹越接近加载直径方向,试样抗拉强度越大。研究结果进一步揭示了深层页岩破坏机制,为页岩储层压裂设计提供了理论依据。