阿拉伯地盾地质构造演化与关键地质矿产问题浅析

阿拉伯地盾位于阿拉伯板块的西南部,与红海西岸的努比亚地盾共同组成努比亚−阿拉伯地盾,是新元古代东、西冈瓦纳大陆汇聚过程中形成的泛非造山带的重要组成部分。在“沙特阿拉伯地盾精细地质填图”技术标编制过程中,笔者综合分析了该区的地质调查和研究成果,总结了阿拉伯地盾8个次级地体、主要蛇绿岩构造混杂岩带及新元古代沉积盆地的地质特征,并将阿拉伯地盾的地质演化细分为4个构造演化阶段。其中,在新元古代洋−陆转化过程中阿拉伯地盾形成了一系列重要的矿产资源。在此基础上,系统梳理了区内地层、构造、岩浆作用及与成矿相关的地质问题,提出了未来精细地质填图过程中的工作建议。

波罗的地盾地区的地震

斯德哥尔摩的国防研究所自1979年12月起设置了24个地震台网记录波罗的地盾地区的地震。测震仪全都安置在前寒武纪基岩上。探测阀在台站覆盖区为 M_L=0.6—1.3。由于这里地壳条件好和台站分布密度合理,可准确测出震中位置和震源深度。另外,频谱幅度结合初动方向考察,也大大提高了所测地震断层面解的精确度。对瑞典约200例震源机制详细考察后,得出如下结果。震级范围 M_L 自0.6至4.5,断层面解也包括9例芬兰地震,芬兰湾1976年10月26日的主震(M_L=4.9)震中位置见图1。断层面解断层活动的主要类型是近垂直向断层面的走向滑动型(转换型)。托恩基斯特沿线,即地盾区南缘和穿过斯堪尼亚断层带上的地震,为正断层活动,而其它地震多半是逆断层而不是正断层活动的结果。波罗的地盾至今最大的地震是1976年10月26日在芬兰湾发生的地震,M_L=4.9,也是走滑型的,震源深度为12～14公里。

区域磁异常研究的系统性论述——评介《乌克兰地盾地壳磁模型及构造》

克鲁奇霍夫斯卡娅的《乌克兰地盾地壳磁模型及构造》一书,是迄今利用区域磁异常研究地壳深部构造及其所取得的成果较为系统、而又全面的一本论著。它对我国开展这方面工作无疑有较大参考价值,并对有关方面的研究具有指导意义。 书中,作者着重讨论了地磁场与地壳深部带构造的关系。

盾尾刷-油脂腔密封系统油脂逃逸规律研究

油脂逃逸导致油脂腔内压力降低,由此诱发的盾尾密封系统漏水、漏浆等安全责任事故屡屡发生。研制盾尾刷密封系统油脂逃逸的单元体试验装置,采用逐级加压将油脂注入盾尾密封系统油脂腔内,每级压力持续420 s,记录不同盾尾间隙及不同油脂锥入度工况下腔内的密封油脂开始逃逸时的油脂注入压力值、以及逃逸后储油装置中密封油脂的稳定损耗速率,最终获得了盾尾密封系统的油脂逃逸规律,并总结了盾尾油脂的逃逸模式。研究结果表明:1)油脂逃逸速率主要受油脂锥入度和油脂压力的影响,根据油脂逃逸规律变化曲线,油脂逃逸速率可以分为不逃逸、低速逃逸、快速逃逸3个阶段。油脂不逃逸至低速逃逸的油脂压力称为油脂逃逸压力,油脂低速逃逸与快速逃逸之间的油脂压力值为油脂腔内外压差控制值;2)建立了油脂逃逸速率和工程中油脂消耗量的对应关系,结合工程中每环盾尾油脂允许消耗量可实时判断盾尾刷密封性能;3)当油脂锥入度小于286.4(1/10 mm),盾构姿态与管片姿态控制良好时(盾尾平均间隙为75 mm),在水土压力及同步注浆压力基础上最大可增加0.3 MPa的油脂压力,提出的油脂腔内外压差控制值可指导实际工程盾尾油脂压力设定最大值;4)油脂逃逸模式可划分为无逃逸、非均匀逃逸和均匀逃逸3种模式并得出其发生条件。该研究对于指导盾尾密封性的设计及施工有着基础性的意义。

盾尾注浆材料硬化特性对隧道和地层力学响应影响的有限元模拟研究

为了探究注浆材料硬化和注浆压力的消散过程对软土地层和隧道衬砌受力变形的影响,以青岛某地铁隧道为背景,考虑盾构机与土体相互作用、衬砌-注浆层-土体相互作用,以及注浆材料硬化和注浆压力消散过程,基于ABAQUS有限元平台建立了盾构施工精细化的有限元数值仿真模型,并利用实测地层沉降和隧道衬砌的收敛变形验证了数值模型的合理性。同时,对注浆材料初凝时间分别为0、2、6、12 h的数值模型进行了计算,获得了地层和隧道衬砌受力变形随注浆材料硬化过程的发展规律,以及注浆材料硬化特性对地层和隧道衬砌受力变形的影响规律。模拟结果表明:盾尾注浆8 h以内,地层的沉降和水平位移以及隧道衬砌的围岩压力和内力增加显著,注浆时间超过8 h后增加变得缓慢;注浆材料的初凝时间越长,地表沉降、地层水平位移和竖向位移则越大;衬砌拱顶和拱腰的径向收敛越大,拱底径向收敛则越小;衬砌的轴力和弯矩在注浆8 h以内增加显著。

钢渣基盾粉/橡胶复合材料的性能及机理

基于利用超细立磨与钢渣制备钢渣基盾粉(简称盾粉)的研究成果,以橡胶工业配方制备盾粉/橡胶复合材料。测试矿物成分、化学成分、粒度分布、结构组成、微观结构和热稳定性,从微观层面阐述盾粉用于橡胶工业配方的相关机理。结果表明:当盾粉替代炭黑比例为5%~10%(质量分数,下同)时,盾粉与橡胶基体的相容性较好,盾粉/橡胶复合材料拉伸强度为16.16~17.06 MPa,高于15 MPa,拉伸伸长率为619.8%~668.21%,高于350%,磨耗量为130~196 mm^(3),小于200 mm^(3),均满足国标要求;当盾粉替代炭黑比例为5%时,盾粉/橡胶复合材料的硫化时间缩短、硫化速率指数提高。盾粉/橡胶复合材料燃烧时,一方面盾粉中SiO2与硫自由基、Fe、Zn、Al发生反应形成Si-Mg阻燃体系、Si-Al阻燃体系与Si-Fe消烟体系;另一方面盾粉与橡胶体系产生关联作用组成致密的炭层,阻止部分热量的传递与火焰的蔓延。

盾构法联络通道T接头局部冻结加固效果及影响因素研究

为研究盾构法联络通道T接头局部冻结区域的薄弱位置,探究主隧道管片材料、洞门间隙注浆体热导率、是否注浆改良土体和冻结管环数等因素对局部冻结的影响,依托天津地铁10号线某联络通道T接头局部冻结加固工程,采用数值模拟对局部冻结温度场的分布规律进行分析。研究结果表明:1)对于沿洞门处的土体,联络通道顶底部冻结效果差于联络通道侧面;主隧道钢管片向主隧道底部比向顶部延伸的更长,因而联络通道底半环冻结效果略差于顶半环。2)影响局部冻结时间的主要因素为主隧道管片材料和洞门间隙注浆体的热导率。3)主隧道部分采用钢管片工况,钢管片起到通道壁后远近土体导热“桥梁”的作用;当洞门间隙注浆体的热导率较低(如0.93 W/(m·K))时,注浆体不能及时地向主隧道钢管片输送冷量,联络通道壁后近处土体中大量冻结冷量沿钢管片传递至远处土体,使通道壁后较近处土体温度较高,因而比主隧道全部采用钢筋混凝土管片工况冻结时间长。4)随着洞门间隙注浆体热导率的增大,其向主隧道管片输送冷量的效率得到提升,主隧道附近土体的冻结效果得到改善,冻结时长有所缩短;间隙注浆体热导率由0.93 W/(m·K)提升至1.8 W/(m·K)时,可以将主隧道部分采用钢管片工况冻结时间由17 d缩短至12 d,所需冻结时长相比主隧道全部采用钢筋混凝土管片工况反而缩短1 d,即主隧道部分采用钢管片工况的冻结时间对洞门间隙注浆体热导率的改变更为敏感。

盾构法隧道开挖面稳定性下的多目标优化研究

盾构法隧道开挖过程中开挖面稳定性保持非常重要,开挖面稳定性下提升工程进度、保障工程质量等目标具有重要的工程意义。目前,针对开挖面稳定性下的多目标优化控制的研究不足。选择掘进效率作为工程进度的指标,选择掘进过程引起的最大地表沉降作为工程质量指标。采用分层序列法和NSGA-II多目标优化算法,将盾构开挖面稳定作为第一层优化目标,工程进度与工程质量作为第二层优化目标,研究盾构开挖面稳定下多目标优化。在一段连续穿越堤坝、空地、敏感建筑三个场景的施工隧道中应用本研究方法,结果表明,优化后的盾构推力维持在上下限区间内,提高了施工效率和减少了地表沉降。本文方法能够根据实际工况自适应的调整和优化控制策略,提高了在实际工程中的适应性和灵活性。为类似盾构隧道工程提供了参考和指导。

盾尾刷更换时液氮冻结温度场及冻结参数影响的数值模拟分析

为合理确定高水压下液氮冻结止水更换盾尾刷的冻结设计参数及掌握温度场变化规律,结合某过江通道长距离盾构掘进过程中盾尾刷更换时的液氮冻结止水工程,利用ADINA大型有限元分析软件建立液氮冻结止水及盾尾刷更换数值模型,模拟温度-时间变化曲线与现场实测数据对比,验证模型的合理性,并对土层、去路液氮温度、冻结管长度、冻结管间距、冻结方式进行敏感性因素分析。结果表明:1)冻结效果随土层的不同而发生改变,在卵石层、砾砂层、粉细砂层3种土层中,粉细砂层的冻结效果最差,卵石层最好;2)在有限的冻结时间内,去路液氮温度的不同,只影响土体从开始冻结至越过0℃完成相变这期间的降温速度,不影响完成冻结以后的土体降温速率;3)冻结管长度对土层冻结的影响较小,可以采用较短的冻结管,以降低施工成本和液氮消耗量,但不能过短,应保证其纵向有足够的支撑范围,经计算分析,当冻结管长度为1.52 m时,能在轴面处满足2.0 m的冻结壁厚度要求;4)冻结管间距对冻结效果影响大,冻结管越密,冻结速度越快,效果越好;5)在相同条件下,双环预埋冻结管液氮冻结效果优于管片上直接打孔液氮冻结。

上下重叠隧道盾构法施工引起的地面沉降分析

[目的]重叠隧道特殊的施工方式可能会导致地面沉降槽的形成及地层损失率的增加,对周边环境和建筑物造成影响。因此,有必要对重叠隧道施工中的地面沉降规律进行研究。[方法]以北京地铁昌平线清河小营桥站—学知园站区间的完全重叠段隧道为例,结合数值分析与现场监测数据,系统地研究了盾构重叠隧道施工过程中的地面沉降和地层损失情况,分析了上线隧道和下线隧道的施工顺序对地面沉降槽形态、最大沉降值及地层损失率的影响。[结果及结论]盾构重叠隧道施工中存在明显的叠加效应。上线隧道的施工会对地层造成一定的损失,并导致地面最大沉降值的增加。重叠施工情况下,上线隧道开挖造成的地层损失小于不涉及重叠施工情况下的上层隧道单独施工造成的地层损失。重叠隧道施工中的地层损失率不受隧道埋深变化的影响,且单线开挖与重叠开挖的地层损失率相差不大。在本工程类似地层中,地层损失率可大致按0.25%进行估算。

高承压水软土地区联络通道盾构法施工对区间盾构隧道影响分析

[目的]盾构法联络通道施工过程中,顶推及切削作用将导致隧道交叉连接处受力显著变化,加剧破洞影响,减弱安全性能。为高效实现施工控制,需对主隧道结构受力特性进行深入研究。[方法]以天津地铁首个盾构法联络通道工程实例为依托,结合有限元软件模拟盾构法联络通道施工过程,分析该工法对主隧道结构受力与变形的影响,并提出相应控制措施。[结果及结论]在联络通道始发阶段,始发隧道受顶推和切削作用,洞口附近管片变形与受力变化显著,洞口对侧拱腰处管片水平位移最大;在接收阶段,接收隧道受切削作用和土体开挖卸荷影响,洞口附近管片内力变化显著,产生偏向联络通道的变形。整体上,受影响范围主要集中在联络通道轴线两侧各约10 m范围内,约3倍联络通道外径。基于此,需关注被顶推及洞口附近等重点位置管片,在保障施工安全的前提下,可优化内支撑体系,通过减少台车撑靴支撑范围至2倍联络通道外径、减小台车钢板厚度或支撑钢管壁厚等方式降低工程造价。

考虑黏土蠕变特性的大埋深盾构复推总推力增量解析解研究

由于黏土存在蠕变效应,黏土地层中盾构长时间停机会诱发盾构复推总推力增量过大、盾构姿态难以控制、管片易破损等次生风险等问题,将黏土地层视为Burgers黏弹性体,构建考虑地层应力和蠕变特性的大埋深圆截面隧洞简化力学模型,根据黏弹性理论推导盾壳-地层径向接触应力的黏弹性解,进而通过积分和分段计算求解复推总推力增量与停机时间的理论关系式。结合水工盾构隧洞停机实例,对比复推总推力增量实际值与理论值。研究结果表明:复推总推力增量实际值与理论值平均相对误差为13.81%,验证了该解析解的可靠性;隧洞埋深越大,复推总推力增量越大,表明大埋深段停机需更关注复推推力控制;盾壳-地层界面摩阻力随超挖间隙增大而减小,而复推总推力增量随之增大;此外,总推力增量随着盾壳-地层界面摩擦因数减小而显著减小。因此,设置合适的超挖间隙和长时间停机时采取往盾壳外注入膨润土等润滑减阻措施能有效预防大埋深段停机的次生风险。

未确知测度理论在盾构下穿既有隧道安全风险评价中的应用

盾构下穿既有隧道工程施工通常存在较大风险,为了对风险等级做出准确有效的评价,提出了基于未确知测度理论的盾构下穿既有隧道安全风险评价模型。首先,通过对相关规范和现有文献的研究,并结合盾构下穿隧道施工的特点,构建了盾构下穿既有隧道安全风险评价指标体系,包括盾构掘进参数、新建隧道条件、既有隧道条件、地质条件和施工管理条件5个一级指标,以及掘进速度、掘进推力、注浆压力等19个二级指标;其次,将综合安全风险划分为5个等级,并明确了各指标的等级划分标准;然后基于熵权-未确知测度理论构建盾构下穿既有隧道安全风险评价模型,采用熵权法确定指标权重,根据未确知测度理论构建各指标的单指标未确知测度函数,将各指标数据值代入单指标未确知测度函数中得到单指标测度评价矩阵,结合指标权重和单指标测度评价矩阵计算得到多指标测度评价向量,依照置信度准则确定安全风险等级;最后,将提出的模型应用于实际盾构下穿既有隧道工程中,对其进行安全风险等级评价。结果表明,模型评价结果与实际风险等级一致,并通过与模糊层析分析法对比验证了所提模型应用于工程实践的有效性,研究结果可为实际施工安全管理提供决策支持。

盾翅藤属4种植物叶片挥发性成分的GC−MS分析

采用GC−MS对盾翅藤、贵州盾翅藤、广西盾翅藤和倒心盾翅藤4种植物叶片的挥发性成分进行测定和分析。结果表明:盾翅藤属4种植物叶片中共鉴定出187种化学成分,其中醇类23种、芳香烃类11种、酚类3种、醚类1种、醛类20种、酮类27种、烷烃类25种、烯烃类43种、酯类22种、其他类12种。盾翅藤属4种植物叶片共有的化学成分为59个,特有成分随种类不同成分和含量有差异。盾翅藤、贵州盾翅藤和广西盾翅藤的主要成分是醛类和醇类化合物,达到73.74%~86.85%;倒心盾翅藤主要成分是醇类、烯烃类和醛类化合物,达到68.46%。盾翅藤叶片的挥发性成分以环己醇(31.58%)、己醇(23.24%)和反式−2−己烯醛(15.76%)为主,贵州盾翅藤以反式−2−己烯醛(55.63%)和己醛(15.13%)为主,广西盾翅藤以反式−2−己烯醛(41.83%)和环己醇(10.18%)为主,倒心盾翅藤以己醇(24.36%)、环己醇(11.35%)为主。盾翅藤属4种植物叶片挥发性成分的组成和含量差异明显,结果可为盾翅藤属植物的培育和资源开发利用提供参考。

盾构法联络通道中提高切削效率的管片弱化研究

盾构法联络通道施工中因洞口处临时管片难以切削,施工中存在掘进周期长、盾机姿态难控制、涌水涌砂风险高等问题,但是关于此问题解决方案的研究目前还很缺乏。因此,本文以天津某地铁盾构法联络通道项目为背景,在保证结构施工及使用期间安全性的基础上,从弱化临时管片的角度出发,提出了3种弱化方式,分别为降低待切管片砼强度等级、减少玻璃纤维筋布筋量以及管片打孔,并利用有限元数值模拟对弱化的可能性及影响进行了研究。结果表明:(1)在3种弱化方式下,特殊衬砌环内力变化规律均为切削区内力减小,钢管片区内力增大,普通衬砌环的内力小幅度提高;(2)临时管片砼强度由C40降到C20后对衬砌环内力影响在15%以内,其中钢管片区内力增加量在5%以内;(3)主筋量减少70%以内对管片内力影响在2%以内;(4)管片内侧打孔使切削区弯矩降低30%左右,孔径与孔深尺寸相同变化量情况下,孔径对于内力影响大于孔深;(5)不同弱化方式弱化后的结构内力均在极限承载范围之内,3种弱化方式均可采用,从施工便利性和安全性角度来看,临时管片砼强度降低方案为最优方案。

盾叶木籽油的理化性质、热特性及抗氧化性能

旨在为盾叶木籽油的进一步开发利用提供参考,采用索氏提取法提取带壳和不带壳盾叶木籽中油脂,测定带壳盾叶木籽油(HMGO)和不带壳盾叶木籽油(NMGO)的理化指标、总多酚含量、脂肪酸组成、热特性和抗氧化活性,比较两种盾叶木籽油的性质差异。结果表明:带壳盾叶木籽含油率略低于不带壳的,NMGO的酸值、过氧化值、总多酚及不皂化物含量低于HMGO的,而其皂化值高于HMGO的;HMGO和NMGO分别检出21种和20种脂肪酸,其中神经酸含量最高(NMGO 43.00%和HMGO41.10%),其次是芥酸(NMGO30.20%和HMGO28.80%);HMGO低温结晶在-4.19℃处熔融,快速热解温度在355~441℃,NMGO低温结晶在-3.68℃处熔融,快速热解温度在363~440℃,两种盾叶木籽油均在407℃质量损失速率达到最大值;盾叶木籽油对DPPH自由基及ABTS自由基均具有不同程度的清除作用,清除能力随着其浓度的升高而增大,且HMGO较NMGO对DPPH自由基及ABTS自由基清除能力强。综上,盾叶木籽油可作为神经酸和芥酸的来源资源进行开发利用。

中国盾构隧道工程关键技术的新进展综述

从研究背景与思路、机制/原理、材料/装备、技术论证、试验研究、工程应用等方面介绍中国大直径盾构掘进主轴承事故分析及国产主轴承的自主研发、盾构隧道工程安全高效掘进渣土适配性改良技术及配套材料、盾尾安全保障核心材料研发、盾构隧道新型管片连接技术、城市隧道三模掘进机关键技术等5个方面关键技术的最新进展情况。认为:1)自主研制的超大型盾构机用直径8.01 m主轴承大型套圈纯净度、大型滚子纯净度、大型套圈疲劳性能、大型滚子硬度均匀性、套圈材料淬透性和淬硬层深度、保持架焊缝疲劳寿命和拉断力均优于进口水平;构建了真实对数曲线大型滚子设计方法,突破了高精度大型滚子加工技术,处于国际先进水平,高精度加工和装配保证了零件尺寸精度及形位公差均满足设计要求;通过产品验收、装机应用论证和工程应用,表明应用该大直径主轴承不会产生接触疲劳强度不足和微动引起的疲劳磨损,可用于超大直径盾构隧道工程建设。2)针对黏性、富水砂性和硬岩等复杂地层,以改善岩土环境为核心,研发出了高配向密度的聚合型泡沫剂、高分子抗黏剂、喷涌防止剂和耐磨抑尘剂等环保型系列渣土改良剂,形成了盾构泥饼、喷涌和磨损原位改良主动防控技术,建立了通用地层适配性盾构渣土动态改良技术体系,保障了盾构安全高效掘进。3)针对盾构掘进过程中的盾尾密封失效难题,研发了“黏-稠-流”有机统一的新型盾尾密封油脂,温度敏感性低(黏温系数0.4)、抗水压能力强(最高抗水压3.5 MPa),整体性能提高1.3倍,为盾尾安全提供了有力保障;针对盾构同步注浆浆液泌水、离析和地层沉降难题,研发出了同步注浆充填剂,优化了惰性充填浆液配比,30 min零泌水,实现了壁后惰性充填,保障了管片壁后注浆质量和地层沉降精细化控制。4)新型管片连接技术采用环缝插入+纵缝滑入的连接形式,可以高标准地控制隧道接缝张开量和错台量,管片制作及拼装精度高,可降低接缝防水难度,提升成型隧道的质量,无需设置手孔,无需人工紧固作业,自动化程度高,施工效率高,可节约施工成本及改善洞内拼装作业环境。5)研制出的土压+泥水+TBM三模掘进机能够满足复杂多变、软硬不均复合地层等几乎所有地层的掘进施工,且可在不停机、不拆装设备的前提下实现掘进模式的快速转换,在TBM掘进模式下螺旋输送机+泥浆管道可协同排渣,解决了富水硬岩地层掘进排渣难的问题,机械化和智能化程度高,安全可靠,施工效率高,可改善工人作业环境,节省工期和成本。中国盾构隧道建设取得的巨大成就,推动了中国乃至世界盾构隧道技术的发展和进步,但仍时有安全事故发生,需从装备、材料、技术、管理等方面进一步研究和突破。在今后较长的时间内,中国盾构隧道(尤其是大直径盾构隧道)仍将处于高速建设发展期,面临的建设条件将越来越复杂,技术难度和挑战也将越来越大。要实现盾构隧道建设的快速、安全、健康,需处理好盾构隧道技术领域的关键问题,实现盾构隧道关键核心技术的突破。上述关键技术仍需不断完善并加强推广和应用,以促进中国盾构隧道建设向高适应性、高智能、高可靠性、高效益、高质量、高安全性和低能耗方向发展,形成适合于中国“土壤”的盾构隧道新技术。

基于最优MaxEnt模型预测小粒绒盾小蠹的潜在适生区

小粒绒盾小蠹Xyleborinus saxesenii是一种钻蛀多种林木的高危险性检疫害虫,对我国林业安全造成了极大威胁,研究其潜在适生区分布格局变化规律,对其监测与早期防控策略的制定具有重要参考意义。利用最优MaxEnt模型,以当前获得的593个小粒绒盾小蠹分布位点,预测当前和未来气候情境下小粒绒盾小蠹的全球及中国潜在适生区,再基于适生分布面积增长率和生境质心变化程度比较小粒绒盾小蠹在中国的地理变化。结果显示:小粒绒盾小蠹当前在全球的适生区主要位于欧洲大部分区域、北美西部高山区域和东部沿海、南美东南部沿海、大洋洲东南沿海和亚洲东部;小粒绒盾小蠹当前在我国的潜在适宜区主要分布在胡焕庸线以南,未来气候变化条件下其生境质心将向我国西北方向迁移,建议各地区的林业部门可依据小粒绒盾小蠹的适生等级,尤其是中、高适生区,构建一套“分级管控”的检疫与监测管理措施。

聚氨酯含量对盾尾密封油脂性能的影响

采用市售单组分聚氨酯(SPU),制备了不同SPU含量的盾尾密封油脂,研究了SPU含量对盾尾密封油脂锥入度、泵送性、抗水密封性及粘附性的影响。结果表明:随着SPU含量的增加,盾尾密封油脂锥入度、泵送性减小,抗水密封性和粘附性增强。当SPU含量由0%增至12%时,盾尾密封油脂锥入度由201.33降至141.40;当SPU含量≥6%时,粘附性测试时钢板在10min内的下移距离为零,盾尾密封油脂可以抵抗3.5MPa水压;泵送性受温度影响随SPU含量的增加逐渐减小,当SPU含量为0~12%时,盾尾密封油脂在-5~50℃范围内的泵送性增大幅度为39.31%~12.16%。