铅硼聚乙烯复合材料的制备及辐射屏蔽机制

为了有效保护人员和设备免受辐射危害,同时扩大材料的应用范围,研究铅硼聚乙烯复合材料的制备及辐射屏蔽机制。预处理并修饰含硼化合物,将其与铅砂及聚乙烯混合,制备出铅硼聚乙烯复合材料。选取Cs辐射源,利用蒙特卡罗中子-光子输运程序作为验证屏蔽机制的模拟程序,构建复合材料模型与Cs辐射源模型,计算中子屏蔽系数,考虑复合材料的密度与厚度,模拟不同射线能量之下,辐射X射线的屏蔽性。实验结果显示:中子系数降低时,增加所制备复合材料的密度,屏蔽热中子系数出现升高现象;复合材料密度为5.9 g/cm^(3)、厚度为4.5 cm时,能够满足辐射屏蔽机制需求。

泥水盾构施工循环掘进泥浆制备试验研究

为实现盾构废弃泥浆循环利用,将废弃泥浆应用于掘进泥浆制备,依托南京长江新济洲过江供水廊道项目进行室内试验,对比了废弃泥浆和膨润土所制备掘进泥浆的性能差异,分析了废弃泥浆制备掘进泥浆的可行性;研究了废弃泥浆黏粒含量及配比对掘进泥浆性能影响的规律;建立了掘进泥浆性能指标的拟合公式,并基于拟合公式进行了废弃泥浆制备掘进泥浆的配比优化分析。研究结果有效证明了废弃泥浆制备掘进泥浆的可行性,且通过配比优化,确定了依托工程利用废弃泥浆制备掘进泥浆的参考配比:固水比0.22,膨黏比0.28,羧甲基纤维素钠(CMC)掺量0.32%。经配比优化后的掘进泥浆能够满足性能要求,可为工程中利用废弃泥浆循环制备掘进泥浆的配比确定提供参考。

地表增荷比对下方盾构隧道变形和内力的影响

在盾构隧道上方施工时很容易引发地表产生额外荷载,进而对隧道结构产生不利影响。针对此问题,以昆明地铁1号线某区间盾构隧道为工程实例,利用MIDAS GTS NX有限元软件,建立二维双线隧道模型,提出增荷比这一概念,深入研究了增荷比对下方盾构隧道变形和内力的影响。结果表明:地表增荷作用下,拱腰处承受最大轴力,拱顶其次,拱底轴力最小;隧道正截面上下左右4点处弯矩值相较其他位置更大且趋于接近,拱顶处弯矩值最大;随着增荷比的增大,隧道拱顶、拱底、左右拱腰处的受力状态由小偏压转变为大偏压,且拱顶处偏心距最大;隧道的竖向位移及内力皆呈线性递增趋势,当增荷比为12%时,最大竖向位移已经接近沉降控制值。

上软下硬地层地铁盾构施工地表沉降模拟分析

为了研究上软下硬地层地铁盾构掘进引起的地表沉降规律,以某地铁工程大岭山东站—松山湖站区间盾构掘进项目为依托,通过实测和数值模拟,对比分析上软下硬地层盾构掘进及硬层比对地表沉降规律的影响。结果表明:单双线盾构掘进地表横向沉降规律分别呈V形和W形变化;盾构掘进时对前后地表变形影响的范围约为40 m,其中前方5 m至后方15 m范围内的地表沉降变化率最大;地表沉降随地质硬层比的增加逐渐减小,硬层比为16.7%~83.3%时,地表沉降变化较大,可将硬层比83.3%、16.7%作为上软下硬复合地层研究的上下限。

矿渣基地聚物流态盾构固化土的性能研究

为实现对地下工程中的高含水率盾构土资源化利用,探究地聚物材料固化盾构土的可行性,本文采用矿渣基地聚物固化盾构土,通过研究碱激发剂模数、矿物配比、碱激发剂掺量、温度对不同种类盾构固化土无侧限抗压强度和工程性能的影响规律,确定固化土配合比设计,在此基础之上研究地聚物掺量对固化土水稳性的影响,并采用SEM对盾构固化土进行微观分析,揭示其固化机制。结果表明,在试验拟定的水固比下,两种不同土质流态盾构固化土均有良好的力学性能和工程性能,矿渣基地聚物产生了无定形凝胶,增强了土壤颗粒之间的胶结及密实度,其中固化剂掺量为干土质量22%的盾构固化土在标养条件下的28 d无侧限抗压强度可达5.38 MPa, 40℃条件下可达8.08 MPa,水稳系数达0.98。

基于循环神经网络的超大直径盾构掘进地表沉降预测方法研究

为了研究超大直径盾构掘进过程地面沉降规律,以武汉市和平大道南延线盾构工程为研究对象,首先收集了超大直径盾构下穿过程掘进参数和地层地质参数,并使用盾构掘进过程深跨比描述超大直径盾构影响特征;其次,通过收集现场沉降测点数据分析盾构隧道施工阶段地表沉降的影响范围,计算了90%、95%、99%三种置信区间下地表沉降影响范围;最后,选取不同范围内的多元时序数据作为输入参数,分别建立了基于贝叶斯优化算法(BO)的长短期记忆(LSTM)、BP神经网络和随机森林(RF)大直径盾构地面沉降预测模型.模型运行过程中,通过贝叶斯优化算法分别寻找三种不同模型下的最优超参数,并通过四种评价指标对比模型精度.结果如下:①在90%置信水平下三种算法均表现出最高精度,通过区间计算筛选有效输入参数能有效提高模型预测精度;②LSTM对隧道沉降的预测结果优于传统机器学习算法模型,MAPE最低达到8.91%,R^(2)达到90%.

掺加粗骨料改善盾构废渣路用性能研究

为解决北京市东六环改造工程中产生盾构废渣的资源化利用问题,在试验分析盾构废渣压实性能、承载能力、级配组成与含水率等方面劣化特点的基础上,选择掺加粗骨料以改善盾构废渣的路用性能。试验结果表明:选择合理的粗骨料掺加量,对盾构废渣的疏水性能改善显著,满足了混合料压实性能的要求,同时有效提高了其承载及抗压缩变形能力。

盾构穿越土岩复合地层引起的土体位移研究

为研究土岩复合地层中盾构掘进引起的土体位移规律,基于Mindlin解和随机介质理论推导了隧道施工引起的土体位移计算公式,依托实际工程对地表及深层土体沉降规律进行了计算和可靠性验证。结果表明计算曲线与实测数据相吻合。随硬岩比增大,隧道施工引起的横纵向地表沉降值、横向沉降槽宽度均有所减小;硬岩层会减弱刀盘附加推力(p1)、盾壳侧摩阻力(p2)和土体损失对上部土体变形的影响,但附加注浆压力(p3)的影响将会增大。研究可为盾构穿越土岩复合地层引起的土体竖向位移预测提供参考。

基于ABC-BP神经网络的地铁盾构隧道地层识别及复合比预测

为研究盾构掘进过程中掘进参数与地层情况的关联性,建立盾构掘进过程中的机-岩关系,依托南京地铁6号线某盾构施工区间数据进行复合地层下掘进参数的统计分析。首先,利用掘进参数与地层的相关性,采用人工蜂群算法优化的BP神经网络,建立可根据掘进参数识别开挖面地层并描述复合地层组合情况的ABC-BP神经网络模型;然后,针对盾构区间进行地层识别和区间内2种复合地层的复合比预测。结果表明:1)盾构掘进参数的波动范围与均值随开挖面所处地层变化,且依地层不同呈现一定规律性;2)地层类别预测结果表明,模型对上软下硬地层、中风化泥质砂岩、粉质黏土的识别召回率分别为94.1%、96.6%、96%,总体识别准确率为95%;3)针对复合比的预测结果表明,相较于其他机器学习模型,ABC-BP模型的平均绝对误差、均方根误差均减小且样本回归值提升,在预测精度和预测稳定性方面具有一定的优越性。

小净距盾构隧道侧穿地铁车站对地表沉降及刀把段结构侧墙变形的影响

为研究小净距盾构隧道侧穿地铁车站对地表沉降及刀把段结构侧墙变形的影响规律,依托长沙轨道7号线云环区间段,对盾构施工引起的地表沉降和刀把段侧墙位移进行持续监测,采用有限元软件,分析在袖阀管注浆加固条件下侧墙的变形和应力特征,研究不同地层损失率条件下地表和侧墙的变形规律及不同侧墙厚度条件下侧墙的应力规律。结果表明,袖阀管注浆加固土体能有效减小由盾构施工引起的侧墙变形和应力;地表沉降和侧墙位移随着地层损失率的增加呈递增的趋势;侧墙厚度设置为800 mm时,侧墙所受拉应力可以控制在C40混凝土抗拉强度标准值之内。

Effect of Anode Magnetic Shield on Magnetic Field and Ion Beam in Cylindrical Hall Thruster

Numerical simulation of the effect of the anode magnetic shielding on the magnetic field and ion beam in a cylindrical Hall thruster is presented. The results show that after the anode is shielded by the magnetic shield, the magnetic field lines near the anode surface are obviously convex curved, the ratio of the magnetic mirror is enhanced, the width of the positive magnetic field gradient becomes larger than that without the anode magnetic shielding, the radial magnetic field component is enhanced, and the discharge plasma turbulence is reduced as a result of keeping the original saddle field profile and the important role the other two saddle field profiles play in restricting electrons. The results of the particle in cell （PIC） numerical simulation show that both the ion number and the energy of the ion beam increase after the anode is shielded by the magnetic shield. In other words, the specific impulse of the cylindrical Hall thruster is enhanced.

基于蒙特卡罗方法的钢渣混凝土的中子屏蔽性能模拟

基于蒙特卡罗方法,采用FLUKA软件建立了中子源散射球壳和质子源入射水靶球壳数值模型,分析了不同厚度钢渣混凝土对不同能量等级和不同屏蔽角度中子射线的屏蔽能力,并与普通混凝土进行了对比。结果表明:随着屏蔽厚度的增加,混凝土对中子射线的屏蔽能力不断提升;混凝土对慢中子射线和中能中子射线的屏蔽效果优于快中子射线;钢渣混凝土对中子射线的屏蔽效果优于普通混凝土;屏蔽角度越大,使关注点剂量当量率满足规范要求的混凝土屏蔽厚度越小;用钢渣混凝土取代普通混凝土可显著减小材料的屏蔽厚度。

基于中子自屏蔽校正的氯氢比确定含油饱和度的改进方法

提出用铁的俘获伽马射线标记中子自屏蔽校正因子并组合氯氢比确定含油饱和度的方法。利用蒙特卡罗方法建立井筒-地层模型,模拟不同孔隙度和地层水矿化度条件下的俘获伽马能谱,研究中子自屏蔽因子及含油饱和度测井响应,并通过模拟实例来验证该方法。结果表明:铁标记中子自屏蔽校正后的氯氢比随孔隙度增加而增大,孔隙度相同时与含水饱和度呈线性变化关系,相对灵敏度可提高到1倍以上,能够解决常规氯氢比确定含油饱和度灵敏度下降的问题;计算含油饱和度误差降低,为高矿化度水地层脉冲中子俘获测井定量评价含油饱和度提供一种新方法。

超载作用下土岩复合地层盾构隧道变形及破坏特征模型试验研究

地面突发堆载诱发运营期内地铁隧道病害的案例屡见不鲜,广州地区地铁隧道建设中常遇洞身上部为软土、砂层,下部为硬岩的土岩复合地层。目前对于局部超载作用下,土岩复合地层中盾构隧道变形与破坏特征并不明确,现行加固标准对于该种特殊地层的适用性也亟待验证。通过1︰5的土箱模型试验,探究不同硬岩比的土岩复合地层中隧道在正上方局部超载作用下的变形规律和破坏模式。试验结果表明:地层硬岩比对局部超载下盾构隧道的位移发展及其分布影响显著,结构的临界失稳荷载等级随着硬岩比增大而提高,结构破坏椭圆度随之减小,硬岩比的增大加强了结构外部围岩的约束作用,显著地控制了隧道椭变,但约束的加强也使结构呈现脆性性状,位移发展速率出现明显突变点;硬岩限制了其范围内管片的内力发展,且土岩交界面上部邻域管片产生应力集中现象,结构首先在此区域发生破坏,且常以贯穿式裂缝形式发展,随着硬岩比增大,结构呈崩角、劈裂等脆性破坏形式;隧道拱顶附加土压力会随结构失稳进入下降阶段,且随着硬岩比增大,软土压缩对地表超载的分散效应减弱,进而导致隧道拱顶附加土压力对地表超载更加敏感;将试验数据与现行加固标准对比分析,发现现行加固标准不适用于高硬岩比土岩复合地层中盾构隧道。研究成果可为加固标准结合地层因素优化提供理论支撑。

间隙环流作用下的泰勒涡演化及环流速度分布特性研究

屏蔽电机运转过程中由于粘性旋转流体所受到的离心力作用,间隙内部出现泰勒涡结构,使得间隙环流有着复杂的速度分布特性.这种速度分布特性不仅对屏蔽电机水力损耗及散热特性具有重要影响,而且也是屏蔽电机转子动力学所关注的基础科学问题.本文借助间隙环流流动性能实验平台,采用高速摄像机拍摄观测了湍流核心区泰勒涡的演化过程,面向工程应用阐明了间隙环流湍流核心区流动对边界层速度的影响规律,可为设计屏蔽电机间隙流道的尺度提供理论依据.采用计算流体动力学软件建立间隙环流仿真模型,研究了定间隙条件下泰勒涡的演化过程与环流速度分布特性,初步探讨了变间隙比对间隙环流速度结构的影响规律.研究结果表明,泰勒涡随间隙比及转子转速演化的仿真计算结果与实验测试结果的变化趋势较吻合.泰勒涡在径向与轴向方向上的速度分布具有显着差异,间隙环流涡的流动方向会改变流动边界的速度结构.当转速增大时,间隙环流由层流转变为湍流,速度形状不再沿间隙径向线性分布,而是产生畸变,呈现出壁面周围速度快速减小,中间速度渐趋平稳的轮廓.

泥水平衡盾构下穿黄河大堤稳定性分析

为确保泥水平衡盾构穿越黄河大堤过程的安全性,开展不同泥浆支护压力比对开挖面稳定性的影响研究,得到泥浆支护压力比范围,并将最佳泥浆支护压力比应用于隧道下穿黄河大堤施工模拟中,研究泥水平衡盾构穿越黄河大堤时的堤面位移规律,并与现场实际监测值进行对比分析,验证所得泥浆支护压力比范围的可靠性。研究结果表明,泥浆压力对开挖面前方地层孔隙水压力的影响范围约为15m;泥浆压力对开挖面前方地层竖向应力的影响范围约为5m;泥浆支护压力比为0.6~2.0时可满足依托工程施工要求,当泥浆支护压力比为1.0时,开挖面稳定性最好;数值模拟结果与实际监测结果均表明当盾构掘进至堤坝下方时,其对堤坝的扰动较大;数值模拟结果与实际监测结果绝对偏差较小,验证了所得泥浆支护压力比范围的可靠性。

双S弯二元排气系统遮挡偏距比对壁温与红外辐射影响的试验研究

为了探究不同遮挡偏距比双S弯排气系统的红外特性,试验研究了遮挡偏距比为55%和100%的双S弯二元排气系统的壁面温度分布和红外辐射特性,并与相应的基准轴对称排气系统进行了对比分析。结果表明:S弯喷管壁温整体要比基准轴对称喷管高约25%,第一S弯下游的上壁面附近存在局部高温区,提高S弯喷管遮挡偏距比后,温度梯度加剧,热应力集中。与基准轴对称排气系统相比,55%和100%遮挡偏距比双S弯二元排气系统均具有突出的红外抑制效果,正尾向(α=0°)红外辐射强度分别降低77.7%和79.3%。从温度和红外辐射强度综合评价,遮挡偏距比并非全遮挡最好,遮挡偏距比从55%提高到100%后,仅能有效抑制上方探测面α=5°和10°的红外辐射,而基本不会改变尾向其他探测方向的红外辐射,在工程设计时应权衡优化损失。

地铁盾构隧道双线施工对地表沉降影响的预测及分析

结合广州地铁12号线双线隧道工程,采用ABAQUS数值模拟方法,分析不同注浆层厚度、埋深比和隧道间距等因素对工程地质条件的影响,并提出相应施工控制措施。研究发现:注浆层厚度与地面沉降量成反比,0.3m为最佳注浆层厚度。地面侧向沉降量随埋深比的增大呈先增大后减小趋势,这与土的拱形作用有关。当2条并联巷道间距越大,左右巷道地面沉降越大;间距越小时,其相互作用越强,在共同受扰的范围内,沉降变形越大,沉降沟呈倒V形。当2条隧道间隔足够大时,2条隧道间的相互干涉作用被削弱,地面沉降变形被视为2条独立隧道沉降变形叠加,形成W形沉降沟。

冷却孔非均匀排布波纹板隔热屏冷却特性仿真

为了更加合理地分配冷却气体流量,提高纵向波纹板隔热屏结构的气膜冷却效率,提出了非均匀孔排布局波纹板隔热屏结构,即保持开孔率不变,构建了上游波纹结构气膜孔排布密集、下游波纹结构气膜孔排布稀疏的非均匀结构。在发动机真实工况下,采用数值仿真的方法研究了非均匀孔排方式对沿程冷却气体流量分配特性和气膜冷却特性的影响规律,揭示了振幅比变化对波纹板隔热屏冷却效果的影响规律。结果表明:前密后疏型非均匀孔排布局可以改变冷却气体在隔热屏不同位置处的出流量,从而显著提高隔热屏的气膜冷却效率。在气膜孔孔参数以及开孔率不变时,增大隔热屏上游孔排密度既可以提高隔热屏上游的冷却效果,又不会明显降低隔热屏下游的冷却效果,使隔热屏整体面平均气膜冷却效率有所提高,相比于均匀孔排结构,前密后疏孔排布局最高可使隔热屏面平均气膜冷却效率提高12.66%;在相同工况下,当振幅比从0.035增大至0.075时,隔热屏的面平均气膜冷却效率显著提高,最高可使其面平均气膜冷却效率提高16.32%。

隧道同步注浆配比优化与盾构掘进适应性匹配

盾构同步注浆是盾构施工成功的关键环节,不合理的注浆会引起盾构隧道受力不均和管片上浮而发生蛇形位移等问题。对于大科学装置对成型隧道轴线收敛偏差高精度要求,以现场配置基础浆液方式,对基础浆液添加不同掺量凝结材料进行坍落度及贯入阻力值试验,通过对盾尾同步注浆浆液性能、配比优化及改进的研究,结合盾构掘进工况用时分析,在过程中严格把控浆液进场及进场后各项指标性能,监控浆液与盾构掘进匹配情况,确保了成型隧道管片上浮及各项质量要求。