基于有限元方法分析青少年颈前屈的生物力学特征

招募一位健康青少年志愿者为建模对象,利用64排螺旋CT进行颈椎连续性断层扫描,扫描区域设定为C1~T3椎体节段.使用软件实施逆向建模,通过模拟建立C1~T3节段三维有限元模型,分析该模型在前屈工况下的应力,并对其进行有效性验证,分析模型的生物力学特征.建立正常颈椎模型及颈前屈有限元模型,验证正常颈椎模型及颈前屈模型的活动范围、椎体及椎间盘的应力,结果和既往颈椎生物力学模型测试基本一致,表明该方法所建立的模型可靠,同时也通过有效性验证,表明模型具备良好的生物力学性能.此外还构建了全颈椎和T1~T3的胸椎模型,探究颈前屈姿态下颈椎的生物力学现象.研究发现不良的颈部姿态会导致椎体出现更明显的应力集中现象,增大椎体的峰值压力,并同时增强了对椎间盘的压迫,导致颈部疼痛风险及颈部发育不良的风险加大,因此要避免青少年颈椎的过度前屈.

超声定位下“三叶草”法腰丛阻滞对全髋关节置换术患者应激反应、炎症状态及疼痛应激因子的影响

目的探讨对全髋关节置换术采用超声定位下“三叶草”法腰丛阻滞对患者的安全性和可行性。方法选择2021年3月至2022年3月接受全髋关节置换术治疗860例髋关节骨折患者,其中男性469例,女性391例;年龄35~70岁,平均年龄64.87岁;心功能分级(NYHA)Ⅱ级319例,Ⅲ级274例,Ⅳ级267例。根据随机数字表法将其分为研究组430例和对照组430例。对照组行超声引导下髂筋膜间隙阻滞,研究组接受超声定位下“三叶草”法腰丛阻滞。观察两组术中效果(异丙酚泵入量、关节腔灌洗液用量、手术时间、术中出血量、镇痛满意率、苏醒期躁动发生率和拔除喉罩时间)和术后转归情况[术后静脉自控镇痛(PCIA)用量、拔管时间、住院时间及下床活动时间],并比较两组患者术后外周血中应激反应指标、炎性因子及疼痛应激因子含量。结果研究组术中使用异丙酚量、灌洗液量和术中出血量均明显少于对照组,且拔除喉罩时间、手术时间更短,苏醒期躁动发生率更低,镇痛满意率更高[(115.61±18.44)mg vs(128.17±23.36)mg、(8.73±1.63)L vs(9.65±1.68)L、(12.31±3.36)min vs(14.06±3.32)min、(142.39±50.61)min vs(189.32±71.48)min、(271.35±90.59)mL vs(309.03±91.41)mL、7.67%vs 32.79%、98.14%vs 73.49%。P<0.05]。研究组术后静脉自控镇痛(PCIA)用量、下床活动时间、拔管时间及住院时间均较对照组显著减少[(56.52±2.23)mL vs(77.73±3.15)mL、(3.96±1.07)d vs(6.18±1.21)d、(8.18±2.16)min vs(23.66±3.15)min、(5.09±2.88)d vs(7.43±1.27)d。P<0.05]。研究组术后1 d、术后3 d血清生长激素(GH)、促肾上腺皮质激素(ACTH)、肿瘤细胞因子α(TNF-α)、细胞间黏附分子1(ICAM-1)、前列腺素E2(PGE2)、血清P物质(SP)及β-内啡肽(β-EP)水平均明显低于对照组[(2.97±0.34)ng/L vs(4.94±0.57)ng/L、(2.13±0.32)ng/L vs(3.55±0.48)ng/L、(27.62±4.21)ng/L vs(34.83±4.92)ng/L、(22.14±3.45)ng/L vs(29.32±3.61)ng/L、(7.62±0.91)μg/L vs(11.56±1.44)μg/L、(6.32±0.81)μg/L vs(9.44±1.26)μg/L、(253.35±33.61)μg/L vs(326.82±42.25)μg/L、(227.16±31.45)μg/L vs(289.31±34.92)μg/L、(1.56±0.14)μg/L vs(2.44±0.32)μg/L、(1.22±0.14)μg/L vs(2.16±0.23)g/L、(121.32±16.24)ng/L vs(158.44±17.81)ng/L、(106.18±13.52)ng/L vs(139.42±17.11)ng/L、(22.81±2.93)μg/L vs(29.53±4.21)μg/L、(18.93±2.34)μg/L vs(24.15±3.61)μg/L。P<0.05]。研究组不良反应发生率为6.74%,较对照组(14.19%)明显低(P<0.05)。结论超声定位下“三叶草”法腰丛阻滞可有效提高全髋关节术治疗患者的术中效果,减轻应激反应和炎症反应,且镇痛效果较好,明显改善患者术后转归情况,且不良反应较少,安全性较高,值得推广。

基于有限元的盾构机刀盘强度分析

利用有限元分析的方法分别对改造前、改造后的盾构机刀盘进行强度分析,根据分析结果,改造前刀盘最大等效应力为147.97 MPa,最大变形为1.76 mm;改造后刀盘最大等效应力为150.79 MPa,最大变形为1.85 mm;改造前后刀盘最大等效应力均出现在刀盘牛腿与刀盘面板结构焊接处;刀盘改造后最大等效应力增加了2.82 MPa,增加率为1.9%,最大变形增加了0.09 mm,增加率为5.1%;改造后盾构机刀盘强度及刚度均满足施工需求。

心墙堆石坝的水力劈裂分析

水力劈裂的常用计算方法分有效应力法和总应力法,但其计算结果却常有很大差异。本文详细分析了它们产生差异的原因,认为应该用心墙外水压力是否超过心墙上游面处土中的中主应力来判别水力劈裂的发生可能。提出应用有效应力法计算心墙堆石坝初期有效应力和水压力,通过叠加得到总应力,再与心墙前水压力比较来判别是否发生水力劈裂。该方法可以反映心墙渗透性、饱和度、库水位上升速度等对水力劈裂的影响。这样,通过控制这些因素就可避免水力劈裂的发生。最后通过实例计算表明了该方法的合理性。

应力路径对黄土固结不排水剪强度的影响

用总应力法研究了应力路径对陇西Q3原状黄土的固结不排水剪强度的影响。试验基于正交设计,考虑了含水率、固结比、固结末径向应力和剪切路径4个因子、4种水平。试验结果表明,当黄土各向异性程度较小时应力路径对黄土的固结不排水抗剪强度有一定影响;基于正交设计的黄土三轴固结不排水剪试验的破坏点与普通三轴固结不排水剪试验(均压固结常规剪切)得到的破坏点处于一个条带内。黄土强度随含水率的变化规律与普通三轴固结不排水剪试验的相同。

圆弧滑动法中总应力法和有效应力法适用性辨析

针对地下水条件下圆弧滑动法中总应力法和有效应力法2种计算方法的假定,指出总应力法是从土条整体极限平衡角度分析的直观方法,但仅考虑了滑弧面上的水压力,在不考虑土条侧向作用力的瑞典条分法中使得安全系数计算值显著降低,需采用修正的总应力法公式;而有效应力法是以浮力形式综合考虑土条各侧面(含滑动面)上水压力的隐性方法,虽不完全符合瑞典条分法不考虑土条侧向作用力的假设,但能较总应力法更便捷和准确地得到安全系数,且在此基础上用流网法分析渗流力对土坡稳定影响更为合理.而在考虑条间力的毕肖普法中,考虑土坡顶面水压力抗滑力矩的总应力法和考虑土条浮力的有效应力法在数值计算上完全等价,静水条件下有效应力法计算较为便捷,而有渗流作用时,则是总应力法更加方便.

基于总应力法的静压桩极限承载力时效性研究

考虑天然饱和黏土的应力历史和初始应力各向异性,推导得出了静压沉桩过程和再固结过程中静压桩周土体应力状态的变化规律。在此基础上,根据静压桩承载时桩侧土体应力状态与单剪试验及三轴试验中土体应力状态之间的相关性,基于总应力法推导了天然饱和黏土地层中静压桩时变承载力的解析解,提出了桩侧和桩端承载系数的理论计算方法。采用离心模型试验对本文解答进行验证,研究了沉桩结束后静压桩承载力随再固结时间的变化规律,分析了土体原位力学特性与静压桩承载系数之间的关系。研究结果表明,沉桩结束后静压桩承载力的增长主要是由于桩侧承载力的增长,而且静压桩承载力在沉桩结束后较短时间内增加的幅度较大,随后增长幅度变缓并趋于稳定;土体超固结比和静止侧压力系数越大,沉桩结束后承载力增长速率越快,但桩侧和桩端承载系数均随土体超固结比和静止侧压力系数的增大而减小。

土石坝心墙水力劈裂计算方法研究

总结比较并分析几种土石坝心墙水力劈裂分析判定方法,即总应力法、综合法和有效应力法,分析各种方法的优缺点。结合瀑布沟、两河口心墙堆石坝,利用这几种方法分别进行心墙水力劈裂分析,比较各种方法之间的差异,论证综合法的合理性。建议合理的总应力法或综合法的水力劈裂判定准则,指出目前常用有效应力分析法的不足与改进方法。定义一种判定水力劈裂的安全系数,可方便利用此系数进行水力劈裂判定及不同方法比较。3种方法计算的心墙抗水力劈裂安全系数表明,有效应力法的安全系数较大。所分析的两土石坝心墙能够满足抗水力劈裂要求。

关于饱和软土地基堤坝边坡稳定分析总应力法的讨论

在饱和的软土地基上修筑堤坝,由于孔隙水压力不易准确测定,需采用"φ=0"的总应力法进行稳定分析。这一做法在国外已明确纳入设计规范,在国内工程界较少受到重视,导致过高地估计了安全系数。本文首先系统地回顾了临界状态土力学中的伏斯列夫强度理论,在理论上阐述了饱和软土地基快速填筑时采用总应力法的原因,同时引用了Bishop和Bjerrum、美国联邦公路局、美国陆军工程师团与我国水电水利工程边坡设计规范的相关条文,确认在饱和软土地基采用总应力法进行稳定分析的合理性。以花敖泡土石坝和拉哇水电站围堰为工程实例,分别采用对土的固结不排水剪的两种做法开展稳定性分析,结果表明,直接将土的固结不排水剪强度指标ccu与φcu作为填筑后的强度参数,将严重高估其安全系数。因此建议正在修订的碾压式土石坝与边坡设计规范增加相应条文,并期望引起工程界对这一问题的重视。

抗震液化的总应力合成分析方法

基于总应力动力分析法,运用二维显式有限差分程序FLAC对某大坝在地震荷载作用下的动力响应进行模拟分析。编制了分析大坝液化的数值模型的分析模块并与FLAC接口。分别考虑了水平、竖向地震荷载以及两个方向的耦合和不同水位深度对大坝动力特性的影响,得到了大坝在地震荷载作用下液化区域和位移矢量的分布态势。

波浪荷载下海床稳定性的总应力法分析

评价海床稳定性是海工建筑物设计所考虑的重要部分。基于经典弹性理论,采用半逆解法,推导了线性波浪荷载下成层弹性海床的总应力解答,在此基础上根据莫尔库仑破坏准则进行了海床剪切破坏分析,分析表明:随海床深度线性增加的土体剪切模量对应力角分布具有明显影响,特别是当海床厚度小于半倍波长时,最容易发生破坏的位置位于海床表面以下一定深度,而对于均质海床,最容易发生破坏的位置位于海床表面。软弱夹层对海床的稳定性存在影响,埋深越浅的软弱夹层越容易导致其上部土层的剪切破坏。

分期预压中抗剪强度增长对地基稳定性的影响

在分期堆载预压过程中,地基土在某一堆载固结压力下,其抗剪强度不仅有表观强度上增长,而且有结构强度的增长(次固结作用).因此,只有考虑到地基土的结构强度增长,对每级堆载地基稳定性进行计算才更为合理.结合具体的工程实例,对各种原位和室内试验进行统计分析,对地基土进行考虑结构强度增长的总应力法稳定性计算,并与考虑表观强度增长的总应力法和考虑超孔隙水压力的有效应力法地基稳定性计算进行对比.

堆石坝黏土心墙应力变形的总应力法计算

提出一种近似考虑固结程度的总应力法算法,其计算参数通过非饱和心墙料的固结不排水试验确定。该总应力法可以近似计算出固结变形,从机制上更接近实际。通过双江口堆石坝掺砾黏土心墙试验与计算,并与现有的总应力法计算结果比较,验证该总应力法算法的可行性。

瀑布沟心墙坝有效应力算法和总应力算法的对比分析

在总结土体总应力算法和有效应力算法区别的基础上,结合瀑布沟粘土心墙坝实际工程,分别运用两种方法,计算模拟施工填筑以及蓄水过程,得出各个时期坝体典型断面上各部分的变形、应力.计算结果表明,两种方法算得的变形、应力分布规律一致,只是由于有效应力算法考虑了土水相互作用以及孔隙压力消散的时间过程,以至于在各时期有效应力算法各变量极值均较总应力法为小.在大坝初次满蓄情况下,有效应力算法得出心墙上游面小主应力较竣工期有明显减小,而总应力法却不能反映这一典型现象,表明有效应力法更为符合实际,更能准确地判断心墙发生水力劈裂的可能性.

圆筒形件的拉深变形与应力分析

针对筒形件拉深过程中凸、凹模圆角处包角α对凸缘区应力的影响,运用等面积法建立了包角α与坯料瞬时外缘半径和拉深高度的几何关系;采用主应力法并结合全量理论推导出等效应变,并对凸缘变形区的径向应力进行了修正;综合考虑压边引起的摩擦应力和凹模圆角区双曲度弯曲引起的弯曲附加应力,建立了拉深全过程拉深力与瞬时外缘半径的关系式。基于拉深工艺试验,对比分析了理论与试验的拉深力与凸模行程的关系曲线,结果表明:新计算方法的理论最大拉深力与实际最大拉深力相对偏差小于7%,且拉深全过程的理论力-行程曲线与试验力-行程曲线基本一致。

心墙水力劈裂的总应力法分析

固结排水试验参数是有效应力法计算模型参数,用作总应力法计算时,只适用于心墙内孔压完全消散的情况。实际上心墙在施工期内仍存在较大的孔压,如果采用现有的总应力法计算,由于使用了饱和土固结排水试验模型参数,夸大了心墙水力劈裂的可能性。为此,提出了用非饱和心墙料做固结不排水试验得出总应力法计算模型参数的改进方法。通过对水力劈裂机理的探讨,提出了一种新的水力劈裂判断标准,即用心墙内紧靠上游表面的单元的组合应力与心墙前库水压力进行比较来判定。通过双江口堆石坝非饱和掺砾心墙料的固结不排水试验,进行了总应力法计算及水力劈裂分析,验证了观点的合理性。

中国尾矿坝地震安全度（15）──1976年大石河尾矿坝二维总应力地震反应分析

本文使用目前国际上广泛流行的坝体地震反应分析方法，对遭受１９７６年唐山地震袭击的大石河尾矿坝进行了分析。并将分析结果与Ｓｅｅｄ简化法、一维反应分析方法的结果进行了对比。分析结果表明，二维总应力分析方法定性上能较为合理地给出坝体地震反应情况，Ｓｅｅｄ简化法直接用于坝体液化分析存在着一些问题，需要进一步改进。

尾矿坝静力稳定分析的探讨与建议

尾矿坝不同于传统水库土石坝,不应完全按照传统土石坝的稳定分析方法。探讨了上游式尾矿坝静力稳定分析中的常见问题,分析了尾矿坝中孔隙水压力与超孔隙水压力来源,提出dp不大于0.05mm的尾矿坝年上升速率应不大于20m/a,对于上升速度过快的尾矿坝内应增设排水设施,以利于超孔隙水压力及时消散。在抗滑稳定分析方面,依据土力学的基本原理,明确了有效应力与总应力稳定分析方法的适用条件,将尾矿坝生命周期初期坝施工结束期、堆坝期、退役期等三个阶段,分别采用不同的稳定分析方法与强度参数。还讨论了尾矿坝中的两种特殊材料饱和松砂与尾矿泥的强度指标,提出稳定分析中应注意饱和松砂静力液化和尾矿泥欠固结的特性,对于大于临界孔隙比的饱和松砂,在一定触发条件下,可采用稳态强度。对于欠固结的尾粘土,建议采取不固结不排水强度指标或cu/p'估计不排水强度。

SLOPE/W软件总应力法和有效应力法的应用

按简单条分法和简化毕肖普法,通过算例阐述了SLOPE/W软件总应力法和有效应力法的计算原理和应用,指出SLOPE/W软件虽然在输入时没有区别总应力参数和有效应力参数,但结合输入时是否定义孔隙水压力,用户可以从计算方法的原理上来区别软件是按总应力法还是按有效应力法计算。

固结不排水剪总应力强度指标的几点讨论

建立了偏离室内常规三轴压缩试验应力条件下的总应力强度指标和有效固结压力强度指标的理论公式;讨论了这两种强度指标的变化规律及其与室内常规CU试验指标的差异;简要地分析了直接将室内常规CU试验指标用于压缩与伸长土单元的强度计算、用于有效固结压力法确定抗剪强度和用于土压力与地基极限承载力计算时的偏差情况。