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GFRP土钉拉拔特性研究

岩土工程学报 2012年第10期34卷 1843-1849页

作者：朱鸿鹄张诚成裴华富周游施斌南京大学地球科学与工程学院江苏南京210093 地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室(成都理工大学) 四川成都610059 香港理工大学土木及结构工程学系

由于传统土钉材料存在易腐蚀、耐久性差等缺点,近年来以GFRP为代表的新型土钉材料得到了高度重视。针对GFRP土钉受力特性,运用双曲线模型描述其在拉拔过程中剪应力–剪应变关系,采用数值方法求解拉拔控制方程,从而确定轴力、剪应力及位... 详细信息

由于传统土钉材料存在易腐蚀、耐久性差等缺点,近年来以GFRP为代表的新型土钉材料得到了高度重视。针对GFRP土钉受力特性,运用双曲线模型描述其在拉拔过程中剪应力–剪应变关系,采用数值方法求解拉拔控制方程,从而确定轴力、剪应力及位移沿钉长的分布。同时,通过室内GFRP模型土钉的拉拔试验,验证了该模型预测结果的准确性。在此基础上,对土钉直径、土–钉界面抗剪强度、土–钉模量比等参数进行了参数分析,并针对GFRP土钉容许拉拔力的确定提出了按位移控制的思路。

关键词：土钉玻璃纤维复合材料(GFRP) 双曲线关系拉拔试验抗剪强度

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地基变形光纤光栅监测可行性的试验研究

浙江大学学报（工学版） 2017年第1期51卷 204-211页

作者：李飞朱鸿鹄张诚成施斌南京大学地球科学与工程学院江苏南京210023 南京大学(苏州)高新技术研究院江苏苏州215123

针对传统地基变形监测存在的监测效率低、误差大、精度低等问题,提出通过光纤光栅(FBG)技术监测地基应变分布、掌握地基变形规律的新方法.开展基于埋入式FBG应变传感器的平面应变砂土地基加载模型试验,利用粒子图像测速(PIV)技术获取模... 详细信息

针对传统地基变形监测存在的监测效率低、误差大、精度低等问题,提出通过光纤光栅(FBG)技术监测地基应变分布、掌握地基变形规律的新方法.开展基于埋入式FBG应变传感器的平面应变砂土地基加载模型试验,利用粒子图像测速(PIV)技术获取模型箱侧壁地基土体的应变分布规律.监测结果表明,采用FBG技术能够灵敏地捕捉到土体在逐级荷载下的内部应变累积过程,获得的应变分布特征与PIV结果较吻合,真实反映了模型地基的变形和破坏模式,初步证明了FBG光纤监测技术应用于地基变形监测的可行性.该研究说明,PIV技术可以作为检验、标定FBG应变监测结果的辅助工具.两种监测方法在具体应变量值上有一定的差异,原因可以归结为试验误差、传感器变形耦合程度以及照相质量好坏等几个方面.

关键词：地基变形光纤光栅(FBG) 粒子图像测速(PIV) 应变监测

液体自支撑压裂技术非混相流体分布规律实验研究

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液体自支撑压裂技术非混相流体分布规律实验研究

作者：张诚成西南石油大学

学位级别：硕士

目前,水力压裂技术广泛应用于非常规油气储层的增产改造,在提高油气井产量方面取得了较好成效。常规水力压裂技术需要从地面泵注固体支撑剂进入储层,支撑剂通常以“砂堤”的分布形态支撑裂缝。然而,常规水力压裂技术存在压裂液破胶残渣... 详细信息

目前,水力压裂技术广泛应用于非常规油气储层的增产改造,在提高油气井产量方面取得了较好成效。常规水力压裂技术需要从地面泵注固体支撑剂进入储层,支撑剂通常以“砂堤”的分布形态支撑裂缝。然而,常规水力压裂技术存在压裂液破胶残渣污染储层、高砂比伴随高排量高泵压造成施工设备和管柱磨损、加砂过程控制不当易形成砂堵、施工安全风险和人员安全风险等问题,无一不影响着水力压裂技术的应用与发展。针对上述问题,目前正在研发一种新型液体自支撑压裂技术,其原理是注入非混相的自生固相压裂液和非自生固相压裂液至地层裂缝,其中自生固相压裂液在储层温度刺激下形成自生固相支撑剂支撑裂缝。该技术包含相变材料、相变控制条件、非混相流体分布规律、现场施工工艺四方面关键技术,本文正是对其中关键技术之一即非混相流体分布规律展开研究。自生固相压裂液在裂缝内的分布模式决定了自生固相支撑剂在裂缝内的分布形态,直接影响支撑效果和导流能力,因此研究自生固相压裂液体系液液两相分布规律对提高储层增产改造效果具有重要意义。本文紧密围绕自生固相压裂液和非自生固相压裂液密度差、界面张力、黏度比、注入压力、注入比例等敏感性因素,开展液体自支撑压裂技术非混相流体分布规律研究。主要研究内容如下:(1)通过研究自生固相压裂液液滴的稳定性、粒径大小和粒径均匀分布程度,分析了敏感性因素对自生固相压裂液液滴形态分布的影响规律,初步确定了各敏感性因素的研究范围。(2)利用可视化平板裂缝分布物理模拟装置,采用单因素控制变量法研究了敏感性因素对平板裂缝中非混相流体分布模式的影响规律,发现了桥墩式、渠道式、珠状分布等自生固相压裂液不同分布模式,分析了单因素影响下不同分布模式的形成条件。(3)采用正交试验法研究了黏度、密度、界面张力三因素对自生固相压裂液体系液液两相在平板裂缝中分布模式的影响规律,同时研究了注入压力、注入比例两因素对分布模式的影响规律,得到了多因素作用下自生固相压裂液桥墩式、渠道式、珠状分布等不同分布模式的形成条件,分析出黏度、注入压力是影响分布模式的主要因素。(4)根据多因素影响下自生固相压裂液平板裂缝分布物理模型,建立了自生固相支撑剂三维分布几何模型,基于流体流动数学模型进行了流场数值模拟研究,计算了不同分布模式的裂缝导流能力,优选出桥墩式、渠道式等高导流能力的分布模式,利用极差法分析得到黏度、密度、界面张力对分布模式的影响程度为:黏度>密度>界面张力。本论文揭示了不同敏感性因素影响下液体自支撑压裂技术非混相流体的分布规律,为优化液体自支撑压裂技术施工参数、提高储层裂缝导流能力提供参考。

关键词：液体自支撑压裂技术自生固相压裂液分布模式裂缝导流能力

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旋转射流除垢装置特性研究

旋转射流除垢装置特性研究

作者：张诚成中国石油大学(北京)

学位级别：硕士

高压旋转射流是近年来发展起来的一项前沿除垢解堵技术,它利用高压水射流和旋转控制,实现对套管柱的全方位除垢。但射流高速旋转时容易产生雾化作用而降低清洗效果,采用限速体可以控制喷枪转速。因此,研究限速体翼片参数优化和环空旋转... 详细信息

高压旋转射流是近年来发展起来的一项前沿除垢解堵技术,它利用高压水射流和旋转控制,实现对套管柱的全方位除垢。但射流高速旋转时容易产生雾化作用而降低清洗效果,采用限速体可以控制喷枪转速。因此,研究限速体翼片参数优化和环空旋转流场分布特性具有重要意义。本文首先分析了高压射流的除垢机理,然后建立旋转喷枪模型,对喷枪转速、排量和围压对环空流场分布的影响规律开展了数值模拟研究,并利用自行设计的室内实验装置,分别对喷枪转速测试和旋转射流清洗效果进行了研究。数值模拟结果表明,喷枪转速对管壁垢物的冲击作用影响较大,现场除垢解堵作业中应将工具转速控制在200-600rpm范围内。当排量增大至300L/min时,最高冲击压力可达12.1MPa,在满足现场条件下,应尽量使用大排量进行除垢解堵作业;而围压对环空速度分布的影响几乎可以忽略。室内实验结果表明,限速体翼片个数过多会导致翼片间距离较近、液体较少,翼片受到水的阻力较小;三翼片限速体降速效果较为明显,当入口压力为2MPa时,喷枪转速仅为920rpm。射流清洗压力随着水泥比例减少而逐渐降低,当水泥砂子比为2:1时所需射流清洗压力最高,为3.9MPa左右,此时对应的岩样强度也为最高。当限速体为正旋四翼片结构时,除垢质量最多;射流压力较高时,此时喷枪旋转较快,从而减少了射流在垢物表面的停滞时间,因此除垢质量反而减小。研究结果有望对现场除垢作业具有一定指导意义。

关键词：旋转射流除垢环空流场限速体

基于线性规划的集成电路低功耗设计和抗退化方法研究

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基于线性规划的集成电路低功耗设计和抗退化方法研究

作者：张诚成哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着工艺水平的不断提高,超大规模集成电路(Very Large-scale Integration C ircuits,VLSI)的性能和集成度不断提升,但可靠性问题也日益突出。在众多可靠性因素中,负偏置稳定不稳定度(Negative bias temperature instability,NBTI)效应... 详细信息

随着工艺水平的不断提高,超大规模集成电路(Very Large-scale Integration C ircuits,VLSI)的性能和集成度不断提升,但可靠性问题也日益突出。在众多可靠性因素中,负偏置稳定不稳定度(Negative bias temperature instability,NBTI)效应引起的路径延迟退化和漏电电流引起的静态功率增大是两个首要的问题,严重影响了电路长期可靠性。因此,本文针对这两个可靠性问题展开研究,提出基于整数线性规划策略(Integer Linear Programming,ILP)的输入向量控制(Input Vector Control,IVC)方法,减小电路全生命周期内的延迟退化和功率消耗,提高其的可靠性和使用寿命。本文首先研究集成电路NBTI效应和静态功率建模方法,并分析电路输入向量对于两个可靠性效应的影响。以此为基础,针对电路不同的设计需求,提出两种降低电路延迟退化和功率消耗的方法。针对电路时序余量充足的情况,本文提出了一种静态功率自适应约减方法,用以减小电路功率消耗。该方法首先分析NBTI退化效应造成的晶体管阈值电压变化对于电路静态功率以及最佳输入向量选择的影响,并利用支持向量回归构建NBTI效应影响下的电路静态功率变化模型;然后,将电路的生命周期划分为连续时间间隔,在每个间隔内根据电路内部晶体管阈值电压的退化情况自适应更新最小漏电功率向量(Minimum Leakage Vector,MLV),以此获得最佳的静态功率优化效果。此外,针对电路时序要求严格的情况,本文提出了延迟退化和静态功率联合约减方法。本文首先分析了电路输入向量对于延迟退化和静态功率的不同影响;以此为基础,提出了一种延迟和功率联合优化准则函数,并构建了相应的ILP优化模型,用以对延迟和功率进行约减,在保证电路性能的情况下,最大化地减小电路的功率消耗。为了验证提出方法的有效性,本文在多个标准电路集上进行了仿真实验。实验结果表明,本文提出的两种方法能够满足电路不同的设计需求,相比较于传统的IVC方法,可进一步降低电路的延迟退化和静态功率,研究成果可应用于SoC、FPGA等超大规模集成电路设计中,提高电路的使用寿命和可靠性。

关键词： NBTI效应静态功率延迟退化 ILP策略输入向量控制法

基于组合体力学模型的固井水泥石封隔能力分析

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东北大学学报（自然科学版） 2020年第9期41卷 1334-1340页

作者：王海柱石鲁杰郑永张诚成中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室北京102249

为探究水力压裂过程中水泥石封隔失效的内在机理,建立了一套基于套管-水泥石-地层组合体弹塑性力学模型的水泥石封隔能力失效分析方法,并通过数值模拟和实验分别验证了力学模型和分析方法的可靠性.然后借助等效应力与屈服强度、应变与... 详细信息

为探究水力压裂过程中水泥石封隔失效的内在机理,建立了一套基于套管-水泥石-地层组合体弹塑性力学模型的水泥石封隔能力失效分析方法,并通过数值模拟和实验分别验证了力学模型和分析方法的可靠性.然后借助等效应力与屈服强度、应变与材料极限伸长率的对比,绘制了水泥石封隔能力图版.研究表明:水泥石弹性模量对水泥石封隔能力影响存在最优区间,在本文研究条件下,水泥石弹性模量在6~9.7 GPa之间有利于保持水泥石封隔能力.研究结果可为不同地区页岩气水平井固井水泥参数选择提供参考.

关键词：水泥石套管封隔能力等效应力弹性模量

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纤维加筋土界面渐进性破坏模型

浙江大学学报（工学版） 2015年第10期49卷 1952-1959页

作者：张诚成朱鸿鹄唐朝生施斌南京大学地球科学与工程学院江苏南京210023 南京大学(苏州)高新技术研究院江苏苏州215123

为了更深入地揭示解纤维加筋土的破坏机理,研究纤维加筋土中纤维和土体的相互作用机理.提出利用纤维/土体界面切应力-切应变的三参数模型,描述离散纤维在加筋土中的渐进性破坏特性.该模型将单根纤维在加筋土中的拉拔过程分为5个典型阶段... 详细信息

为了更深入地揭示解纤维加筋土的破坏机理,研究纤维加筋土中纤维和土体的相互作用机理.提出利用纤维/土体界面切应力-切应变的三参数模型,描述离散纤维在加筋土中的渐进性破坏特性.该模型将单根纤维在加筋土中的拉拔过程分为5个典型阶段,给出各个阶段纤维轴力、位移、界面切应力的解析解.通过单根纤维拉拔试验,验证了该模型的有效性.提出用2个拉拔过渡阶段产生的位移占总位移的比值来评价界面的渐进性破坏特征,对相关的影响因素进行一系列的参数分析.结果表明:纤维的长径比越大或纤维弹性模量与纤维/土体界面剪切刚度比越小,则纤维/土体界面渐进性破坏特征越显著.由该模型得到的纤维/土体界面力学指标可以作为纤维加筋土力学模型的输入参数,通过单独评价土体强度与纤维/土体界面强度来反映纤维加筋土的宏观力学特性.

关键词：纤维加筋土相互作用界面抗剪强度渐进性破坏拉拔

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土钉拉拔机理的试验及理论研究进展

防灾减灾工程学报 2013年第S1期33卷 138-146页

作者：张诚成朱鸿鹄周游施斌南京大学地球科学与工程学院南京210023 地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室成都理工大学成都610059

简要介绍了近年来土钉支护技术在国际上的研究进展状况,选取了一些具有代表性的国家和地区,对该技术的发展历程进行了对比和归纳。同时,分析了目前现场、室内土钉拉拔的试验方法、相关设备及其工作原理,对拉拔试验结果的影响因素进行了... 详细信息

简要介绍了近年来土钉支护技术在国际上的研究进展状况,选取了一些具有代表性的国家和地区,对该技术的发展历程进行了对比和归纳。同时,分析了目前现场、室内土钉拉拔的试验方法、相关设备及其工作原理,对拉拔试验结果的影响因素进行了论述。在此基础上,对理想弹-塑性模型、双折线模型和双曲线模型等常用的土钉拉拔模型分别进行了阐述和评价,并总结了以有限单元法为主要方法的土钉拉拔数值模拟的研究近况。最后概括了土钉拉拔研究中存在的一些问题,介绍了近期的研究新动向,并针对新型材料土钉及其时间效应的研究提出了具体的建议。

关键词：土钉拉拔试验理论模型数值模拟相互作用

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地面沉降分布式光纤监测土–缆耦合性分析

岩土工程学报 2019年第9期41卷 1670-1678页

作者：张诚成施斌朱鸿鹄魏广庆南京大学地球科学与工程学院江苏南京210023 加州大学伯克利分校土木与环境工程系美国伯克利94720 苏州南智传感科技有限公司江苏苏州215123

地层、钻孔回填材料和传感光缆之间的耦合性是决定地面沉降钻孔全剖面分布式光纤监测精度的关键因素。提出了地层-钻孔回填材料-传感光缆耦合性的明确定义和地层变形光纤监测数据有效性的评价方法。地层、回填材料和传感光缆达到完全耦... 详细信息

地层、钻孔回填材料和传感光缆之间的耦合性是决定地面沉降钻孔全剖面分布式光纤监测精度的关键因素。提出了地层-钻孔回填材料-传感光缆耦合性的明确定义和地层变形光纤监测数据有效性的评价方法。地层、回填材料和传感光缆达到完全耦合应满足两个条件:地层-回填材料界面与回填材料-传感光缆界面剪应力均不能超过其抗剪强度;地层应变能有效地传递至纤芯。提出了回填材料与传感光缆处于黏结状态的临界围压与临界深度;传感光缆弹性模量、半径或最大应变梯度越小,则临界围压或深度也越小;当回填材料、传感光缆及其界面参数确定时,临界围压或深度仅与最大应变梯度有关。基于经典应变传递模型与Goodman假设建立了地层-钻孔回填材料-传感光缆应变传递模型,并研究了传感光缆、回填材料以及地层性质对应变传递特性的影响,结果表明:传感光缆半径和弹性模量、钻孔半径、地层剪切模量越小,或回填材料剪切模量、地层-回填材料界面黏结系数越大,则应变传递性能越好;围压对应变传递特性的影响则取决于回填材料与地层参数之间的相对关系。最后,采用苏州盛泽地面沉降光纤监测数据验证了该评价方法的有效性。研究结果为钻孔地层剖面的全剖面、精细化分布式光纤监测提供了理论依据。

关键词：地层变形分布式光纤感测技术耦合性界面抗剪强度应变传递