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新型框架通风锚杆支护多年冻土边坡降温效果及力学机理研究

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土木工程学报 2024年第7期57卷 90-105页

作者：董建华师利君吴晓磊兰州理工大学甘肃省土木工程防灾减灾重点实验室甘肃兰州730050 兰州理工大学西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心甘肃兰州730050

本文提出了一种具有通风降温、支挡锚固和减胀减震功能的新型框架通风锚杆冻土边坡支护结构,并阐述其工作机理。基于传热学和自然对流理论,建立新型框架通风锚杆与土体换热的计算模型,对其降温效果进行了分析;基于Winkler理论,建立冻胀... 详细信息

本文提出了一种具有通风降温、支挡锚固和减胀减震功能的新型框架通风锚杆冻土边坡支护结构,并阐述其工作机理。基于传热学和自然对流理论,建立新型框架通风锚杆与土体换热的计算模型,对其降温效果进行了分析;基于Winkler理论,建立冻胀和融沉阶段新型框架通风锚杆与土体相互作用的力学简化计算模型,分析冻胀和融化阶段新型框架通风锚杆受力性能。结合算例,采用提出的简化计算方法分析了新型框架通风锚杆支护多年冻土边坡的热学和力学效应,并通过模型试验与理论计算对比,对所提出理论计算方法的合理性进行验证。结果表明:①新型框架通风锚杆能够充分发挥冷季吸收冷量冻结土体、暖季屏蔽热量保护冻土的作用,并逐年抬升冻融交界面;②新型框架通风锚杆支护结构支护效果良好,能够减弱土体冻胀作用,提高多年冻土边坡的稳定性;③所提出简化计算方法以期为新型框架通风锚杆支护多年冻土边坡提供理论依据。

关键词：多年冻土边坡新型框架通风锚杆自然对流协同工作融沉固结

土钉支护季节冻土区边坡冻胀效应耦合模型建立及求解

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岩石力学与工程学报 2022年第4期41卷 809-821页

作者：董建华吴晓磊连博郑亚林兰州理工大学甘肃省土木工程防灾减灾重点实验室甘肃兰州730050 兰州理工大学西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心甘肃兰州730050

为了研究季节冻土区边坡冻胀效应下土钉支护结构沿土钉长度方向的剪应力和轴力分布变化规律,首先,基于传热学理论及固液两相共存的导热微分方程得到冻结锋面移动变化规律,结合冻胀率公式进一步推导得到寒区边坡自由冻胀变形计算公式;其... 详细信息

为了研究季节冻土区边坡冻胀效应下土钉支护结构沿土钉长度方向的剪应力和轴力分布变化规律,首先,基于传热学理论及固液两相共存的导热微分方程得到冻结锋面移动变化规律,结合冻胀率公式进一步推导得到寒区边坡自由冻胀变形计算公式;其次,将土钉对边坡的支护作用视为无穷多个沿着土钉长度方向上的剪切分布力,考虑到边坡冻结时冻结层与未冻土层的刚度差异性,通过坐标变换后将刚度当层法与Mindlin解相结合推导双刚度层边坡内部有剪切集中力作用时钉土相互作用接触面上任一点的位移解析解;最后,基于钉土二者相互作用位移协调条件,建立关于土钉长度方向剪切分布力的黎曼积分方程,通过闭Newton-Cotes法的复合梯形积分公式及MATLAB软件编程对算例求解分析,获得土钉轴力分布规律,并利用数值解和实测值进行对比验证,此外还分析冻胀率、初始含水量等参数对土钉长度方向剪应力及轴力分布影响。结果表明:本文耦合计算方法得到土钉轴力分布形式与现场实测、数值模拟结果在总体趋势上基本一致,表明耦合计算法是合理可行的;土钉长度方向的剪应力及轴力分布规律符合中性点理论,轴力曲线呈现出两头小中间大的抛物线状,其最大值对应出现在剪应力为零的位置处,此外边坡土体冻胀率、初始含水量、土钉长度等因素均对土钉长度方向的剪应力及轴力的影响不容忽视。研究结果可为寒区边坡冻胀作用下土钉支护结构设计提供有益科学参考。

关键词：边坡工程寒区边坡土钉支护剪应力轴力分布刚度当层法 Mindlin解

玉米须总黄酮提取物对猪肉脯抗氧化性影响的研究

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食品科学技术学报 2018年第3期36卷 66-71页

作者：胡佳慧刘璐乔宇廖李李弥友汪兰石柳丁安子李新吴文锦湖北省农业科技创新中心农产品加工分中心/湖北省农业科学院农产品加工与核农技术研究所湖北武汉430064 湖北绿亿园农产品有限公司湖北潜江433100

以玉米须为原料,测纯化后玉米须总黄酮的各项抗氧化指标,玉米须总黄酮对·OH和DPPH自由基的IC_(50)分别为0.155 mg/mL和0.049 mg/mL。与此同时,将已纯化的玉米须总黄酮添加至猪肉脯中,通过测定POV值、色度和电子鼻为质量指标,对比研究... 详细信息

以玉米须为原料,测纯化后玉米须总黄酮的各项抗氧化指标,玉米须总黄酮对·OH和DPPH自由基的IC_(50)分别为0.155 mg/mL和0.049 mg/mL。与此同时,将已纯化的玉米须总黄酮添加至猪肉脯中,通过测定POV值、色度和电子鼻为质量指标,对比研究提取的玉米须总黄酮、市售BHT和植酸对猪肉脯的抗氧化效果。结果表明:储存26 d后,玉米须总黄酮的抗氧化性最强,其POV为1.625 meq/kg,而未添加抗氧化剂的猪肉脯(空白)POV值为3.75 meq/kg;电子鼻实验结果表明,添加玉米须总黄酮的猪肉脯与空白组的气味相似度为94.95%。综上所述,玉米须总黄酮可作为一种天然抗氧化剂应用于肉制品中。

关键词：玉米须总黄酮抗氧化性猪肉脯自由基

形状记忆合金式锚杆的提出及抗拔承载力特性分析

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土木工程学报 2023年第4期56卷 103-118页

作者：董建华秦兆贤何鹏飞兰州理工大学甘肃省土木工程防灾减灾重点实验室甘肃兰州730050 兰州理工大学西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心甘肃兰州730050 兰州理工大学理学院甘肃兰州730050

针对暴雨、洪水、地震等自然灾害频繁发生而诱发的边坡失稳问题,提出宜用于快速抢险救灾工作的形状记忆合金式锚杆结构,详细阐述其结构组成和技术原理;简化出该结构的抗拔承载力计算模型,基于土体柱孔扩张理论得到扩孔压力和内边界位移... 详细信息

针对暴雨、洪水、地震等自然灾害频繁发生而诱发的边坡失稳问题,提出宜用于快速抢险救灾工作的形状记忆合金式锚杆结构,详细阐述其结构组成和技术原理;简化出该结构的抗拔承载力计算模型,基于土体柱孔扩张理论得到扩孔压力和内边界位移关系,基于SMA宏观唯象本构模型,由逆悬臂梁问题的思路求解合金片的扩张力和位移关系,基于合金片与土体的变形协调条件对计算模型进行求解,进而得到锚杆抗拔承载力的计算公式,并依托MATLAB软件编制求解程序;结合算例,使用COMSOL Multiphysics多物理场仿真平台建立有限元模型,对合金片-土体相互作用的力学特性进行仿真分析,结果所得的接触力与理论方法计算的扩张力总体分布趋势相似,验证结构的快锚效果和合金片扩张力理论计算方法的可靠性。算例分析表明:合金片的扩张力主要在其弯曲段增长,合金片厚度越大锚杆抗拔承载力越大;相比传统注浆锚杆,新型锚杆很大程度上缩减了锚固段长度,降低了工程成本。研究成果能够为新型锚杆的设计应用提供理论依据和指导。

关键词：扩体锚杆形状记忆合金马氏体正相变柱孔扩张理论抗拔承载力

不同冻胀模式下冻结隧道施工引起的地表竖向位移时空解

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中国公路学报 2021年第5期34卷 144-155页

作者：董建华吴晓磊师利君兰州理工大学甘肃省土木工程防灾减灾重点实验室甘肃兰州730050 兰州理工大学西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心甘肃兰州730050

为了更加科学地预测水平冻结法隧道施工引起的地表竖向位移,从冻结管周围土体与地层冻胀相互作用机理和试验现象出发,提出了冻结管周围冻结土体在地层约束作用下的2种不同冻胀模式;基于热传导理论得到了冻结锋面随时间变化的移动规律,... 详细信息

为了更加科学地预测水平冻结法隧道施工引起的地表竖向位移,从冻结管周围土体与地层冻胀相互作用机理和试验现象出发,提出了冻结管周围冻结土体在地层约束作用下的2种不同冻胀模式;基于热传导理论得到了冻结锋面随时间变化的移动规律,进一步联合镜像法和叠加原理,推导了均匀冻胀模式和非均匀冻胀模式下水平冻结法隧道施工时多个冻结管共同引起的地表竖向位移时空预测计算公式,并依托MATLAB软件编制了求解程序。结合工程实例,将理论解与实测数据进行了对比,此外,还针对隧道埋深、冻结壁厚度、不均匀冻胀性进行了参数影响分析。研究结果表明:不同冻胀模式计算得到的位移分布规律与实测值在整体趋势上基本相似,且实测值介于均匀冻胀模式和非均匀冻胀模式所得理论值之间,证明了所提理论模型的合理性;均匀冻胀模式与非均匀冻胀模式计算得到的地表最大竖向位移均出现在隧道中心正上方地表位置处,但不同冻胀模式下的隧道中心正上方地表竖向位移峰值有明显差异;当其他参数相同时,隧道埋深越浅,地表冻胀位移分布越窄而高,土体冻胀模式对地表位移分布影响越大;冻结壁越厚,地表竖向位移越大;不均匀冻胀程度常数越大,地表竖向最大位移也越大。建议根据工程具体情况,选用所提出的不同冻胀模式来预测水平冻结隧道施工引起的地表变形,以确保工程安全稳定。

关键词：隧道工程冻胀模式镜像法水平冻结隧道地表竖向位移

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断层破碎带内隧道纵向受荷特征和变形分析

中国公路学报 2021年第11期34卷 211-224页

作者：颉永斌董建华兰州理工大学甘肃省土木工程防灾减灾重点实验室甘肃兰州730050 兰州理工大学西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心甘肃兰州730050

为了探究断层破碎带处隧道沿纵向的变形和受力特征,首先基于筒仓理论和地层应力分布特征,考虑断层破碎带的几何特征和围岩特性,建立了断层破碎带内隧道纵向荷载简化计算模型,并利用应力传递原理进行了求解;其次将隧道简化为破碎带纵向... 详细信息

为了探究断层破碎带处隧道沿纵向的变形和受力特征,首先基于筒仓理论和地层应力分布特征,考虑断层破碎带的几何特征和围岩特性,建立了断层破碎带内隧道纵向荷载简化计算模型,并利用应力传递原理进行了求解;其次将隧道简化为破碎带纵向荷载作用下的弹性地基梁,利用有限差分理论计算了破碎带纵向荷载作用下的隧道变形和受力特征。开展了相应的数值模拟和室内模型试验,结合试验数据和数值计算结果对理论模型进行了验证,并分析了埋深、破碎带宽度和倾角变化对隧道纵向变形和受力的影响。结果表明:①埋深越大,破碎带内纵向荷载越大,但纵向荷载的增长速率越小,隧道在上下盘与破碎带交界面附近的剪力和弯矩差值越小;②破碎带宽度越大,纵向荷载整体越大,隧道在上下盘与破碎带交界面附近的剪力和弯矩差值越大,最大变形位置越接近于下盘和破碎带交界面;③破碎带倾角越大,纵向荷载越接近于均布,上下盘和破碎带交界面附近变形和受力越趋于对称。

关键词：隧道工程断层破碎带模型试验纵向变形应力传递原理数值模拟

预应力锚索抗滑桩滑坡防治结构的动力计算方法研究

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土木工程学报 2022年第11期55卷 72-82页

作者：董建华吴晓磊连博陈宝兰州理工大学甘肃省土木工程防灾减灾重点实验室甘肃兰州730050 兰州理工大学西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心甘肃兰州730050

为了研究地震作用下预应力锚索抗滑桩新型滑坡防治结构的工作机理和动力计算方法,根据锚索抗滑桩与土体的实际动力相互作用工作机理,基于达朗贝尔原理和符号函数,将受荷段和嵌固段分别简化为两段均匀的弹性连续地基梁,并考虑受荷段桩前... 详细信息

为了研究地震作用下预应力锚索抗滑桩新型滑坡防治结构的工作机理和动力计算方法,根据锚索抗滑桩与土体的实际动力相互作用工作机理,基于达朗贝尔原理和符号函数,将受荷段和嵌固段分别简化为两段均匀的弹性连续地基梁,并考虑受荷段桩前后土体地基抗力的差异性,建立了预应力锚索抗滑桩滑坡防治结构的动力计算模型,给出了分段的预应力锚索-抗滑桩-土体体系协同工作的水平地震动力运动方程,并进行了地震响应分析。最后,将提出的方法应用于实际工程,并与数值模拟进行了对比,二者吻合较好,说明提出的方法是实用、可靠的。结果表明:在地震荷载作用下加速度放大系数沿桩高逐渐增加,在桩顶附近放大最明显;抗滑桩向坡体外和坡体内运动时的位移峰值不对称,向坡体外侧运动时的位移峰值明显大于向坡体内侧运动时的位移峰值;抗滑桩桩身分布的剪力和弯矩呈现出“上下小、中间大”的分布,弯矩最大值出现在滑面附近,剪力最大值在滑面位置。

关键词：预应力锚索抗滑桩滑坡地震作用动力模型动力特性

基于改进拟动力法的新型热锚管框架冻土边坡体系稳定性分析

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应用基础与工程科学学报 2023年第5期31卷 1243-1261页

作者：吴晓磊董建华苏世林郑亚林兰州理工大学甘肃省土木工程防灾减灾重点实验室甘肃兰州730050 兰州理工大学西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心甘肃兰州730050

为了更合理地评价新型热锚管框架冻土边坡体系在地震和冻融双重作用下的稳定性,首先推导了基于融土层弹性放大效应的加速度表达式;其次根据热量收支平衡原理给出热锚管作用下冻土边坡滑移面的位置;然后提出了基于热锚管锚固力应力扩散... 详细信息

为了更合理地评价新型热锚管框架冻土边坡体系在地震和冻融双重作用下的稳定性,首先推导了基于融土层弹性放大效应的加速度表达式;其次根据热量收支平衡原理给出热锚管作用下冻土边坡滑移面的位置;然后提出了基于热锚管锚固力应力扩散效应的双层介质附加应力等效模型;最后给出该冻土边坡体系稳定性的计算方法,并结合工程算例,将该方法与传统拟动力法、拟静力法对比分析,证明了改进拟动力法能够刻画热锚管框架冻土边坡体系的稳定性.结果表明,热锚管支护技术与热棒、锚杆技术相比,其防治冻土边坡的效果更好,且热锚管的锚固力越大,换热能力越强,冻土边坡体系的稳定性越好;由于波动效应的存在,抗震设计时须充分校核不同地震波振动频率的影响,尤其是与融化层自振频率相近的情况;采用该方法得到的沿坡高放大系数为非线性的,而采用传统拟动力法其结果是线性的,导致安全系数被高估,但采用改进传统拟动力法的放大系数后,也能取得与改进拟动力法相近的结果.该研究可为热锚管框架支护冻土边坡的抗震设计提供理论依据和新思路.

关键词：热锚管框架结构冻土边坡改进拟动力法应力扩散效应稳定性

隧道分级让压支护作用下围岩弹塑性变形全过程解析

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岩土力学 2022年第8期43卷 2123-2135页

作者：董建华徐斌吴晓磊连博兰州理工大学甘肃省土木工程防灾减灾重点实验室甘肃兰州730050 兰州理工大学西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心甘肃兰州730050

为了解决高地应力软岩隧道支护结构失效等问题,基于合理释放围岩应力、减小支护结构受力等原理,提出了液压式隧道分级让压支护结构。考虑开挖面的空间效应及围岩应变软化条件,通过分析虚拟支护力的衰减规律,建立了围岩压力、虚拟支护力... 详细信息

为了解决高地应力软岩隧道支护结构失效等问题,基于合理释放围岩应力、减小支护结构受力等原理,提出了液压式隧道分级让压支护结构。考虑开挖面的空间效应及围岩应变软化条件,通过分析虚拟支护力的衰减规律,建立了围岩压力、虚拟支护力与支护反力的静力平衡方程,研究了各阶段支护结构与围岩的协同作用,得到了围岩在支护结构变形全过程的位移与应力变化关系,揭示了该支护结构的支护效果。通过算例分析与数值模拟,结果表明:围岩应力在两次让压阶段显著释放,围岩变形特点与结构让压特性保持一致;理论计算值与模拟值的变化趋势一致,验证了理论分析的合理性;所提出结构能有效释放围岩应力,减小支护结构受力,避免了支护结构的屈服破坏,解决了高地应力软岩隧道支护难题,为该支护结构的应用与发展提供了理论支持。

关键词：隧道工程应力释放全过程解析虚拟支护力应变软化