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降雨作用条件下植物根系对隧道浅埋隧道围岩的影响

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降雨作用条件下植物根系对隧道浅埋隧道围岩的影响

作者：刘中原兰州交通大学

学位级别：硕士

为了研究植物对土体含水率及土体自身应力对隧道围岩的影响,以此提升隧道的安全稳定性,故做如下研究:黄土的各向异性及自身强度是影响土体安全施工的重要因素之一,也是黄土性质的研究热点。本文基于三轴渗透仪和三轴仪研究黄土物理参数... 详细信息

为了研究植物对土体含水率及土体自身应力对隧道围岩的影响,以此提升隧道的安全稳定性,故做如下研究:黄土的各向异性及自身强度是影响土体安全施工的重要因素之一,也是黄土性质的研究热点。本文基于三轴渗透仪和三轴仪研究黄土物理参数的变化对土体竖直和水平方向的渗透系数和初始变形模量的影响。结果表明,黄土的渗透异性差值随试样初始含水率及干密度的增大而减小,此外土体达到饱和时,黄土水平和竖直方向的渗透系数差值基本无变化。当黄土干密度相同时,水平的渗透系数大于竖直的渗透系数,且随着土体干密度的增大而减小。另外在三轴黄土剪切试验中,试验表明土体的初始变形模量为最小差值时,土体达到最佳干密度和最佳含水率。依据以上两个的试验结果和理论分析可以得到黄土各向异性渗透的差异系数,其值越大则渗透差异性越大,此外通过分析黄土轴应变的各向差异系数,可得到其值越大黄土的各向异性变形越大。由此可以通过差异系数来衡量黄土的各向异性,在实际工程中可以通过调节土体的物理参数来减少黄土各向异性的影响。分析k0固结结构性黄土的各向异性本构模型可以得到土体的含水率对土体的强度有消极影响,而植物对其有积极的作用,故研究植物对土体含水率及自身强度的影响有一定必要性。考虑植物根系的加筋锚固作用对浅埋隧道上层土体的影响,间接对隧道围岩产生作用,同时具体分析植物根系对土体加筋及水力作用的原理,可得到根系的加筋作用实质上是对土体强度的增强,而植物自身的水力作用则改变了土体的含水率。对根土复合体中的根面积占比进行相应的参数优化,即利用植物根系的形函数进行均匀化计算,使其更加接近实际值。利用W&W模型具体化来计算植物加筋作用对土体强度所产生的影响,将土体的基本参数、毛竹根系的抗拉强度、根面积占比、贡献系数K等参数带入W&W模型公式,得到的根土复合体的等效粘聚力,通过计算分析可以得到,植物根系主要影响的是土体的粘聚力,而对土体摩擦角没有较大的影响,在上述研究的基础上考虑植物主根的锚固作用及锚固角度对围岩应变的影响。将计算得到的土体等效粘聚力应用于PLAXIS 3D三维数值隧道模拟中,模拟了有无降雨及有无根系等条件工况。在模拟降雨条件下时,考虑了植物本身的截留作用,忽略了植物短时间内的蒸腾作用,同时将降雨的等级进行85%的折减,使模拟的结果更加接近植被隧道实际值。将模拟得到的拱顶、掌子面侧面、仰拱处的应变数据绘制成点线图,分析对比有无根系及有无降雨条件下的围岩应变,可以得到的植物根系对浅埋隧道围岩的影响。同时利用PLAXIS 3D三维数值模拟软件,对有无植物根系锚固及有无降雨工况下进行植被隧道模拟分析。在上述工况下,对不同锚固角度(90度、60度、30度)进行相应的数值模拟,分析对比模拟数据可以得到,植物根系主根锚固的作用减小了隧道围岩的竖向位移,其本质上是减小了隧道围岩的释放应力,同时适当降雨可以提升植物主根锚固与土体间的摩擦力及根土复合的粘聚力,以此来减小围岩的应力,但雨量过大或降雨时间过长会增大围岩应力,从而使围岩产生的位移增大,降低了植物主根锚固对隧道围岩的影响。通过改进后的k0固结结构性黄土的各向异性本构模型理论分析及模拟结果,植物根系的加筋锚固作用可以改变土体的孔隙结构及土体的干密度,同时植物的水力作用可以有效改变土体的含水率,进而直接减小了土体各向异性提升了土体的自身强度。综合上述的研究,可以得到植物根系可以改变土体的含水率影响土体的各向异性和强度,这对隧道安全施工及隧道围岩稳定起到了积极的意义。

关键词：植物根系加筋作用锚固作用各向异性

改性有机聚硅氮烷的制备及其在稳定的疏水涂层构建中的应用

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改性有机聚硅氮烷的制备及其在稳定的疏水涂层构建中的应用

作者：罗南辉华南理工大学

学位级别：硕士

在疏水表面或涂层的构建中,一个普遍存在的问题是,用作表面修饰物的低表面能物质与基材的相互作用较弱,以至于所制备的表面或涂层的稳定性和耐久性难以满足实际应用的要求。针对这一共性问题,我们提出基于可用作锚分子的有机聚硅氮烷(OP... 详细信息

在疏水表面或涂层的构建中,一个普遍存在的问题是,用作表面修饰物的低表面能物质与基材的相互作用较弱,以至于所制备的表面或涂层的稳定性和耐久性难以满足实际应用的要求。针对这一共性问题,我们提出基于可用作锚分子的有机聚硅氮烷(OPSZ)优异的锚固作用,构建稳定的疏水性涂层的新策略。在这一工作中,通过对OPSZ的化学改性,设计与合成了兼具优异的锚固作用和疏水性的改性OPSZ,并构建了若干系列以改性OPSZ为涂覆材料主体的疏水性涂层。利用现代测试技术对所构建涂层的表面化学组成、微观结构形貌、润湿性和物理机械性能进行了表征和分析,并考察了涂层的易清洁性和耐久性等。基于对测试结果的对比分析,建立了涂层的组成-结构-性能关系。本研究的主要内容及其结果如下所述。(1)利用正十六醇(CA)、正十二醇(DA)、正辛醇(OA)和甲醇(MA)分别与六甲基二异氰酸酯(HDI)的缩合反应,合成了4种不同结构的长链烷基化合物CA-HDI、DA-HDI、OA-HDI和MA-HDI。以全氟聚醚甲醇(PFPE)、乙烯基MQ硅树脂(MQ)、所合成的长链烷基化合物和异氰酸乙酯(EI)为OPSZ的修饰物,分别在适宜的反应条件下成功地合成了三类带不同疏水链的改性OPSZ,即OPSZ-PFPE、OPSZ-MQ、烷基化合物修饰的改性OPSZ及其对照OPSZ-EI。以玻璃(Glass)为基材,不同的改性OPSZ和OPSZ为涂覆材料,并选择不同的无机物如硅藻土(DE MPs)、Si O纳米粒子(Si ONPs)、烟灰(CS)和碳纳米管(CNTs)为添加剂,在基材表面分别构建了相应的改性OPSZ涂层及其对照涂层OPSZ@Glass,以及不同组成的改性OPSZ/无机材料复合涂层,即OPSZ-PFPE-5@DE/Si O@Glass、OPSZ-DA-HDI-3@DE/Si O@Glass和OPSZ-MQ-5@CDC@Glass。(2)所构建的改性OPSZ涂层和改性OPSZ/无机材料复合涂层对基材的附着力等级均为0级;改性OPSZ涂层具有与对照涂层OPSZ@Glass较接近的高硬度和相当的透光性。其中,OPSZ-PFPE涂层的表面硬度最高,均为3 H或4 H,且具有良好的耐溶剂擦拭性、耐热性和热稳定性。(3)所构建的OPSZ-PFPE涂层、OPSZ-MQ涂层和烷基化合物修饰的改性OPSZ涂层的表面WCA分别在107.6°～110.7°、106.7°～109.5°和93.1°～110.4°之间,均高于对照涂层OPSZ@Glass表面的WCA(92.7°);且随着改性OPSZ中PFPE或MQ含量的增加,或其所带烷基侧链长度的延展,所构建的改性OPSZ涂层可具有更高的WCA。所构建的改性OPSZ/无机材料复合涂层具有呈多层次微纳结构的粗糙表面,其WCA远高于相应的改性OPSZ涂层,均接近或达到了超疏水。对DE/Si O的总量一定的复合涂层OPSZ-PFPE-5@DE/Si O@Glass和OPSZ-DA-HDI-3@DE/Si O@Glass,其WCA分别在152.8°～161.8°和151.4°～159.8°之间,滚动角SA分别在2.5°～8.7°和3.4°～9.4°之间;对CS/DE/CNTs(CDC)质量比一定的复合涂层OPSZ-MQ-5@CDC@Glass,其WCA和SA分别在146.9°～158.6°和4.2°～8.3°之间。随着复合涂层中Si O或CS/DE/CNTs含量的增加,涂层表面的WCA和SA分别呈增大和减小的趋势。(4)通过油笔划痕-擦拭试验和污染物清除试验考察和评价所构建涂层的表面易清洁性能。结果表明,以涂层OPSZ@Glass和空白玻璃为对照,改性OPSZ涂层和改性OPSZ/无机材料复合涂层均具有优异的易清洁性能。(5)通过砂纸摩擦试验、酸碱浸泡试验和紫外光(UV 313 nm)老化试验评价改性OPSZ/无机材料复合涂层表面的力学强度、耐化学品性能和耐紫外老化性能。研究表明,复合涂层OPSZ-DA-HDI-3@DE/Si O-5@Glass经15个磨擦循环或在不同的酸碱溶液浸泡24 h后,其WCA仍能分别维持在146.1°左右和155°以上,表现出对外力和化学品的良好的稳定性;此外,OPSZ-MQ涂层在紫外光照射24 h后,表面的WCA仅比照射前下降了0.4°～1.4°,表现出良好的耐紫外老化性能。(6)含光热材料CNTs的复合涂层OPSZ-MQ-5@CDC-4@Glass在阳光照射30 s和180 s后会明显变热,其表面温度会从26.6°C分别升至40.5°C和55.4°C左右;在阳光照射下,放在该涂层上的冰块的融化时间比在作为对照的玻璃表面缩短了4～5 min,仅为10 min。这一结果证明CNTs可赋予涂层一定的光热性能和光热融冰性能。这一工作无疑为解决疏水性涂

关键词：疏水/超疏水表面有机聚硅氮烷锚固作用低表面能物质微纳米粒子

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岩体锚固稳定性分析的能量法研究

岩体锚固稳定性分析的能量法研究

作者：黄雷重庆大学

学位级别：硕士

岩体稳定性研究主要是针对岩质边坡及其加固设计方法进行,其中,锚杆锚固技术得以广泛应用,然而,目前却缺乏对危险岩体施加锚固措施后的稳定性进行分析的方法。因此,本文将以新的思路,从能量角度建立一种针对含连续结构面加锚岩体的稳定... 详细信息

岩体稳定性研究主要是针对岩质边坡及其加固设计方法进行,其中,锚杆锚固技术得以广泛应用,然而,目前却缺乏对危险岩体施加锚固措施后的稳定性进行分析的方法。因此,本文将以新的思路,从能量角度建立一种针对含连续结构面加锚岩体的稳定性动态分析方法。这种新方法主要有如下四个特点: (1)用能量的观点推导适合刚体的稳定性判据和条间力的倾角。(2)考虑滑面(连续结构面)各点之间、各锚杆之间及滑面与锚杆之间的破坏非一致性。(3)考虑锚杆锚固作用对滑面上正应力分布的影响。(4)本文方法对含连续结构面加锚岩体的稳定性分析是一种动态分析,分析的是从岩体开始滑动到停止滑动并重新恢复稳定或滑动无法停止并最终失稳的这样一个过程。本文研究工作的次序如下: 第一步,根据结构面剪切变形特征建立能反映岩体渐进破坏的计算模型,并根据岩体结构面的剪切破坏机制及其在滑动状态下的力学效应,确定结构面的破坏准则。第二步,根据砂浆与围岩接触面上的应力分布状况,建立反映岩体滑移与锚固能力关系的计算模型,并确定判断锚杆是否丧失其锚固能力的方法;根据锚固荷载在岩体中的扩散与传递方式,推导锚固作用引起的附加应力的计算公式和确定滑面的极限抗剪强度。第三步,以能量观点推导适用于刚体的稳定性判据和条间力的倾角,并据此推导出了适合本文方法的安全系数K 的计算公式。第四步,根据新的定义推导出安全系数的计算公式。最后,根据本文方法编制计算程序,进行算例分析。

关键词：加锚岩体能量法稳定性判据安全系数锚固作用

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乔木根系对路堑边坡整体稳定性的影响分析

乔木根系对路堑边坡整体稳定性的影响分析

作者：张志林哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

近年来,基础设施建设高速发展,尤其是在公路、铁路建设过程中,沿线形成了大量的路堑边坡,破坏地表原有植被,往往会诱发水土流失,引发坍塌、滑坡等地质灾害,不仅危害着人民财产安全,而且对生态环境还造成了严重破坏。随着人们生态环境意... 详细信息

近年来,基础设施建设高速发展,尤其是在公路、铁路建设过程中,沿线形成了大量的路堑边坡,破坏地表原有植被,往往会诱发水土流失,引发坍塌、滑坡等地质灾害,不仅危害着人民财产安全,而且对生态环境还造成了严重破坏。随着人们生态环境意识的日益增强,绿色生态的防护形式逐渐受到重视。高大的乔木不仅具有粗壮的主根,还有茂密的须根,分别通过粗根的锚固作用和须根的加筋作用对边坡进行加固,在路堑边坡设计中,综合考虑乔木根系的加筋作用和锚固作用,可将路堑边坡设计的更加合理,能够有效减少工程土方量及用地面积,具有良好的经济效应。除此之外,乔木护坡还具有水土保持、净化空气、美化景观、生态修复等诸多功能,具有良好的生态效应。植树护坡已成为边坡防护中的一种必然发展趋势。本文在考虑乔木根系力学效应的作用下,分析研究了乔木根系对边坡整体稳定性的影响效果,主要研究内容和成果包括:（1）通过查阅大量相关研究文献,系统阐述了根系固土作用机理,须根的加筋作用能够有效改善土体的变形特性和抗剪强度,粗根的锚固作用如同锚杆一般提高土坡整体稳定性。对植物根系的形态分布特征进行了统计分析,研究了乔木根系形态特征,对于路基边坡而言,应选择含有较多垂向生长根系的乔木才能更好的发挥根系固坡作用。基于根系固土基本作用机理,提出了须根加筋作用和粗根锚固作用的计算方法。（2）通过土质路堑边坡滑动面位置特征分析,得出滑动面分布规律,综合考虑乔木根系长度,确定出乔木护坡的最佳栽植位置,位于距离坡脚1m范围处。（3）利用边坡安全系数计算模型,分别计算了土质路堑边坡在有无乔木防护状态下的边坡稳定安全系数,通过计算结果对比分析,发现采用乔木防护的边坡稳定安全系数明显高于无防护的自然边坡,同时还分析了坡率、坡高、根长和根径对乔木防护边坡稳定安全系数的影响,计算过程中还发现,乔木护坡具有一定的局限性,对较陡较矮边坡的加固作用更加显著。（4）结合前龙高速工程实例,通过典型断面稳定性计算分析,提出乔木护坡的优化方案,方案优化后,可将原边坡设计坡率设置更陡,有效的减小了工程土方量及占地面积,同时大大降低了防护成本,证明了乔木护坡具有较好的经济效应。

关键词：乔木根系边坡稳定性加筋作用锚固作用

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我国喷锚技术的发展及其应用

金属矿山 1988年第3期 27-32页

作者：周淑媛马鞍山钢铁设计研究院

概述了国内外喷锚技术的进展,介绍了湿喷法、SEC喷射混凝土系统、钢纤维混凝土、新型锚杆、新型机具的研制情况,列举了喷锚技术在矿山井巷、采场、边坡工程中的应用效果,并对其效益作了评价。

关键词：喷锚支护技术岩层节理发育喷层管缝锚杆联合支护矿山支护快硬水泥锚杆新型锚杆喷锚技术喷射混凝土树脂锚杆胶结型锚杆巷道钢纤维混凝土混凝土支护干式喷射机支护成本锚固力锚固作用

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巷道含水断层破碎带的木铵注浆法

长沙矿山研究院季刊 1987年第4期 66-72页

作者：杨玉琳黄筱军

本文介绍断层破碎带巷道掘进的木铵化学注浆工艺!包括预注浆的工程实践。广东石人嶂钨矿攻克巷道掘进的技术难关,为矿山极不稳定岩体和断层破碎带的掘进提供了实用安全的施工途径。

关键词：断层破碎带巷道掘进注浆法化学注浆预注浆花管断层水大断面巷道锚固作用单液注浆

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锚杆支护防错原理及锚杆合理安设方式的探讨

黑龙江科技学院学报 2001年第3期11卷 40-42页

作者：张国华李凤仪康健黑龙江科技学院资源与环境工程系黑龙江鸡西158105

复合顶板活动和岩层变形到破坏经历层间相对错动、层间离层及逐层弯曲折断三个阶段．复合顶板层间错动是顶板变形破坏的初始阶段，由力学分析知，锚杆防止层面之间错动的作用原理是通过锚杆自身的截面剪切阻力来增加层面之间发生错动时... 详细信息

复合顶板活动和岩层变形到破坏经历层间相对错动、层间离层及逐层弯曲折断三个阶段．复合顶板层间错动是顶板变形破坏的初始阶段，由力学分析知，锚杆防止层面之间错动的作用原理是通过锚杆自身的截面剪切阻力来增加层面之间发生错动时的切向阻抗力，且通过锚杆的锚固作用来增加层面之间的法向压力，从而提高层面之间错动时的抗剪切摩擦阻力．由此，提出锚杆的最佳安设方式是，中间锚杆垂直顶板安设，两侧锚杆应与顶板成一定角度倾斜向两帮安设．

关键词：复合顶板层面错动锚杆支护防错原理锚固作用

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混凝土楔形拉筋加筋土挡墙的初步实践和试验

铁道标准设计 1989年第9期11卷 1-7,28页

作者：曾令录铁道部第二勘测设计院

本文针对的拉筋问题,目前是我国加筋土结构应用、发展的关键环节。文中介绍了混凝土楔形拉筋及其与矩形拉筋对比试验的结果。由于楔形拉筋对两侧填土产生挤压作用,改善了加筋土结构中拉筋与填土间相互作用的方式,大幅度地增加了拉筋的... 详细信息

本文针对的拉筋问题,目前是我国加筋土结构应用、发展的关键环节。文中介绍了混凝土楔形拉筋及其与矩形拉筋对比试验的结果。由于楔形拉筋对两侧填土产生挤压作用,改善了加筋土结构中拉筋与填土间相互作用的方式,大幅度地增加了拉筋的锚固作用和抗拔力,加强了土、筋的整体性,因而可显著地增大结构的安全度或减少拉筋数量,有利于加筋土结构的推广和进一步降低工程造价,具有重要的实际意义。

关键词：拉筋加筋土挡墙抗拔力楔形加筋土结构锚固作用位移曲线填料高度挤压作用墙面板

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灌木根系植入土质边坡的有限元模拟分析

路基工程 2021年第5期 35-39页

作者：袁海莉西南交通大学土木工程学院成都610031

为研究灌木根系植入土质边坡浅层不同位置与深度的加筋锚固作用,建立了根系植入边坡的二维平面模型,并分析了在边坡土体自重作用下的根系主根轴力分布与塑性破坏时的坡体内位移分布。模拟计算结果表明:植入土质边坡坡脚附近的灌木根系... 详细信息

为研究灌木根系植入土质边坡浅层不同位置与深度的加筋锚固作用,建立了根系植入边坡的二维平面模型,并分析了在边坡土体自重作用下的根系主根轴力分布与塑性破坏时的坡体内位移分布。模拟计算结果表明:植入土质边坡坡脚附近的灌木根系可以对边坡浅层土体起到锚固作用;灌木根系植入土质边坡可以降低边坡土体塑性破坏时的坡体位移,使边坡稳定性有所提高,可为植被护坡工程浅表层加固效果评价提供一定依据。

关键词：植被护坡有限元模拟灌木根系锚固作用边坡稳定性

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