山东大学学报 (工学版)

TBM挤压大变形隧洞管片错台及加固机理研究

陈卫忠,陈飞飞,赵武胜,章跃林

2017, 47(2): 1-7. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2017.073

摘要 ( 1521 )

PDF (4686KB) ( 705 )

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软岩是重大交通、水电、矿山等工程建设中经常遇到的复杂介质,高地应力作用下软岩地下工程很容易产生围岩大变形,不仅对施工安全造成影响,而且还会造成建设工期和成本的迅速增加。软岩大变形已成为我国交通、水利、深部资源开发等工程领域亟待解决的重大课题。本研究以引大济湟隧道掘进机(tunnel boring machine, TBM)挤压大变形导致的管片错台为例,通过对现场监测成果的反演分析,系统研究挤压大变形不同错台的修复与控制方法,本研究成果对其他膨胀泥岩卡机事故脱困以及管片错台的工程具有指导意义。

一种基于TBM掘进参数的现场岩石强度快速估算模型

陈恩瑜,邓思文,陈方明,马池帅

2017, 47(2): 7-13. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2017.028

摘要 ( 1401 )

PDF (3706KB) ( 427 )

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基于隧道掘进机(tunnel boring machine, TBM)现场实际掘进参数与岩石强度的相关性,提出一种现场岩石强度快速估算模型。该模型详细分析了开敞式TBM现场实际掘进参数的趋势,建立了其与岩石单轴抗压强度(uniaxial compressive strength, UCS)的拟合关系式;根据回归系数R²排序:0.761 2(贯入度指数)> 0.759 5(推力)> 0.691 5(掘进比能)>0.598 6(扭矩)> 0.561 5(贯入度),确定采用贯入度指数(field penetration index, FPI)快速估算岩石强度UCS。与以往岩石强度经验模型对比,该估算模型更具针对性和适用性。研究成果为TBM工程岩石强度的快速估算提供了一种新的切实可行的思路。

近断层速度脉冲对隧洞工程动力响应的影响规律

白现军,王太兴,卫鑫,赵武胜

2017, 47(2): 14-19. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2017.027

摘要 ( 1404 )

PDF (2497KB) ( 395 )

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基于近断层速度脉冲与相位差谱的统计规律,提出一种脉冲型地震动人工合成方法,该方法能够确保合成地震波时域与频域的非平稳性。在此基础上,依托巴基斯坦N-J水电站,采用数值仿真方法研究方向性效应速度脉冲对引水隧洞的影响。结果表明:低频速度脉冲更接近围岩的自振频率,能够显著提高衬砌的内力,具有较强的破坏性。在近断层隧洞等地下工程的抗震设计中需要考虑断层的速度脉冲分量。

CW-TOPSIS岩爆评判模型及应用

胡泉光,陈方明,宁光忠

2017, 47(2): 20-25. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2017.097

摘要 ( 1567 )

PDF (1130KB) ( 931 )

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针对岩爆评判模型中指标权重难以确定问题,提出一种“AHP+熵权法”组合赋权方法,引入Lagrange函数和欧氏距离函数,保证了主、客观权重与其差异程度相一致,最终获得理想的综合权重;基于逼近理想解排序法(technique for order preference by similarity to an ideal solution, TOPSIS)的基本理论建立CW(combined weights)-TOPSIS综合评判模型并预测岩爆等级。实例应用结果表明,CW-TOPSIS岩爆评判模型的预测结果与实际相吻合,进一步验证了该模型的有效性及实用性,从系统评价、多因素指标角度为岩爆预测提供了一种切实可行的途径。

N-J水电站岩爆区卸压技术的能量耗散率分析

陈方明,谷江洪,朱斌,王鲁瑀

2017, 47(2): 26-31. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2017.098

摘要 ( 1378 )

PDF (3918KB) ( 510 )

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为研究岩爆区卸压技术的能量耗散率,对巴基斯坦N-J水电站引水隧洞TBM施工的岩爆区进行钻孔卸压和爆破卸压分析,主要对108 mm直径钻孔的卸压应力释放、预裂爆破等情况进行数值模拟,模拟钻孔间距分别为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 m时的孔内钻孔卸压和预裂爆破情况。分析结果表明:预裂爆破卸压法的能量耗散率最高可达到27%,而单纯的钻孔卸压法的能量耗散率最大仅为5.9%,因此预裂爆破卸压的卸压效果远好于单纯的钻孔卸压方法的卸压效果;对于预裂爆破法来说,能量耗散率随卸压孔间距的增加而增大,基本呈指数型增长趋势,对于单纯的钻孔卸压法来说,能量耗散率随卸压孔间距的增加而减小,因此在生产现场应根据不同卸压方法布置合理的钻孔间距。

“铁篦子”方案在岩爆区的应用

王太兴,王西奎,邹俊鹏,谭旭燕

2017, 47(2): 32-36. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2017.096

摘要 ( 1500 )

PDF (1793KB) ( 450 )

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为减少岩爆控制的规模,采用“铁篦子或钢筋排”方案对其进行研究。利用隧道开挖后周围岩体的弹性能密度计算不同岩爆等级发生时的动能;根据前期对NJ—TBM隧洞地应力的反分析成果,结合工程区域采取应力释放孔等措施,确定不同岩爆区的最大岩块及其最大速度,且假定最大岩块以最大速度向钢板/钢筋进行冲击,从而建立“铁篦子或钢筋排”方案计算模型;基于该模型,将所提出的“铁篦子或钢筋排”方案分别应用到强岩爆区、中等岩爆区以及弱岩爆区。结果表明:在强岩爆区(钢拱架间距1.5 m,每延米30根Φ=20 mm“铁篦子”的方案)中岩爆区(钢拱架间距1.7 m,每延米20根Φ=22 mm“铁篦子”的方案)弱岩爆区(钢拱架间距2.0 m,每延米20根Φ=20 mm“铁篦子”的方案)均未使钢筋出现塑性区。因此,所提出的方案不会产生塑性区。

“套接式H型”缓冲器在超大型竖井混凝土施工中的应用

刘协,李国华,王明,马池帅

2017, 47(2): 37-40. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2017.095

摘要 ( 1636 )

PDF (1627KB) ( 1185 )

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针对N-J水电工程调压竖井长溜管输送混凝土时骨料离析、下料速度快、混凝土和易性较差等输送技术难点,设计出一种“套接式H型”缓冲器,并对其结构设计及工作原理进行了详细研究。现场对比试验及应用表明:与原有的MY·BOX型缓冲器相比,新型缓冲器结构简单,制作成本低,且能有效控制高落差条件下的混凝土下落速度,解决混凝土拌和物离析及对管路磨损、击穿问题,保证了设备的使用寿命、施工安全及混凝土工程质量,可为类似竖井混凝土衬砌施工提供良好的借鉴。

N-J水电站岩爆区应力释放孔预裂控制的爆破分析

宁光忠,胡泉光,闫肖,王鲁瑀

2017, 47(2): 41-46. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2017.026

摘要 ( 1630 )

PDF (2663KB) ( 547 )

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为了对N-J水电站引水隧洞岩爆区进行卸压分析,对施工区的SS-1砂岩进行岩爆倾向性试验,采用弹性能量指数作为岩爆倾向判断指标,试验结果表明施工区具有强烈的岩爆倾向,说明了进行钻孔卸压的必要性。运用扩展有限元方法对钻孔预裂爆破进行数值模拟,模拟不同抗拉强度的岩体(4、6、8、10 MPa)在不同钻孔间距(0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 m)的孔内预裂爆破情况,分析了爆破过程的能量耗散率、裂缝贯穿最小冲击力等。数值分析结果表明:预裂爆破能量耗散率随卸压孔间距的增加而增大,基本呈指数型增长趋势;岩爆区的计算冲击应力小于岩石极限动态抗拉强度时,爆破不会使钻孔壁产生压碎破坏;在施工现场应对钻孔间距进行合理布局,以保证良好的卸压效果。

极浅埋富水砂层地铁横通道注浆加固与开挖稳定性

夏梦然,李卫,冯啸,朱光轩,李夏

2017, 47(2): 47-54. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2017.040

摘要 ( 1579 )

PDF (3971KB) ( 811 )

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针对极浅埋富水砂层地铁隧道横通道可能出现的施工安全问题,采用室内实验、理论分析及数值模拟的方法,对隧道进行注浆加固试验及开挖工法的优选,提出一套适用于浅埋富水砂层横通道的注浆加固工艺及开挖工法。认为注浆加固可有效提高砂层的物理力学参数和土体力学性能;支护时间越迟,围岩变形越大,预加固可有效提高围岩的物理力学参数,降低围岩变形,改善地层的应力—应变关系;对台阶法与CRD(交叉中隔墙法)法开挖后拱顶沉降、应力及塑性区分布特征进行了对比分析,通过现场开挖监测量控与数值分析的对比,验证了该工艺的可行性,该研究可为类似工程提供一定的借鉴和指导作用。

隧道综合超前地质预报技术及其工程应用

周轮,李术才,许振浩,李利平,黄鑫,何树江,李国豪

2017, 47(2): 55-62. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2016.254

摘要 ( 1868 )

PDF (2775KB) ( 1230 )

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针对岩溶隧道单一超前预报方法预报结果与实际开挖揭露情况偏差较大的问题,提出采用隧道综合超前地质预报技术来提高对不良地质体预报的准确率,即采用宏观地质分析法、TSP地震波法、地质雷达法、掌子面围岩预判以及超前钻探相结合的方法,充分发挥各种预报方法的优势并进行相互补充和印证,提高不良地质体超前地质预报精度。研究成果成功应用于利万高速谋道连接线齐岳山隧道的超前地质预报工作,避免了人员伤亡与财产损失。以里程桩号GK0+708~GK0+720段范围内大型充水夹泥溶洞预报为例,详细阐述了综合超前地质预报的流程,并根据预报结果进行相应的处治措施,避免了溶洞塌方突泥等地质灾害的发生。研究结果对类似岩溶地区的超前预报提供了参考和借鉴。

基于小波域特征和贝叶斯估计的目标检测算法

刘英霞,王希常,唐晓丽,常发亮

2017, 47(2): 63-70. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2016.174

摘要 ( 1545 )

PDF (3073KB) ( 643 )

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为了改进目标检测算法,在小波域建立基于贝叶斯概率估计的模型,得到一个自适应最佳阈值,并利用该阈值得到待检测的目标。对待检测的图像序列进行基于滑动窗口的双Haar小波变换,对小波变换后的低频分量建立基于核密度函数的贝叶斯概率估计模型,通过训练和学习,得到自适应的最佳阈值,利用该阈值对低频分量进行判别,得到只含有目标的二值化图像。选取室内室外一个和多个运动目标的6个视频序列对该算法的有效性进行检验,并同其他算法相比,可以给出更好的检测结果。

面向推荐的用户兴趣扩展方法

王鑫,陆静雅,王英

2017, 47(2): 71-79. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.1.2016.099

摘要 ( 1355 )

PDF (1862KB) ( 1175 )

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提出了一种用户兴趣扩展的方法以便应用于个性化推荐系统,对用户的搜索点击日志和浏览器的浏览日志进行统计,粗略对用户兴趣建模,从文本相似度、语言模型相关度、潜在的语义关联关系三个方面充分分析用户兴趣方向之间的关联关系,应用社区发现思想挖掘关联关系紧密的兴趣群组,并对用户兴趣在同一群组内进行适当扩展。通过试验结果分析,可以看出用户兴趣扩展对个性化推荐点击率的影响,并使点击率有近一倍的增长。

基于背景和前景交互传播的图像显著性检测

翟继友,周静波,任永峰,王志坚

2017, 47(2): 80-85. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2016.221

摘要 ( 1594 )

PDF (1405KB) ( 960 )

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为了更精确地提取图像中的显著性区域,提出一种新的基于背景和前景交互传播的图像显著性检测计算模型。通过建立一个新的模型来寻找图像中的显著性元素,用一种交互式特征传播方法来扩散显著性特征。采用不同参数对图像进行分割,得到多个尺度下的超像素;在单一尺度下通过背景和前景交互传播获得超像素的显著值;对多个显著值进行加权平均融合,并采用平滑机制进行优化得到最终显著图。在公开图像数据库进行的试验结果表明,该模型提高了对图像显著目标大小的适应性,不仅较好地抑制了噪声,还使得显著目标更均匀地凸显出来,结果优于同类的算法。

基于LBP和极限学习机的脑部MR图像分类

何其佳,刘振丙,徐涛,蒋淑洁

2017, 47(2): 86-93. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.1.2016.282

摘要 ( 1574 )

PDF (1548KB) ( 890 )

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为解决磁共振(magnetic resonance, MR)脑部图像来源不一以及病变位置和形态不固定造成MR脑部图像分类精度不高的问题,提出基于局部二值模式(local binary pattern, LBP)的纹理特征提取,并用极限学习机(extreme learning machine, ELM)对MR图像分类。计算图像感兴趣区域(region of interest, ROI)的掩码,将图像分成扇形的子区域,统计掩码坐标下各块子区域的LBP直方图,连接所有LBP直方图作为特征向量通过ELM进行分类。相比以前的方法,该方法能够计算颅脑内局部纹理特征,能分类来源不一以及多种病变的图像。对脑部MR图像分类进行试验,对所有样本分类正确率超过92%,正类样本正确率超过93%,负类样本正确率超过91%。试验结果表明,该方法能够对较为复杂的MR图像进行正确分类。

基于散斑跟踪技术的超声心动图心动周期估计

金培培,孙丰荣,刘芳蕾,姚桂华

2017, 47(2): 94-99. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2016.325

摘要 ( 1652 )

PDF (3123KB) ( 1063 )

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基于块匹配散斑跟踪技术,提出估计超声心动图心动周期的方法。选择超声心动图心肌壁中感兴趣区域(region of interest, ROI),跟踪和记录每帧超声图像上ROI区域内心肌组织上的散斑或散斑模式的位置和运动。通过计算ROI区域内散斑的位移,用最小绝对误差和(sum of absolute differences, SAD)算法估计心动周期的长度和起点,并用仿真超声序列图像对方法进行验证。试验结果表明超声心动图心动周期的理论值与实际值有较高的一致性。该方法能够有效、可靠地估计心动周期长度和起点。

低浓度下亚氯酸钠与盐酸制备二氧化氯的试验研究

莫正波,胡松涛,胡德栋

2017, 47(2): 100-105. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2016.050

摘要 ( 2105 )

PDF (1610KB) ( 1518 )

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研究低浓度反应液状态下,以亚氯酸钠和盐酸为原料制备二氧化氯时,在不同温度和不同物料配比下亚氯酸钠转化率随时间的变化情况。并推断了低浓度状态下,亚氯酸钠和盐酸反应的动力学特征,获得宏观动力学方程。研究表明:低浓度反应液时以亚氯酸钠和盐酸为原料制备二氧化氯的反应,亚氯酸钠的表观反应级数为1,盐酸的表观反应级数为1.39。进一步求出反应的活化能和反应速率常数。本研究为二氧化氯发生器的研制提供了理论基础。

Bi₇Ti₄NbO₂₁的合成、酸化及光催化性能

于正刚,常宁,赵根源,石春颖,周爱秋

2017, 47(2): 106-110. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2016.257

摘要 ( 1130 )

PDF (2100KB) ( 843 )

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采用化学溶液分解法制备了Aurivillius结构钛酸铋铌化合物Bi₇Ti₄NbO₂₁,并对其进酸化处理。X射线衍射(X-ray diffraction, XRD)表征表明, 500 ℃以上的温度进行热处理,可以制得结晶性良好的Bi₇Ti₄NbO₂₁。对Bi₇Ti₄NbO₂₁进行浓硝酸酸化处理,可转化为结晶性良好的焦绿石结构钛酸铋化合物Bi₂Ti₂O₇。采用SEM观察了所合成的Bi₇Ti₄NbO₂₁和Bi₂Ti₂O₇的形貌和尺寸。在紫外光照射下对甲基橙的光催化降解实验表明,所合成的钛酸铋铌化合物Bi₇Ti₄NbO₂₁及其酸化产物钛酸铋Bi₂Ti₂O₇均具有良好的光催化活性。试验结果表明,光催化剂颗粒的结晶性及其尺寸对其光催化活性均具有很大影响。550 ℃热处理得到的Bi₇Ti₄NbO₂₁具有最高的催化活性,而将钛酸铋铌酸化处理得到的Bi₂T_i2O₇其光催化性能显著提高,优于标准光催化剂P25。

济南市冬季灰霾日PM_1.0和PM_1.0—2.5污染特征

杨雨蒙,杨凌霄,张俊美,王文兴

2017, 47(2): 111-116. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2016.401

摘要 ( 1433 )

PDF (2405KB) ( 710 )

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为探讨济南市灰霾日大气细颗粒物的化学组分特征, 于2014-01-15—02-17利用PM_1.0、 PM_2.5中流量采样仪,离子色谱及OC/EC分析仪等研究手段,对济南市灰霾日PM_1.0及PM_2.5的浓度水平及化学组成进行了系统研究。结果表明:灰霾日和非灰霾日NO^-₃、SO^2-₄、NH⁺₄均为PM_1.0和PM_2.5的主要成分,灰霾日时NO^-₃、SO^2-₄、NH⁺₄质量浓度占PM_1.0和PM_2.5质量浓度的比例明显升高,并且三种成分质量浓度在PM_1.0中均有显著升高,显示二次无机气溶胶的快速增加是灰霾形成的重要因素。碳质组分(OC+EC)是PM_1.0及PM_2.5中所占比例为第二位的组分,灰霾日OC和二次有机碳(SOC)较非灰霾日明显升高,表明灰霾日更有利于SOC的生成。72 h后向气流轨迹分析表明,起源于山东省内东部及北京、天津一带气流的近地面传输对灰霾形成有重要影响。

提输卤管道用减阻剂的合成、表征及其性能

连露,韩祥生,张长桥,于萍,魏云鹤

2017, 47(2): 117-122. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2016.212

摘要 ( 1475 )

PDF (2019KB) ( 840 )

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为了降低深层卤水提输过程的能耗,开展耐温耐盐的提输卤管道用减阻剂研究具有重要的现实意义。以丙烯酰胺(AM),2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)和丙烯酸(AA)为单体, 采用氧化还原引发剂体系水溶液聚合法合成耐温耐盐的提输卤管道用减阻聚合物P(AM/AMPS/AA)。以聚合物在常温卤水管道中的减阻率为考核指标,设计四因素三水平正交试验,确定最佳合成条件为:反应系统pH为1,反应温度为30 ℃,单体质量配比为m(AM)∶m(AMPS)∶m(AA)=15∶3∶2,引发剂加入质量为单体总质量的0.04%。根据在线红外分析结果确定最佳反应时间为3 h。利用FTIR和¹H NMR等手段对P(AM/AMPS/AA)的结构进行表征并用多角激光光散射仪测定其分子量。在自制的减阻率测试环道上对合成聚合物的减阻性能进行测试,合成聚合物表现出较好的耐温耐盐性能,减阻效果明显。如在模拟卤水质量浓度150 g/L、水温15 ℃、流量950 L/h、减阻剂用量为20 mg时,合成减阻聚合物的减阻率可以达到41.2%。与现有减阻剂相比,合成的P(AM/AMPS/AA)减阻聚合物减阻性能大幅度提高,具有较好的开发应用前景。

稠油沥青质胶质降粘机理的分子动力学模拟

崔青,张长桥,修建新,许士明,卢丽丽

2017, 47(2): 123-130. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2016.412

摘要 ( 1636 )

PDF (4644KB) ( 1462 )

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为深入了解稠油降粘机理,进一步指导实验室合成路径,利用Materials Studio模拟软件验证了以苯乙烯、丙烯酸十八酯和马来酸酐为原料进行的降粘剂合成在分子动力学上的可行性;探究该降粘剂对沥青质、胶质缔合体系的解固作用,结果表明降粘剂分子凭借长直链和富含酯基、烷基的侧链结构可以有效解除缔合,实现原油降粘;进一步模拟由苯乙烯、丙烯酸十八酯、马来酸酐和丙烯酰胺为原料合成的四元聚合物及其降粘效果,推断出四元聚合物对稠油降粘的效果将优于三元聚合物。因此,该四元降粘聚合物将成为下一步实验室合成的目标产物,Materials Studio分子动力学模拟在材料合成中将发挥越来越重要的指导作用。

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