高应力条件下的岩芯电磁性能变化

根据标准晶格模型理论,在高应力作用下,岩石的Si-O键最外层电子将被挤入晶格间隙里,松散外逸的电子云在电场中将产生直流电流（DC）,进而吸收电磁波,转换成交流电流（AC）。直流电流来源于量子力学穿隧效应电子和断键电子。穿隧效应电子的形成过程和原理:氧原子的最外电子被束缚在浅位能井（shallow potential well）（0.38 V）,当高应力作用时,电子吸收部分能量,增加其动能,虽然这种轻微的动能增加不足以使电子克服并跳出它的位能井（potential well）,但它足以增加穿过井壁（well wall）进入晶格空隙间的概率,这个概率乘以可用氧原子的数目即为由于隧穿效应形成电子云的电子数量,其量级通常为微微库伦（picocoulombs）到纳米库伦（nanocoulombs）。断键电子的形成过程和原理:从微裂纹开始断裂键释放电子,并且裂纹成核点极可能开始是平行排列的,每当Si-O键断裂时,就会产生一个+Si悬键,伴随着一个自由电子附着在-O原子上,这个电子将从原子跃迁到原子,这种电子电流与裂纹的表面积和电池电极的收集效率成正比。断键形成的电子云比穿隧效应多很多。两种电子均被试验所证实。在高应力条件下岩石破裂之前,由电子穿隧效应,DC缓慢增加,随着岩石破裂的发生而导致断键电子增多,DC急剧增加;AC的电压振幅（V）随电流（I）增大而减小,当电流减小到正常时,在岩石破裂后电压振幅回归正常;遵守能量守恒原理,吸收的电磁波能量（E）与交流电流功率（V×I）相等,即E=V×I。研究结果表明电磁波监测可用于探测地壳高应力变化和岩石破裂特征,当应力达到岩体断裂的临界强度时,其应变晶体结构开始释放越来越多的外逸电子,最终岩体晶体结构断裂产生一个地震或滑动事件。岩石破裂的电磁性能变化研究可用于研发电磁波地学监测仪器,电磁波监测可以作为地应力监测的一种补充和对比分析方法,两种方法相结合比地应力监测一种方法更可靠。此外,在高应力条件下岩石还有其它现象:应变蠕变辐射、光发射、声发射、静电等,这些现象的观测也是预测地质事件需要考虑的条件。      

引入盾构技术开发利用深层地热能

探索分析引入盾构技术直接开发利用基础地热能的可行性。地热梯度及地热资源的分布特点揭示,只要有足够的深度就能获得足够的地温。传统的地热勘查和地热开发技术受到多种因素制约,使地热资源的开发利用受到了极大的限制,引入盾构技术开发利用深部基础地热资源,将是一种颠覆性和革命性的地热开发技术。本文通过分析地热资源的分布特征,结合盾构技术的特点,探索一种广泛利用基础地热能的技术、方法和可能性。     

盾构法开挖隧道对桩基础影响的有限元分析

利用有限元软件ABAQUS,采用对隧道洞室周边及开挖面的土体施加由盾构机引起的各种荷载的方法模拟天津市地铁1号线盾构施工。计算结果表明,有限元模型能够很好地模拟盾构施工过程。利用此模型研究隧道开挖对桩基础的影响。隧道开挖引起的桩顶沉降、桩身侧移主要发生在盾构机推进面逐渐接近桩的过程中,当盾构机推进面通过桩所在的位置后桩顶沉降、桩身侧移增加不明显;与隧道水平距离相同时,由于长桩能够充分发挥桩身下部的侧摩阻力,隧道开挖引起的长桩的桩顶沉降小于短桩的桩顶沉降;隧道开挖过程中12 m长桩的桩身发生了整体倾斜,16、19 m长桩的桩身出现了弯曲变形,16、19 m长桩的桩身最大弯矩发生在地面下12～13 m之间,即在隧道轴线附近;开挖过程中桩顶出现沿隧道推进方向的往复位移;桩顶作用的竖向荷载越大,由隧道开挖引起的桩顶沉降越大     

砂土中隧道开挖对邻近桩基竖向影响的简化计算方法

基于砂土中隧道开挖引起的土体竖向位移经验公式,分析隧道开挖对邻近桩基础的竖向影响。采用两阶段计算方法,将邻近桩基础视为竖向被动桩,依据砂土中隧道开挖引起地表及地表以下土体产生的沉降槽,考虑桩土相互作用的非线性,得到砂土中隧道开挖对邻近桩基础轴力影响的简化计算方法,并与土工离心试验结果进行对比,验证了该方法的合理性。在研究过程中,分析了隧道覆盖层厚度、隧道直径、隧道与桩之间的距离、隧道土体损失率、桩长、桩径等因素。研究结果表明,桩身轴力随着覆盖层厚度的增加而减小,随隧道直径和土体损失率的增大而增加;隧道与桩之间距离为2.5倍隧道直径时对轴力的影响最大;随着桩长、桩径的增加,桩身轴力逐渐增加。     

基于广义Hoek-Brown准则的隧道纵向变形曲线研究

纵向变形曲线是隧道开挖面空间约束效应的直观反映,多数纵向变形曲线的研究并未考虑围岩质量和应力水平的影响。基于广义Hoek-Brown准则,采用有限差分法,提出了能够量化不同围岩质量及应力水平下开挖面空间效应差异的纵向变形曲线函数表达式,可以简便地得到不同地质条件下的隧道纵向变形曲线,通过误差分析及与已有研究成果对比,验证了该方法的合理性与普适性。研究结果表明：围岩基本质量指标值相同时,围岩纵向变形曲线随着埋深增加变得更加平缓,即围岩应力及位移的释放过程越缓慢,埋深相同时,随着围岩基本质量指标值的降低,围岩纵向变形曲线显示出同样的趋势,相对于开挖面前方,开挖面后方纵向变形曲线的这种特点更加明显;开挖面处纵向变形也是围岩质量与应力水平的函数,最大值不超过隧道径向变形最终值的30%。     

FLAC3D在海底隧道涌水量预测中的应用

通过分析FLAC3D软件的基本特征、解析特点和本构模型,在分析研究区地质条件的基础上,采用半无限空间的水文地质计算模型,确立了研究区的模拟方案。结合某海底隧道具体水文地质和工程地质情况,以其中的9个典型剖面模拟计算为例阐述了其在海底隧道涌水量预测中的应用。将计算结果与经验解析法的结果进行了比较分析,阐述了FLAC3D数值模拟法的适用条件和工况。总结出了一些有益于隧道施工组织设计和排水设计的结论,对指导工程实践具有一定参考价值。     

一种基于平稳小波变换的海底管线边缘检测方法

海底影像存在着对比度低、噪声污染严重、图像质量差等问题,采用传统算子的海底管线边缘图像中含有大量的无用和断裂边缘信息。文中将多尺度边缘检测和匹配跟踪相结合,提出利用平稳小波变换的海底管线边缘检测方法;在提取边缘的同时利用匹配跟踪手段对噪声干扰进行抑制,提高图像目标边缘检测质量。通过对海底管线和测试图像边缘检测实验表明,文中所提出的方法在抑制图像噪声的干扰、提高水下目标边缘完整性方面明显优于传统的边缘提取算子,证明该算法的有效性。     

SASW法在基础工程和路基工程中的应用研究

南京地铁珠江路段的掘进施工过程中出现大量的渗水,利用SASW方法对地基土性进行了研究分析,得出南京地铁珠江路段的掘进施工过程中出现大量的渗水是由于高含水率的粉砂土层存在,高含水粉砂土层在SASW的频谱曲线上表现为剪切低速层。同时,利用SASW法对高速公路煤矸石的压实路基填筑的状态进行评价,并与常规的灌砂法测定路基的压实度进行对比分析,研究得出了剪切波波速与压实度的关系式,为高速公路路基填筑工程的质量控制提供了一种快捷有效的检测方法。     

半硬半软岩层小净距隧道洞口段监测分析

针对雷公浦小净距隧道后行左洞洞口段具有半硬岩层半软岩层的特点,在开挖过程中,按照新奥法对隧道地表沉降、拱顶下沉、水平收敛、中间岩柱的位移、锚杆轴力、围岩压力和钢拱架应力等项目进行监测。监测结果表明,采用预留核心土法可以较好地控制围岩变形和应力;后行洞的拱顶沉降大于先行洞,且软岩一侧的下沉量更大;中间岩柱较薄弱,开挖初期往先行洞方向移动;降雨对围岩变形和压力影响较大,施工中应引起重视。研究结论可为类似条件下工程的设计、施工和监测提供借鉴。     

Electron tunneling effects on radiative recombination in modulation n-doped ZnSe/BeTe type-II quantum wells

We have studied the cyclotron-resonance absorption and photoluminescence properties of the modulation n-doped ZnSe/BeTe/ZnSe type-II quantum wells. It is shown that only the doped sample shows electron cyclotron-resonance absorption. Also, the undoped sample shows two distinctive peaks in the spatially indirect photoluminescence spectra, and the doped one shows only one peak. The results reveal that the high concentration electrons accumulated in ZnSe quantum well layers from n-doped layers can tunnel through BeTe barrier from one well layer to the other. The electron concentration difference between these two well layers originating from the tunneling results in a new additional electric field, and can cancel out a built-in electric field as observed in the undoped structures.