隧洞入口非凸关键块体识别研究

隧洞入口处往往是地下岩体工程事故的多发区,也可能存在同时跨隧洞顶板、侧壁和入口边坡面的非凸关键块体,经典块体理论中的凸块体有限性判定定理不适用于非凸块体。在经典块体理论的基础上,笔者针对临空面之间含有凹状组合时需要进行并集运算的特征,提出了可以同时表示凸块体和非凸块体的一般符号表示方法,然后根据一般块体的构造定理,推出了用所有子块体是否有限来判断非凸块体有限与否的识别准则,进而枚举分析出系统中的所有有限凸块体,并按照结构面编码相同的原则组合出所有可能的有限非凸块体,同时沿着凹状相交的临空面逐次切割非凸块体,可以得到仅在切割面处相连接的非凸块体的子块体最优组合,从而可以实现隧洞入口处非凸关键块体的识别。这个方法的理论意义在于从凸块体到非凸块体扩展了块体理论的应用范围,在实际工程中又具有一定的实用价值。     

粉粒夹层对饱和砂土液化特性影响的试验研究

为了能更好地反映粉粒夹层对自然界中沉积或吹填土层动力特性的影响,将土颗粒进行筛分后制备含粉粒夹层的饱和土样。采用应变控制加载方式进行一系列动三轴试验,分析了粉粒夹层对饱和砂土的抗液化强度和动孔隙水压力发展规律的影响。研究结果表明,粉粒夹层的存在对循环荷载作用下饱和砂土抗液化强度和动孔隙水压力的发展规律有显著影响,若忽视粉粒夹层对饱和砂土抗液化强度的影响,将会使液化判别得到偏于不利或保守的结论。     

宽广吸力范围内弱膨胀土的抗剪强度及其预测

在宽广吸力范围内对不同吸力的非饱和弱膨胀土进行了一系列吸力控制的三轴剪切试验。关于吸力的施加,较低吸力采用轴平移技术;高吸力采用蒸汽平衡法。试验结果表明:在净应力相同的条件下,试样的应力应变关系曲线随着吸力的增大而升高、剪缩量变小,并且随着吸力的增大其偏应力–应变关系和体变明显地表现出类似超固结土的特性。主要原因是试样受到较大的吸力,弱膨胀土试样失水收缩、孔隙比减小均明显,使试样剪切过程中表现出类似超固结黏土的特性。在宽广吸力范围内,吸力所引起弱膨胀性土体积收缩明显,不可忽视。根据压汞试验结果确定的微观饱和度引入有效饱和度中,再将试验结果与修正后的Bishop非饱和土强度公式的预测值进行比较,证明了修正后的Bishop非饱和土强度公式在宽广吸力范围内可较为准确地预测非饱和弱膨胀土的抗剪强度。     

非平衡磁控溅射CrTiAlN涂层的制备及空蚀性能研究

目的 为缓解动力系统金属表面发生的空泡失效问题，提高水下装备推进系统在复杂多变环境中的综合服役性能，将涂层技术用于金属材料的表面防护。方法 基于正交实验设计，采用非平衡磁控溅射技术在AISI 316不锈钢基体上制备CrTiAlN涂层。采用XRD、SEM、EDS和AFM等测试手段对涂层的物相、形貌、成分和表面粗糙度进行表征;采用维氏硬度计、划痕仪和洛氏硬度计对涂层的显微硬度和膜基结合力进行测试与评估;通过球–盘磨损实验、电化学测试和空蚀实验，分别评价涂层的耐干摩擦磨损、耐腐蚀和抗空蚀性能。结果 实验结果表明，利用正交试验设计调控Cr、Ti和Al靶电流，基于涂层硬度得到最佳靶电流分别为4、8、8 A，此时涂层显微硬度达到1 242HV0.01，纳米硬度为(17.00±0.99) GPa，远高于316不锈钢;涂层的摩擦因数和磨损率远低于316不锈钢;在质量分数为3.5%的NaCl溶液中，涂层的腐蚀电位较高，腐蚀电流较小，具有较好的耐腐蚀性能，采用涂层保护后316不锈钢的寿命得到显著提高;在空蚀实验后，316不锈钢的粗糙度从4.5 nm增至112.0 nm，并出现空蚀坑，而CrTiAlN涂层只出现了褶皱，其粗糙度从4.8 nm增至10.0 nm，仅在涂层缺陷处发生了零星剥落现象。可见，CrTiAlN涂层有效缓解了空蚀的冲击作用，提高了316不锈钢的抗空蚀性能。结论 可将CrTiAlN涂层作为防护涂层，并应用于水利工程装备关键部件。