工程机理（精选9篇）
工程机理 篇1
0 引言
土木工程材料的基本性质指土木工程材料在工程应用中那些基本的、具有共性的性质,包括材料的物理性质、力学性质、耐久性等。混凝土作为主要的土木工程材料已广泛地应用于国民经济的各个领域,由于混凝土是一种复杂的非匀质性材料,其影响混凝土技术性质的因素也是非常复杂的。
1 造成混凝土的缺陷主要因素
首先,在多数情况下,其内部存在较多数量的化学不稳定性物质,它们在腐蚀环境中会产生溶出性腐蚀、离子交换腐蚀或膨胀性腐蚀,从而使硬化混凝土的物理力学性能和耐久性下降。其次,混凝土在拌合时,需要加入比水泥完全水化所需水量多得多的水,以保证混凝土具有一定的工作性。但是那些多余的水在混凝土凝结而形成初始结构时仍留在混凝土中,并占据一定的空间。随着水化的进行及以后的干燥过程,水分失去,原来被水占据的空间则成为孔隙。由于孔隙的存在,容易使得混凝土的内部结构遭受损伤或腐蚀。另外,在普通混凝土中粗骨料周围存在明显的过渡区。
2 粉煤灰提高混凝土技术性质的作用机理
粉煤灰现在作为辅助胶凝材料广泛地应用于混凝土,实际上应用的目的之一就是提高混凝土的耐久性。
使用粉煤灰替代部分水泥,不仅能够改善新拌混凝土的工作性,降低混凝土水化热防止热应力裂缝,还能够降低硬化混凝土的渗透性,提高混凝土耐化学(酸、硫酸盐)腐蚀能力,降低氯离子渗透速率,防止碱——骨料反应等等。
由于粉煤灰的容重(表观密度)只有水泥的2/3左右,而且粒形好(质量好的粉煤灰含大量玻璃微珠),因此能填充得更密实,在水泥用量较少的混凝土里尤其显著。而且粉煤灰对水泥颗粒起物理分散作用,可以使其分布得更均匀。当混凝土水胶比较低时,水化缓慢的粉煤灰可以提供水分,使水泥水化得更充分。粉煤灰和富集在骨料颗粒周围的氢氧化钙结晶发生火山灰反应,不仅生成具有胶凝性质的产物(与水泥中硅酸盐的水化产物相同),而且加强了薄弱的过渡区,对改善混凝土的各项性能有显著作用。另外,粉煤灰延缓了水化速度,减小混凝土因水化热引起的温升,对防止混凝土产生温度裂缝十分有利。
也就是说:粉煤灰能改善混凝土的合易性,提高混凝土的耐久性,减少新浇混凝土的水化热,提高混凝土的后期强度,节约成本。
3 矿物外加剂对混凝土作用机理
3.1 矿物外加剂对混凝土的物理力学行为机理
3.1.1 复合胶凝效应复合胶凝效应包括三方面作用:
(1)诱导激活效应:诱导激活是介稳态复合相在水化过程中相互诱导对方能态跃过反应势垒,使介稳态体系活化,使水化动力学加速。诱导激活是介稳相离子基团和分子的化学复合作用。(2)表面微晶化效应:介稳态复合体系在水化过程中若不存在外界干扰,系统中的水化产物只能借助热力学起伏在某局部区域出现,即新相只能通过成核才能形成,当有另一复合相存在时,其微晶核作用降低了成核势垒,产生非均匀成核使水化产物在另一复合相表面沉淀析出,加速了水化过程。(3)界面耦合效应。
3.1.2 微集料效应混凝土通过自紧密堆积效应和形状因子效
应二方面物理和化学的综合作用,使掺矿物外加剂的混凝土具有致密的结构和优良的界面粘结性能,表现出良好的物理力学性能。
3.2 矿物外加剂对混凝土和易性、耐久性、抗渗性、抗碳化性机
理矿物外加剂可显著降低水泥浆屈服应力,因此可改善混凝土的和易性;矿物外加剂是经超细粉磨工艺制成的,颗粒形貌比较接近鹅卵石。它在新拌水泥浆中具有轴承效果,可增大水泥浆的流动性。矿物外加剂属于活性掺合料,但与水泥熟料相比则为低水化活性胶凝材料。大掺量的矿物外加剂存在于新拌混凝土中,有稀释整个体系中水化产物的体积比例的效果,减缓了胶凝体系的凝聚速率,从而可使新拌混凝土的塌落度损失获得抑制。掺矿物外加剂的混凝土可形成比较致密的结构,可显著改善新拌混凝土的泌水性,避免形成连通的毛细孔,因此矿物外加剂可改善混凝土的抗渗性。
4 混凝土碳化破坏机理分析及其防治措施
4.1 混凝土碳化破坏机理分析混凝土的碳化是混凝土所受到的一种化学腐蚀。
空气中CO2气渗透到混凝土内,与其碱性物质起化学反应后生成碳酸盐和水,使混凝土碱度降低的过程称为混凝土碳化,又称作中性化,其化学反应为:Ca(OH)2+CO2=Ca CO3+H2O。水泥在水化过程中生成大量的氢氧化钙,使混凝土空隙中充满了饱和氢氧化钙溶液,其碱性介质对钢筋有良好的保护作用,使钢筋表面生成难溶的Fe2O3和Fe3O4,称为纯化膜。碳化后使混凝土的碱度降低,当碳化超过混凝土的保护层时,在水与空气存在的条件下,就会使混凝土失去对钢筋的保护作用,钢筋开始生锈。
可见,混凝土碳化作用一般不会直接引起其性能的劣化,对于素混凝土,碳化还有提高混凝土耐久性的效果,但对于钢筋混凝土来说,碳化会使混凝土的碱度降低,同时,增加混凝土孔溶液中氢离子数量,因而会使混凝土对钢筋的保护作用减弱,出现钢筋锈蚀露筋现象,降低了结构强度和刚度。
4.2 混凝土碳化破坏防治措施
4.2.1 在施工中应根据建筑物所处的地理位置、周围环境,选择合适的水泥品种。
对于水位变化区以及干湿交替作用的部位或较严寒地区选用抗硫酸盐普通水泥;冲刷部位宜选高强度水泥;
4.2.2 分析骨料的性质,如抗酸性骨料与水、水泥的作用对混凝土的碳化有一定的延缓作用。
4.2.3 选好配合比,适量的外加剂,高质量的原材料,科学的搅
拌和运输,及时的养护等各项严格的工艺手段,以减少渗流水量和其它有害物的侵蚀,以确保混凝土的密实性;另外,若建筑物地处环境恶劣的地区,宜采取环氧基液涂层保护效果较好,对建筑物地下部分在其周围设置保护层。
参考文献
[1]张军.再生混凝土研究及再生混凝土柱力学性能分析[D].西南交通大学,2007.
[2]郑芳宇.水泥混凝土材料过程工程学研究[D].大连理工大学,2006.
[3]张宇.工程结构可靠度分析的若干问题研究[D].同济大学,2006.
工程机理 篇2
基于安全人机工程学的驾驶疲劳因素及其产生机理分析
摘要：在当今各种重大伤亡事故中,交通事故所占比例最大.其中驾驶疲劳已经成为引发交通事故的.主要原因,但驾驶疲劳的产生受交通标志、环境、驾驶员自身素质等诸多因素交互作用,成因复杂,表现特征呈现出多维度、多侧面.基于安全人机工程学的原理分析了驾驶疲劳的各种影响因素及其相互关系,归纳出其形成过程分为感知、判断决策和动作3个阶段,提出疲劳驾驶的行为模式,并探讨其内在机理,这对于预防驾驶疲劳,保障车辆安全畅行具有十分重要的理论及现实意义.作 者：段振伟 景国勋 杨书召 DUAN Zhen-wei JING Guo-xun YANG Shu-zhao 作者单位：河南理工大学安全科学与工程学院,河南,焦作,454003 期 刊：河南理工大学学报（自然科学版） ISTIC Journal：JOURNAL OF HENAN POLYTECHNIC UNIVERSITY(NATURAL SCIENCE) 年，卷(期)：, 27(1) 分类号：X9 关键词：安全人机工程 驾驶疲劳 产生机理提水灌溉工程效益的影响机理探析 篇3
在我国, 由于降水和径流在时间和空间上分布的极不均匀, 水旱灾害频繁发生。我国作为一个农业大国, 灌溉事业是抗御水旱灾害、减弱雨水不均匀对农业生产的不良影响、促进农业生产的长远性民生事业, 它的兴衰将关系到国计民生。在我国, 由于降水和径流在时间和空间上分布的极不均匀, 水旱灾害频繁发生。我国作为一个农业大国, 灌溉事业是抗御水旱灾害、减弱雨水不均匀对农业生产的不良影响、促进农业生产的长远性民生事业, 它的兴衰将关系到国计民生。
1 推动经济发展的影响机理
1.1 促进农业经济的发展
提水灌溉工程的建设, 主要是为了解决农业灌溉问题, 一般工程控制灌溉面积大, 由于修建提水工程, 荒芜的土地得到改善和利用。另外, 工程的建设通过产业结构调整、农业生产条件改善等对山区经济发展产生了重要影响。直接的经济效益就有:造林面积增加, 林木生长条件改善, 果品和其他林副产品产量提高;水肥条件得到改善, 饲料、饲草的增加, 牲畜存栏数和畜力数量上升;畜牧业得到发展, 肉、蛋、奶等产量提高;农作物产量提高, 蔬菜等各种农副产品产量增加。
贫困地区的农业模式往往是几千年来沿袭至今的传统农业的模式。工程的建设改变了原始农业耕作方式, 农业发展很快。由于化肥、农药、农膜、良种、拖拉机、收割机等先进农机具以及先进农业技术的更容易输入, 农产品加工与销售渠道畅道, 农林牧副渔及庭院经济等全面发展的大农业格局逐渐形成。
1.2 促进市场建设和小城镇建设
随着工程的建设, 很多边远贫困地区的乡镇的生存与生活条件发生了改变, 经济辐射力格外加大, 吸引了附近广大地区的客商, 成为耀眼的明星乡镇。另外随着工程建设本身的发展, 新的现代化的城镇也将一并建成, 当地农民从传统农业中转移出来, 离土不离乡或离土又离乡, 加快了城镇化的现代化进程, 带动区域经济快速发展。
1.3 投资环境优化、乡村工业化、现代化进程加快
水灌溉工程, 本身就需要大量的原材料和生产工具, 这刺激了沿途的采石、运输业的兴起。工程建成后, 电力、电信业随即跟上, 投资环境大大改善, 影响区域内的建筑业、采矿业、农副产品加工业、商业繁荣起来, 以致灌溉地区国土增值, 国土资源得到有效的利用和开发, 使当地群众得到一定的实惠。
1.4 增收脱贫
缺水是贫困地区经济落后的主要原因之一。提水灌溉工程的实施为贫困地区人民脱贫致富奠定了坚实的基础, 当地资源的开发利用、乡镇企业的发展和外来投资的增加, 直接引起区域内居民的收入明显提高。
1.5 扩大就业
提水灌溉工程的实施, 需要吸纳当地很多剩余劳动力参加建设, 使他们获得了工作机会, 并直接得到经济补偿, 解决了很多户家庭常年无活干、无经济收入的困难的问题。在工程修建的过程中, 刺激了当地的建材业、运输业的繁荣, 为当地群众带来可观的经济收入。工程完工后, 当地人民有田可耕, 当地城镇的其它行业也全面蓬勃发展, 使大量农民有活可干。既增加农民的收入, 又解决了因劳动力的外流给社会带来的各种压力。
1.6 资源保护与开发
建设提水灌溉工程的地区一般都很贫困, 之所以贫困, 主要是由于缺水, 缺水导致丰富的自然资源和人力资源得不到充分的开发利用。提水灌溉工程, 把一片荒芜的土地开发成肥沃的农田, 使得宝库之门大开。另外由于山区腹地人烟罕至, 森林等生态环境未被破坏, 农民迁出后, 一些自然景观和生态环境得到保护, 同时也吸引了上百万的游客, 成为当地的重要财源。
2 改善生态环境的影响机理
2.1 涵养水源
灌区之所以能够涵养水源, 是因为:首先因为灌区农作物的枯枝落叶层的阻挡, 能够使降雨强度减弱, 灌区内径流速度减缓, 有利于水分下渗。其次, 灌区土壤团粒结构发达、土质疏松, 这样的土壤更有利于降雨渗透。
2.2 保持水土
灌区能够保水固土:第一, 灌区截留和降雨下渗减少径流量, 减少水的流失;第二, 农作物通过根系固结土壤使土壤免受侵蚀;枯枝落叶层阻挡可以减小流速, 防止冲刷, 减少土的流失;第三, 土地上枯枝落叶的腐烂可增加土壤有机质含量, 为微生物、土壤动物和昆虫提供食物和保护条件, 促进土壤孔隙的发育和水稳定性团粒结构的增加。这些都有助于保持水土。
2.3 碳氧平衡
与其它生物相反, 植物能够吸收CO2, 释放O2, 维持地球上的碳氧平衡。植物在其生长过程中通过光合作用, 吸收大气中的CO2, 将其固定在植物生长过程中, 完成了大气中CO2固定。同时, 又释放其它生命所必须的氧气。植物的这一作用对生命来说是不可缺少的, 也是其它任何生物不能替代的。
2.4 净化大气
灌区发展农业可以降低风速, 减少大气中风沙物质含量。同时, 农作物叶片表面因为粗糙不平, 多绒毛, 有油脂和粘性物质, 又能吸附、滞留和粘着一部分粉尘, 从而使空气含尘量减少。
2.5 改善小气候
绿色植物是大气温度和湿度的调节器。第一, 影响气温和地温, 我国学者的大量研究表明, 从南方到北方虽然气候和植被带不同, 但植物内外的气温变化基本一致:气温低时植物具有保温御寒作用, 冬季气温越低御寒作用越大;气温高时植物具有降温避暑作用, 气温越高降温避暑作用越明显。第二, 绿色植物通过植物蒸腾和植物截流等将水分蒸散到大气中去。使灌区周围及其上空空气湿度增加, 改善气候环境, 并对陆地水分循环产生影响, 促使区域内的陆地降水量增加。
2.6 防风固沙效益
灌区之所以能够防风固沙, 是通过减低风速和减少风沙组成物质来实现的。第一, 由于农作物具有保持水土的作用, 并且由于农作物的根系作用, 减少了沙尘物质的产生, 由于风可以携带的物质减少, 也可以减轻风造成的沙打、沙割等作用。第二, 由于灌区要同时栽种防护林, 在沙区可以起到固定流沙的作用, 特别是灌区防护林形成林带网以后, 治沙效果更加明显。
2.7 保健杀菌效益
灌区的植物能产生一些能够杀死细菌、霉菌和原生动物的物质。灌区与非灌区比较, 以含菌量也相应减少;另一方面则是由于灌区植物含有杀菌素, 灌区内大量的细菌被杀死。
3 促进社会和谐的影响机理
社会效益有广义和狭义之分。广义的社会效益是项目开发对社会创造的所有效益的总和;狭义的社会效益则不包括项目建设对社会产生的经济效益。本文中的社会效益是指狭义上的社会效益, 是指提水灌溉工程对社会的政治、文化、教育、卫生等各个方面的影响, 不包括对社会经济活动的影响。
社会效益评价是指在经济效益评价中没有反映出来的效益, 是工程对实现社会发展目标的影响及所作的贡献。这里的社会发展目标包括科技进步、劳动就业、卫生保健、农民收入和消费、住房和生活服务、教育、文化生活以及社会保障、社会福利、社会安定、安全等。
4 结束语
提水灌溉作为现代农业发展灌溉事业的重要组成部分, 在促进区域发展中起到举足轻重的作用。提水灌溉工程是为实施具体的灌溉目标而兴建的农业与水利工程, 合理准确评价该类工程的综合效益成为制约提水灌溉事业的重要因素。S
摘要：由于提水灌溉项目的实施所产生的影响涉及的宏观领域相当广泛, 既包括了生产、流通、分配、消费、产业结构及人口居住分布等各环节, 又包括科技、文化、教育等部门以及劳动就业、对外开放、城市建设、环境保护乃至社会思想观念等诸多方面, 若是只局限于对社会经济作用和贡献进行评价分析的话, 显然是不够的。因此, 笔者就从经济、生态、社会三个方面对提水灌溉工程产生效益的影响机理进行分析。
关键词：水利灌溉,工程效益,和谐社会,改善民生,经济效益,环境效益,社会效益
参考文献
[1]白炳华.灌区改造工程经济评价方法研究[J].水利经济, 1996 (2) .
花香白茶加工机理研究 篇4
本研究探讨安吉白茶(绿茶)的新品种--花香白茶的加工工艺机理,研究安吉白茶具有浓郁花香和醇厚茶味的生化基础.
作 者：周春明 袁海波 魏鹏 钟映富 作者单位：周春明(湖州师范学院科技处,浙江,湖州,313000)
袁海波(中国农业科学院茶叶研究所,浙江,杭州,310008)
魏鹏(四川省农业科学院茶叶研究所,四川,成都,610066)
钟映富(重庆市农业科学院茶叶研究所,重庆,永川,402160)
刊 名：福建茶叶 英文刊名：TEA IN FUJIAN 年，卷(期)： 32(1) 分类号：S5 关键词：花香白茶 加工工艺 机理
高原工程机械损伤机理及形式研究 篇5
1 高原环境特征
高原环境有着独特、恶劣的气候条件,具体表现在随海拔的升高大气压力下降、空气密度减少、氧气含量不足;降水少,风沙大;平均气温偏低且昼夜温差大、低温期长;紫外线强。
1)气压低根据气象统计数据,海拔每升高1 000m,空气密度下降6%~10%,含氧量下降10%。4 000m高原地区大气压力和氧含量仅为平原地区的60%,水的沸点仅为87℃。
2)风压低、沙尘大由于空气密度随海拔高度降低,海拔每升高1 000m,大气压力下降9%;大部分高原地区降水稀少,植被覆盖率低,土地沙化严重,空气沙尘含量高于低海拔多尘空气含尘密度的5~15倍,且颗粒大、硬度高。
3)温差大,年均气温低由于高原大气稀薄,缺乏大面积水域调节,大气、云层的逆辐射以及水的调节作用微弱。造成高原地区昼夜温差大、季节温差大及年均气温低的特点。据统计海拔4 000m以上年平均气温-4℃以下,昼夜温差可达20℃以上,季节温差可达60℃以上。
4)太阳辐射强由于高原空气稀薄,透明度好,所以太阳辐射强,高原地区的紫外线强度可达平原地区的5~6倍。由于降水稀少,日照时数长,一般为2 600~3 000小时/年;海拔每升高1 000m,太阳辐射能增加10%,海拔3 000m以上趋缓。
5)路况差高原区大都为等外级公路、急造公路或便道,其中沙石路、搓板路和坑洼路约占80%,部分路段夏季翻浆严重、过水面较多。
2 高原环境对工程机械的损伤机理
2.1 低气压的损伤机理
低气压主要影响机械的动力及冷却系统。高原地区空气含氧量低,内燃机气缸内充气量减少,过量空气系数下降,造成可燃混合物过浓造成燃烧延迟或燃烧不完全,燃烧室积碳严重,内燃机工作状态趋于恶化。
高原地区空气密度小,柴油机风扇的冷却效果变差,易导致柴油机过热。风冷机受进气量和冷却风量的双重影响,进气量又受空气密度小的影响,加重柴油机供气不足,工况更恶劣。
随着海拔升高、气压降低,水的沸点相应降低,易造成发动机开锅,降低水循环冷却效果。
2.2 沙尘大的损伤机理
高原地区空气中悬浮的沙尘,是影响机械性能的重要因素之一。高原作业环境空气含尘密度是低海拔地区5~15倍以上,其中不但有大量焦油产物、灰尘及煤烟,还包含有大量高硬度的沙砾。沙尘的破坏机理是加速磨损、堵塞滤清、产生静电等。
1)机件磨损加剧,可靠性下降。工程机械行驶和作业在沙尘环境中,使各机件迅速脏污,尘土进入机件摩擦副表面后使摩擦加剧,加速机件磨损,降低使用寿命,甚至机件卡死。
2)堵塞滤清器,使滤清效率降低。将进一步导致发动机供气不足;发动机吸入尘埃颗粒增多,磨损加剧。实践证明,即使加装了预过滤系统的高原型过程机械,其滤清效率也难以达到平原地区水平。
3)沙尘污染冷却系表面,不利于机件散热。
4)降低电子设备精度及可靠性。渗透入密封结构中的沙土吸附水分,降低材料绝缘性能,使电路劣化,静电荷增多,产生电噪声,降低电子设备精度及可靠性。
2.3 低温与温差效应
温度的作用机理是使材料形变、改变材料性能、改变油料粘度等,具体如下。
1)使油料变质,改变油料粘稠度。低温时发动机燃油管路和其他所有有水的区域会产生石蜡,堵塞管道;低温易使润滑剂粘度增加,降低润滑性能,运动阻力增大;低温使液压油变稠,流动性降低,影响液压件的响应特性,影响液压件润滑。根据实验,润滑油在0℃时的粘度是50℃时的80~100倍。
2)使高分子材料发硬、发脆,结构强度减弱,尤其是橡胶、塑料等。
3)温度瞬变的过程中,易导致膨胀系数差异较大的零件产生配合失效,如出现裂缝、使零件互相咬死。
4)元器件性能变化,如:铝电解电容器损坏,石英晶体不震荡。
5)低温降低电池电解液活性,蓄电池容量降低,充电性变差。实践表明,当温度低于30℃时,每降低1℃,电池容量降低1%~1.5%,在-30℃时蓄电池容量仅为标称容量的40%。
6)引发金属的低温脆性,由于金属的屈服强度随温度降低而升高造成。低温脆性降低金属件抗冲击韧性,增加减震支架的刚性,零件易发生脆性损坏。
7)受约束的玻璃产生静疲劳。
8)温度突变引起凝露,使设备受潮,电路短路,加速腐蚀。
2.4 强紫外线的破坏机理
光波的能量正比与频率的平方,紫外线属于典型的短波高频辐射,能量密度很高。紫外线辐射的破坏机理主要是高能辐射加速高分子材料老化,导致材料变形。
1)长时间高强度紫外线照射可使设备过热,导致电路稳定性下降、元器件损坏、着火、低熔点焊锡开裂、焊点脱开,缩短设备寿命。
2)加速橡胶件、塑料件老化。紫外线除能直接引起先交分子链的断裂和交联外,橡胶还因吸收光能而产生游离基,并引发加速氧化链反应过程。
3)改变材料的局部或全部尺寸,其热效应导致膨胀系数差别较大的材料的零件粘结。
4)热效应导致润滑剂粘度下降,或润滑剂外流使连接处丧失润滑特性。
5)加速金属氧化,接触点电阻增大,金属材料表面电阻增大,导致电路局部过热。
2.5 路况差的损伤机理
由于高原寒区特殊的地理环境,坡多、坡陡且长,导致工程机械牵引阻力增加,加重了离合器工作负荷,甚至引起离合器过载而损坏;刹车换挡频繁,变速箱、制动蹄片磨损加剧;工程机械在此类路面行走或作业时抖动严重,各连接件松动加剧,减振器损坏严重。
3 高原环境对工程机械系统的损伤形式
3.1 对动力系统的影响
高原地区常年低温,含氧量少,大气压力低,寒冷季节长,柴油机在高原地区使用与在平原地区的情况不同,给柴油机在性能和使用方面带来一些变化。
1)燃烧不充分,积碳严重,功率下降。据科研机构实验数据表明,对自然吸气型发动机,海拔每上升1 000m,其功率、扭矩下降8%~13%,油耗上升6%~9%,热强度增加2%~5%;当海拔达到4 000m时其功率降低45%左右。
2)冷启动困难。由于低温时润滑油黏度增大,导致发动机汽缸和活塞之间的摩擦阻力增大;发动机启动时曲柄连杆机构需搅动发动机油底壳的机油,由于机油黏度的增加,搅动的阻力也相应增加,加之低气压和电池活性降低的影响,低温冷启动问题更加突出。
3)发动机磨损加剧,寿命缩短。由于低温时润滑油流动性差,导致发动机磨损严重。由于高原环境气压低,导致发动机热内耗严重,往往致使发动机处于高温工作状态,致使润滑油流动性增强,成膜性能下降,使油膜变薄,抗冲击能力降低,将导致粘着摩擦;沙尘进入发动机后,将加剧发动机的磨料磨损,同时恶化发动机工作状态,容易出现不易起动、加速无力以及怠速不稳等症状。
经对多台发动机汽缸磨损量测试显示,高原地区海拔高度为4 000m左右的磨损量比平原地区增加30%~40%。
4)低温可导致燃油管路产生石蜡,造成发动机熄火现象。
5)增压柴油机的增压器与燃油系统匹配运行线发生变化,压气机效率降低,增压器出现超速,低速喘振的趋势增加,扭矩特性变差。
3.2 对液压和传动系统的影响
温度过低会使液压油的流动性降低,影响液压件的响应速度和精度,降低液压系统的操作性和操作精度;同时由于油液滞阻大,也将增大液压泵的负荷,故障率高。
高原环境下发动机功率的下降还会导致发动机与传递、液压系统功率匹配失准。液力传动型机械由于功率匹配失准,会导致传动力不足和低效传动。
3.3 对工作装置和行走机构的影响
1)工作装置和行走机构的特点是裸露部分多,活动部分多,防护难度大。由于高原环境下高硬度的砂石会导致机械工作装置及行走机构的急剧磨损,加之低温时油液润滑性能降低,造成各摩擦副之间磨损加剧。
2)工程机械在高原路况下行走或作业时震动严重,各连接件易松动,减振器负荷加重。
3)由于连续制动,制动器摩擦片温度可高达400℃左右,使摩擦系数急剧下降,严重时导致制动失效。采用气压传递的制动系统的机械,由于高海拔的稀薄空气将降低气压制动系统的工作可靠性。气液或者液压制动系统由于采用醇型制动液,将产生气阻而使制动失效。
4 高原工程机械保养对策
恶劣的高原环境,较大程度的影响了机械的可靠性,为了确保高原工程机械具有良好的技术状态和较长的使用期限,必须做好机械的保养工作。由于环境的影响,高原工程机械的保养在适当的缩短保养周期的同时要有突出的加强重点部件的保养和维护,指导原则是:加强防护,缩短周期,重点检查。
1)加强防护根据各种环境因素的影响机理,有针对性的对各种易损伤部件进行积极防护,如对橡胶件涂防氧化剂,对裸露润滑件采取包扎密封,选用高原型滤清器,采用低温油料等。
2)缩短周期由于高原环境恶劣,对机械的各部件、各系统都有一定程度的不利影响,根据当地环境情况,适当缩短保养周期是十分必要的。
3)重点检查重点检查部件包括裸露的润滑件、各种滤清系统。这些暴露在外的部件容易受到沙尘的污染,可导致润滑失效、过滤失效,使沙尘进入传动、动力系统,及时发现这些问题可以避免对机件造成更大的损伤。
参考文献
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[3]张明.对高原沙漠型工程机械产品开发的几点看法[J].建筑机械化,2002,23(1):10-12.
[4]程晓青.高原低温环境对工程机械的影响及对策措施[J].青海科技,2002,10(2):22-24.
工程项目管理标准化作用机理研究 篇6
1 工程项目管理概述
工程项目管理最初是美国曼哈顿计划开始的名称, 后来被华罗庚教授在20世纪50 年代传入中国。它是指把各种工程系统、项目方法和建设人员结合在一起, 并在指定的时间、预算和质量目标范围内完成工程项目的各项工程管理工作。也就是从工程项目的投资决策开始到项目结束的全过程进行计划、组织、指挥、协调、控制和评价, 以实现项目的最终目标。
2 工程项目管理标准化
工程项目管理从标准化和管理标准化着手, 以工程项目管理标准化的“管理制度化、制度流程化、流程表单化、表单信息化”为主线, 以项目管理标准化的可操作性、可判别性、目的性、创造性和经济性为原则, 引用先进企业进行项目管理标准化实践的成功案例, 系统阐释了工程项目管理标准化的原理、内容和推行实践。
3 工程项目管理标准化作用案例分析
3.1 案例
2013 年7 月29 日, 生特瑞工程顾问有限公司选择了宝智坚思管理咨询公司提供的项目管理的整套解决方案, 并将上海其中一个项目作为试点项目。
作为以不断技术创新、高效经济运营为理念, 致力于发展成为国际知名的工程建设服务公司, 生特瑞更注重与时代接轨, 通过信息化技术作为先进的管理理念与实现手段, 提升公司内部高效运作与发展的同时, 也给客户带来良好的管理方式。而生特瑞在沈阳华晨宝马铁西工厂已经应用了项目管理信息系统多年, 主要用于成本管理, 虽然只有内部的成本工程师参与系统的应用, 但已经从中收益:项目成本一目了然, 随时可打印即时的成本报表, 提高了报表的准确率, 降低了成本统计的人力成本。面对上海项目中业主对项目管理的高要求, 本次引入项目管理信息系统是非常必要的。
3.2 案例分析
智坚思除了提供项目管理信息化的整体解决方案外, 还负责交付相关软件产品, 并提供安装协助和系统维护支持、以及系统的实施、定制和培训等专业服务。系统上线后, 生特瑞的用户通过远程桌面、内网、外网的方式访问项目管理信息系统, 方便用户随时随地登陆系统获取、录入信息, 即时生成动态的项目成本统计分析报表, 同时也避免了用户在客户端安装大量的程序。通过成本管理模块的应用, 将项目费用与预算进行对比, 记录和管理项目中的所有合同、采购单, 从启动变更的源文件开始跟踪, 关注它对合同的影响, 并即时连接到整个预算, 及时准确控制预算和费用变化。同时, 通过文档管理模块的应用, 管理所有项目记录, 包括收发文、会议纪要, 内部文件、报告、提交件、送审件, 将信息共享给项目团队, 提高项目协同工作效率。案例证明:只有通过项目管理信息化解决方案, 帮助企业打造科学、高效的项目管理体系, 规范项目管理工作, 简化工作流程的目的, 以此保证项目管理战略顺利推进, 并能将本次实施的“成功秘诀”快速复制到其他项目中去, 使项目管理信息化形成规范, 为客户提供更好的项目管理服务, 最终提升企业的竞争力。
4 工程项目管理标准化作用机理
4.1 整合制度的工程项目管理标准化
企业的不断扩大和建筑规模的不断扩大, 导致生产要素严重不足, 人员相对缺少等问题, 所以要有效整合人力资源, 把合适的员工放到合适的岗位, 充分挖掘直勾勾的潜在力量, 并要下向社会外界广泛的征收专业人员的加入。注重在建筑设备方面的资金投入, 可以采用租赁的方式缓解资金问题。
4.2 管理制度的工程项目管理标准化
在企业针对工程项目应该实行分类标准化管理制度, 形成优势互补的局面。施工队伍负责建筑的质量的好坏, 中间人员负责管理问题、解决施工队伍出现的质量问题, 项目经理则负责成本管理以及总体运作。所以从施工队伍需要对应对所建筑的工程项目进行负责, 包括建立健全的项目管理标准化制度, 及时的反馈工程项目中遇到的问题, 人员的分配与管理等。
4.3 创新制度的工程项目管理标准化
创新是一个企业不断发展的灵魂所在, 掌握相关的理论知识与专业的技能知识, 在遇到施工中出现的问题, 能够借鉴、学习国内外其他建筑工程项目的解决方法。所以在施工的过程中, 需要不断的加强技术方面的技术创新。
4.4 针对施工管理制度的工程项目管理标准化
整体的施工方案要科学合理, 严格的分配各个生产要素, 对责任制实行分类管理, 严格控制施工过程中的各个环节, 以做到管理有序。只有结构安全合理、建筑材料质量有所保证、建筑手法先进可靠、施工人员操作纯熟、监督人员管理到位、对容易发生安全问题的地方加强管理, 才能使企业整个工程项目才能有条不紊的进行。
4.5 针对技术、成本制度的工程项目管理标准化
工程项目管理标准化中最需要注重的就是技术的管理标准化方法, 技术的管理也就决定了企业承包项目的质量与进度。所以应该优化设计, 加强企业与承包单位之间的沟通;认真对待施工过程中技术方案的预算标准化控制, 把降低成本作为一条主线贯彻在企业施工技术方案的全过程, 通过优化方案减少不必要的投入, 降低成本, 保证工程项目的效益最大化。
4.6 风险制度的工程项目管理标准化
在工程建筑中最需要注意的是风险危机问题, 安全质量事故对包括企业在内的每一个建筑企业都有很大的威胁性。所以必须加强危机意识, 建立风险预防和危机管理的制度管理, 以保证工程项目中的每一步都是安全的。而在发生安全质量事故的时候, 也要沉着冷静, 认真的分析事故产生的原因, 并向有关专家进行咨询, 制定正确的处理方案, 加强与社会各界的沟通, 把事态的影响降到最低程度。
参考文献
工程机理 篇7
1 工程监理多任务模型的构建
委托代理理论认为:委托人的利益是由代理人对各任务的努力程度决定的, 而代理人的努力程度决定其自身的收益, 也直接决定其可变成本的大小。在信息不对称情况下, 也就是委托人不能观测到代理人的行动及自然状态时, 在任何激励合同下, 代理人总是选择使自己期望效用最大化的行动。委托人希望让代理人的努力程度符合委托人的利益最优化要求, 而代理人希望在收益与成本之间寻求某种平衡, 通过合理分配各任务上的努力程度而使自身利益最优化。从本质上来说, 委托人和代理人的目标都是为了追求效益最大化, 合理分担风险。委托人是在满足代理人的最优化约束的前提下, 制定激励方案, 从而使自身收益最优, 在代理人接受激励方案的前提下, 代理人通过对各任务上的努力程度的分配, 使利益最优化。因此, 委托人与代理人相互制约、相互依赖从而形成了理性博弈关系。
在工程项目管理体系中, 业主是委托人, 工程监理是代理人, 业主委托工程监理对项目施工阶段进行全过程控制管理, 工程项目建设有六个主要目标任务, 即工程质量控制、工程安全控制、工程费用控制、工程进度控制、工程项目合同管理与协调, 环境与水土保护。设a= (a1, a2, a3, a4, a5, a6) 表示工程监理在这六个方面的努力程度向量, 即代理人的努力程度向量;a1, a2, a3, a4, a5, a6分别表示工程监理单位在工程质量控制、工程安全控制、工程费用控制、工程进度控制、工程项目合同管理和工程环境与水土保护上的努力程度。
委托人的收益大小, 完全取决于代理人在工程质量等六个方面的努力程度, 因此, 假设委托人的收益函数B=B (a) =B (a1, a2, a3, a4, a5, a6) 。
基于[5]对柯布-道格拉斯生产函数的分析与处理方法, 本文假设B=B (a) 是线性函数, 即
其中ηi为第i项努力量的弹性系数。
假设代理人的可变成本函数为C=C (a) 。假设C (a1, a2, a3, a4, a5, a6) 的表达式为如下关于向量a的二次函数:
其中[Cij]为对称的实正定矩阵, b是成本系数, 当工程监理选择a= (a1, a2, a3, a4, a5, a6) 时, 决定了一个可观测的信息向X= (X1, X2, X3, X4, X5, X6) 。并有X=a+Y, Y= (Y1, Y2, Y3, Y4, Y5, Y6) 是服从均值为0、协方差矩阵为Σ的正态分布。此时, 不同的努力变量产生了不同的信息, 设Y1, Y2, Y3, Y4, Y5, Y6之间两两相关, 则不同的信息仍然是相关。
假设委托人 (业主) 是风险中性的, 代理人工程监理是风险规避性的, 并进一步假设代理人具有不变的绝对风险规避度ρ, 其可变努力成本C (a) 是用货币等价物来测定的, 且代理人 (工程监理) 的工资函数为S=S (X) 为:
其中βT= (β1, β2, β3, β4, β5, β6) 。
1.1 代理人 (工程监理) 的期望收益
因为S (X) 为随机变量函数, 是一维随机变量, 且服从正态分布。本文先确定代理人确定性等价收入。
工程监理的工资函数为
记CE为代理人 (工程监理) 的期望收益。令
因此, 代理人 (工程监理) 的期望收益
1.2 委托人的期望收益
委托人业主的期望收益为:
其中α为代理人固定工资。由于委托人 (即业主) 为风险中性, 故其期望利润就是其确定性等价收入, 代理人 (工程监理) 的最优化约束为:
1.3 委托人的期望收益模型
委托人 (业主) 的问题是选择适当的β, 使其确定性等价收入在激励机条件中下达到最大化。委托人 (业主) 的总确定性等价收入为
由前面的分析推理, 可建立如下基于委托代理理论的工程监理的主体行为激励机制的数学规划模型:
其中模型中第一个约束条件为参与约束条件, 第二个约束条件为激励相容条件, ω为保留效用。
2 模型求解
本文将分两步求模型 (6) 的解。
第一步, 利用相容激励约束条件求a*.即求使式 (3) 中函数CE取最大值的最大点。
式对 (3) 求关于a的偏导数, 并令
再由式 (1) 有:
为了方便起见, 下面的讨论中仍用符号a表示a*.则 (7) 可改写为
第二步, 利用参与约束条件和式 (8) 求β*.
即求使函数TCE取最大值的最大点β*.
将式 (8) 代入模型式 (6) 得, 有约参与约束条件的等式成立, 于是 (7) 可改写为:
则求解模型 (9) 的问题就转化为讨论如下函数的最大值问题:
在式 (10) 中两端对β求偏导, 并令, 得:
由式 (8) 有, 故最优分享系数向量为:
从而最优努力程度向量为:
这里为第i种工作上努力程度的边际效益, 由B (a) 的假设为第i种工作上努力程度的弹性即常数。
3 任务间的关联分析
依据式 (13) , 成本函数C=C (a) 的二阶偏导进入最优化条件, 但是收益函数B=B (a) 的二阶偏导是不进入最优化的条件, 因为代理人的成本是相互依存的, 没有相互独立性;因此Cij≠0和Cij=0的情况对于最优工资合同S (X) 有着决定性作用。
在式 (8) 中两端对a求偏导, 得
在式 (8) 中两端对β求偏导, 得
下面就Cij<0, Cij>0, Cij=0三种情况是如何表示第i项任务与第j项任务之间的关联关系进行分析讨论。
由式 (14) , 有
由 (16) , 可以推导出矩阵[Cij]具有以下特征:
①当Cij<0时:对委托人而言, 当βi增大时, aj会减小, 而Cjj>0, 则βj也会减少, 又因为Cji<0, 则ai就会增大;反之, 当βi减小时, ai也会减小。这说明委托人可以通过调节βi的大小来实现对代理人在工作中对第i项任务的努力程度。对代理人来说, 当ai增大时, βj会减小, 而Cjj>0, 则aj也会减少;反之, 当ai减小时, aj会增加。也就是ai与aj冲突的, 他们的关系为冲突关系。
②当Cij>0时:对委托人而言, 当βi增大时, aj也会增加, 而Cjj>0, 则βj也会增大, 又因为Cji>0, 则ai就会增大;反之, 当βi减小时, ai也会减小。这说明委托人可以通过调节βi的大小来实现对代理方在工作中对第i项任务的努力程度。对代理人来说, 当ai增大时, βj会增大, 而Cjj>0, 则aj也会增大;反之, 当ai减小时, aj会减小。ai与aj的关系为互补时, 对ai的激励可以促进和提高aj的工作, 也就是减小了aj的边际机会成本, 从而促使ai更加努力完成工作。
③当Cij=0时:βi与aj无关, 激励失去作用, ai与aj之间工作没有必然关系, 是相互独立的。
另外, |Cij|是βi关于aj的展开式的一次项得系数, 表示两个变量之间的某种相关程度, |Cij|越大, aj的变化对βi的影响越大, 相应的对的ai影响也越大, 这说明两个变量之间的某种相关程度就越大;反之亦然。依据前面的分析, 将矩阵[Cij]定义为描达工程监理努力程度中两两对称工作关系的关联矩阵。记
则γij表示第i项任务与第j项任务的相关程度。
4 激励机理的优化分析
在工程项目建设管理过程中, 业主对工程项目的目标, 如工程质量控制、工程安全控制、工程进度控制是可观测的, 即对于代理人工程监理单位的努力程度可以通过日常监理与检查可以观测得到, 但对于代理人分配在每一项任务上的精力却是不可观测的, 也就是说工程监理是投入到工程质量管理上努力程度高一点, 还是投入到工程安全控制方面努力程度高点, 这样就出现了委托人 (业主) 对代理人 (工程监理) 的激励方向及程度引导问题。因此解决这个问题的关键办法就是对代理人的努力成本矩阵进行优化分析, 依据不同关系采取不同激励程度, 使替补性尽量向互补性转化, 使委托人 (业主) 的目标顺利实现, 以便自己期望收益最大化。
通过对[Cij]矩阵中两两工作关系的优化分析可以看出, 对工程质量控制与工程安全控制, 费用控制, 合同管理均为互补关系, 也就是Cij<0, 如果工程监理在项目管理过程中如果对工程质量控制努力程度高, 对工程质量控制的很好, 同时可以促使工程安全控制、工程费用控制、工程合同管理更好地完成。委托人 (业主) 应该引导代理人 (工程监理) 在这方面投入更大精力。
但工程质量控制与工程进度控制是一种冲突关系, 还有工程安全与费用控制、工程费用控制与环境保护管理都是一种冲突关系, 也就是说他们永远是一对矛盾体, 如果委托人强调进度, 那么肯定影响代理人 (工程监理) 在工程质量上的控制, 即Cij>0。
环境保护的控制与工程质量控制、工程安全控制、工程进度控制之间是一种独立关系, 即Cij=0。代理人 (工程监理) 在一方面努力不影响另外一项努力程度带来的效应。
代理人 (工程监理) 在明确上述工作优化关系后, 按机制设计理论, 应该尽可能在互补关系的工作任务上加大努力程度才能最大化自己的收益, 而委托人在激励方面也应该尽可能在具有这种关系的工作任务上强化激励提高他的激励强度。
5 结论
委托人 (业主) 应该充分认识到在信息不对称条件下, 如何科学合理地引导和激励代理人 (工程监理) 朝自己的预期目标努力, 应该有选择性地对代理人 (工程监理) 加强激励, 本文通过运用理性博弈理论下多任务委托代理理论对工程监理主体行为进行了激励机理的数理分析, 认为委托人 (业主) 要使自己期望收益最大化, 应该在以下方面加强激励。
①激励的方式有显性激励和隐性激励两种。我国目前对工程监理取费模式基本采用固定总价承包方式, 这是典型的显性激励模式, 因为一旦委托监理服务合同签署, 工程监理服务费也就固定, 在工程项目实现过程中, 无论工程监理服务水平如何, 最后他也可以拿到监理费。为实现自己效益最大化, 工程监理在成本投入方面肯定努力程度会降低。因此委托人应全面考虑激励模式, 按照本文的理论分析, 委托人可以考虑声誉激励方式, 即将代理人 (工程监理) 的激励机制以“显性激励+隐性激励”模式, 即“固定成本+激励收益”方式。委托人 (业主) 可以只给代理人 (工程监理) 在项目管理中的固有成本, 代理人 (工程监理) 的大部分收益应该来自他在工作过程中的努力程度, 这部分收益可以包括两方面, 第一是直接经济奖励, 第二是他参与市场竞争的能力, 也就是市场声誉。可以通过信用评价方式在市场竞争中优先于其他竞争对手。这样才会形成良性发展环境, 实现委托人 (业主) 和代理人 (工程监理) 双方期望收益最大化。
②业主 (委托人) 为了达到自己的工程项目管理预期目标, 应该引导代理人 (工程监理) 在不同的工作任务上合理分配工作努力程度。因为资源是有限的, 代理人 (监理) 为了追求自身利益最大化, 不可能无限地在各项任务上提高努力程度, 即使委托人 (业主) 激励强度再大, 最终也不可能达到预期目标。
③委托人 (业主) 应该加强对可观测任务的监督检查, 尤其是互补关系的工作任务, 应该对互补关系工作任务加大监督力度, 这样更有利于提高工程项目管理水平, 提高委托人的期望收益。
摘要：运用博弈论中多任务委托代理模型及信息经济学理论, 系统地分析了工程施工监理的主体行为激励机理;在多任务委托代理模型的基础上, 结合工程施工监理特点, 建立了基于理性博弃理论且符合工程监理工作实际的随机规划模型, 得出了描述工程监理中不相互独立的六项基本任务之间相互关系的关联矩阵, 并阐述了关联矩阵中两两对称任务的相互关系, 针对目前工程建设项目参与人之间信息不对称现象, 分析得出了工程监理最佳激励模式。
关键词：工程监理,激励机理,数理分析
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工程机理 篇8
我国是一个水力资源丰富的国家, 有着大量的河流湖泊, 但是, 由于国土面积大, 受到东西向、南北向地形和气候条件的限制, 水资源分布却严重不均匀, 这与我国经济迅速发展对水资源的需求形成了极大程度上的限制[1]。目前, 我国大量水力资源主要分布在长江和黄河的中上游, 黑龙江、怒江、澜沧江和珠江的上游, 此外还有雅鲁藏布江的中下游。在国内经济蓬勃发展的带动下, 经过多年的努力, 我国对这些水力资源进行了大力发展, 建设了大量水利水电枢纽工程, 但事实是, 这么多水力资源到目前为止却仅开发了20%。由此可见, 在很长一段时间内, 国家仍然将投入巨大的精力对水力资源进行开发, 以满足国内对水资源的需求[2]。城市供水工程输水隧洞在水力资源开发利用中承担着输送工具的重要作用, 输水隧洞开挖稳定性及支护机理无疑对工程施工及后期运营具有重要影响。
1 输水隧洞锚喷支护作用原理
1.1 锚杆作用
锚杆 (索) 依据锚固方式的不同, 可分为集中锚固和全长锚固两种[3], 它由钢索、钢筋等抗拉强度性能较好的材料组成, 插入岩土体等结构中后, 经过锚头等装置的锚固, 灌注水泥砂浆粘结, 最终形成承受荷载、阻止变形的围岩拱结构或其他复合结构物的锚杆 (索) 支护。在锚杆的设计使用过程中, 要注意根据不同的围岩条件、不同的使用要求、不同的地质条件以及锚杆的特点进行区别选择锚杆, 不同形式的锚杆其锚固作用和效果是完全不同的, 因此要以具体工程为对象进行针对性选择。
集中锚固方式有机械式和粘结式[4], 这类锚杆是以插进钻孔中的锚杆端部的锚头锚固在围岩中, 在杆体尾部则由垫板同岩面接触, 并通过紧固装置 (通常为螺母) 使垫板与加固岩土体的表面紧密贴实。事实上, 从集中锚杆的锚固方式可以看出, 集中锚固的锚杆只有头部和尾部由垫板紧密贴住了岩土体, 在围岩的变形过程中, 变形部分产生张拉力, 而锚杆和垫块连接在一起, 锚头尾部会抵抗这种张拉力, 产生支撑抗力, 且锚头头部同样产生张拉抗力, 抵抗这种变形, 因此, 锚杆处于受拉状态, 从而发挥锚杆的优异抗拉性能。由于锚杆本身没有产生于加固围岩间的摩擦力, 因此, 锚杆头部和尾部都是同时受力的, 且其应力分布是均匀的 (见图1a) ) 。集中锚固的锚杆按锚头形式的不同有楔缝式、胀壳式、倒楔式等[5]。其中楔缝式锚头制作简单, 锚固较为可靠, 在工程中使用较多。但是, 集中锚固的缺点却也是显而易见的, 由于集中锚杆只是简单的插入围岩体中, 并没有进行注浆, 因此锚杆与围岩体之间并不可能完全融为一体, 而是存在一定的间隙, 间隙的存在, 使得地下水侵入围岩体后进一步进入间隙中, 从而锈蚀、腐蚀锚杆。此外, 在软弱围岩体中, 锚杆的锚头会产生滑动, 失去锚固加固力。楔缝式锚杆的杆体除用圆钢 (钢筋) 加工外, 也可采用硬杂木制作。全长锚固型锚杆是用水泥砂浆或胶结剂充填钻孔与锚杆之间的空隙, 当水泥砂浆或胶结剂凝结、硬化后, 杆体就“沿全长”锚固在岩体中 (见图1b) ) 。
全长锚杆一般无须用锚头和垫板, 用一段钢筋作为杆体即可。但因为水泥砂浆的凝结, 硬化需要一定时间, 故采用水泥砂浆锚杆兼做临时支护或需对锚杆施加预应力时, 杆体也常常做成带锚头和垫板的形式, 采用“先锚后注”的工艺安装锚杆。
1.2 喷射混凝土作用
喷射混凝土是与传统捣实混凝土作用机理、制作方法、使用方法截然不同的一种混凝土支护形式[6]。传统的捣实混凝土, 是将水泥、砂、石按一定配合比拌合后进行浇筑, 再给予振动捣实, 而喷射混凝土是将水泥、砂、石按一定配合比拌合后, 放置于专门的喷射机械中, 喷射机械通过压缩空气, 或者拌合水, 共同将喷射机械中的拌合料喷射出来, 高速喷出的混凝土拌合料足够使喷射混凝土密贴在围岩体上, 对围岩体进行及时封闭, 最终喷射混凝土凝结、硬化, 产生良好的粘结强度, 发挥支护作用。喷射法施工还可以在拌合料中加入速凝剂, 使喷射混凝土在10 min内终凝, 因而混凝土喷射后能立即获得强度。
喷射混凝土的基本施工工艺可以分为干喷和湿喷两种。所谓干喷是指将水泥、骨料和速凝剂等干料拌合在一起, 不加水, 装入喷射机中, 通过输料管将干拌合料压送到喷嘴, 然后在喷嘴处加水混合, 喷射出去。湿喷是用喷射机压送含水的湿拌合料, 在喷嘴处加入速凝剂。采用湿喷工艺对于防止喷射作业中产生粉尘、提高混凝土强度都是有利的。然而实践表明, 它有一些问题尚待进一步解决, 因此, 喷射混凝土大量采用的还是干喷法。
干喷法存在混凝土均匀性差、强度较低、粉尘与回弹量大等缺点。为了将湿喷的长处引入干喷中, 采用在喷嘴前几米的管路处预先加水的方法, 有时把这种方式叫半湿式喷射。但从本质上来说, 还是属于干喷。两种喷射混凝土工艺流程见图2。
喷射混凝土存在两大缺点:
1) 回弹率高达15%~30%;
2) 喷射作业现场粉尘量大。
2 输水隧洞锚喷支护的特点
锚喷支护是一种被广泛采用、性能优异的支护方式。锚喷支护不仅仅是锚杆的作用效用加上喷射混凝土的作用效用, 它独特的作用机理决定了它的作用要大于两者单独工作所产生的作用。在锚喷支护的设计与施工中, 要根据不同围岩、不同地质条件来进行锚喷支护参数的设计。下面就锚喷支护的各个特点进行进一步的分析。
2.1 及时性
“及时性”指锚喷支护可在地下空间开挖后的很短时间内进行, 是立即提供支护抗力的特性。
2.2 粘结硬化性
喷射混凝土同围岩能紧密粘结硬化, 粘结力一般可达1 MPa以上。以图3所示的三种情况为例, 当靠近隧洞顶部某点作用有334 k N的力时, 经计算, 得到以下结果:
1) 图3a) 近似于现浇混凝土支护的工作情况, 最大弯矩为130 k N·m, 支承点4~10也产生很大弯矩;
2) 图3b) 近似于喷射混凝土支护的工作情况, 最大弯矩为第一种情况的1/2。5点~10点几乎没有弯矩;
3) 图3c) 相当于钢支架的情况, 拱顶处最大弯矩达395 k N·m。
2.3 薄柔性
锚喷支护具有薄、柔的特点, 以便发挥围岩的支撑作用。
2.4 嵌入性
所谓嵌入性是指锚杆能深入岩体内部一定深度加固围岩的特性。
2.5 广泛性
广泛性不仅仅是指锚喷支护的适用范围广泛, 还包括以下特点:
1) 锚喷支护的设计参数不是一成不变的, 它的参数需要根据围岩的等级、地质条件的复杂程度来进行修改设计。以满足不同支护参数对应不同围岩情况, 有针对的进行支护。另外, 锚喷支护既可用于整体加固, 又可用于局部加固。
2) 锚喷支护有着广泛的适用性, 既可在洞室内进行支护加固, 又可在地表进行加固, 而且便于修补, 对加固损坏了的锚喷支护或传统支护十分方便有效。
2.6 封闭性
喷射混凝土经过高压喷射后, 能够与围岩紧密贴实, 从而密封因开挖而裸露出来的围岩, 正是由于其密封作用, 使得围岩能够免遭地下水和空气的侵蚀, 能够最大程度的维持围岩原有的状态, 并不因开挖而降低原来围岩的强度。
3 输水隧洞锚喷支护的力学作用机理
3.1 锚杆支护的力学作用机理
1) 组合作用。
在岩体中安设锚杆后, 锚杆将若干层岩石锚固, 组合成厚梁层, 增加了抵抗破坏和变形的能力。试验表明, 在相同的荷载作用下, 板梁组合前后的挠度大小及应力分布情况大不相同, 如图4所示。组合前, 层间抗剪能力很差, 每层的上缘及下缘分别受压进而受拉。假设有n层等厚的板, 每一层板看作是简支梁, 每层板的断面为b×h, 则n层板自由叠加时, 抗弯断面模数W1=nbh2/6;当锚杆将n层板锚固紧后, 形成一个组合梁, 在荷载作用下就如同一块厚度为nh的板受弯, 这时的抗弯断面模数W2=bn2h2/6。则W2=n W1, 从而大大增加了板系的抗弯强度。
在层状岩体中, 由于锚杆使各岩层相互挤紧, 阻止了岩层间的层间错动, 从而提高了岩层的抗弯能力, 增加了围岩的稳定性。
2) 悬吊作用。
锚杆将围岩非弹性变形区内的松动岩石悬吊在深处的稳定岩体之上, 使之不能脱落, 见图5。
3) 挤压加固作用。
系统锚杆相当于在围岩表面形成了一个加筋的稳定岩体自承拱。这种自承拱不仅能维持自身的稳定, 而且还能阻止其上部围岩的松动和变形。当采用预应力锚杆锚固时, 工程实际和模拟试验证明, 按一定间距成组排列的锚杆可把巷道周边一定厚度范围内的围岩组成一个承载环, 如图6所示。
在锚杆预应力p的作用下, 均匀压缩带W获得了径向压应力σr。正是这种径向的压应力使这一圈岩石处在三向受压状态, 从而使岩石强度大为提高, 增加了围岩的自承能力。
当锚杆间距为l时, 均匀压缩带上的径向压应力σr为:
其中, p为锚杆的预应力。
由式 (1) 可见, 锚杆的预应力愈大, 布置间距愈近, 则σr愈大, 由此而产生的环向挤压加固作用也愈明显。
采用砂浆锚杆时, 承载力可按下式计算:
其中, ps为砂浆锚杆的承载力;ds为锚杆孔的直径;L为锚杆的长度;Cs为砂浆与岩石的粘结力;σr为围岩内的切向应力;φs为砂浆与岩石的摩擦角。
上述三种作用一般不是单独存在, 只不过是对不同围岩其作用程度有所不同。如松软围岩上部有坚硬完整的稳定岩层, 以及用锚杆加固局部松动危岩时, 悬吊作用是主要的;而对层理明显的沉积岩, 组合作用是主要的, 对块体、破裂状结构围岩, 则挤压加固作用是主要的。
3.2 喷射混凝土的力学作用机理
喷射混凝土支护之所以能够产生其他形式的支护不能达到的良好效果, 正是由于它的独特的施工方法所决定的, 在喷射过程中, 混凝土高速射向岩面或喷层, 使喷层受到连续的冲击, 激发了水泥的活性, 得到了激烈的捣固, 因此喷射混凝土能紧密地贴在围岩上, 并能渗入到张开的裂隙中, 而且具有较高的粘结力。
喷射混凝土对围岩的力学作用表现在以下三个方面:
1) 防护作用。
如图7所示, 假设巷道刚开挖时的围岩强度曲线为ab, 根据围岩关键点应力所作出的莫尔应力圆为A, 如围岩暴露, 由于风化、水与时间的作用, 围岩强度不断削弱, 使强度曲线右移, 移到一定程度, 例如a'b', 即与莫尔应力圆A相切, 围岩就开始破坏。高速喷出的喷射混凝土有足够的能力密贴在围岩体上, 对围岩体进行及时封闭, 隔绝开挖裸露围岩与隧洞中的水、空气的接触, 从而防止围岩风化、潮解, 特别是对于松软围岩, 最终喷射混凝土凝结、硬化, 产生良好的粘结强度, 发挥支护作用。
2) 加固作用 (提高围岩强度) 。
喷射混凝土借助高压空气以高速度喷到岩面上, 使一部分混凝土浆液压入张开的节理或裂隙中, 将有裂隙的岩体胶结在一起。这样就增加了岩体的整体性, 提高了岩体的强度, 使强度曲线左移, 由ab移向a″b″。被胶结的这一岩体加上外层的喷射混凝土形成一个“岩石—混凝土支护”共同工作的组合拱, 一同承担圈外的地压。当喷射混凝土层很薄时, 围岩能充分发挥其自承力。
掺有速凝剂的喷射混凝土1 min~3 min内初凝, 2 min~10 min内终凝, 从而充分利用了岩体在三向受压条件下强度提高的特点。若以应力圆来表示, 则原来的应力圆A由于支撑反力由零增长到pi值而向右移动, 并缩小为B。
3) 改善围岩与支架的应力状态。
喷射混凝土能保证与围岩充分均匀接触, 而且厚薄可由施工人员调节, 从而改善了围岩及喷层本身的应力状态。
喷射混凝土支护现场量测和模拟实验都表明, 在喷层中几乎不出现因弯矩而引起的拉应力, 与普通混凝土刚性支架不同, 喷层的破坏形式不是在弯矩作用下拉裂, 而是剪切破坏。
3.3 锚喷支护联合作用的力学机理
锚杆支护和喷射混凝土支护各有所长, 根据工程性质及地质条件, 除了单一采用锚杆支护或喷射混凝土支护以外, 还常常采用联合支护, 互相取长补短共同发挥作用, 因此, 有必要探讨锚喷支护的联合作用机理。
锚喷支护类型的选择主要是根据围岩的稳定程度、洞室跨度的大小及服务年限。一般可用工程类比法, 根据《锚杆喷射混凝土支护技术规范》或已建成的类似工程来进行选择。对于断面较小, 服务年限较短的巷道来说, 在中等稳定以上的围岩中, 一般采用以喷射混凝土支护为主, 厚度50 m~100 m。单一锚杆支护可用于处理局部危岩或局部加固。
为了便于施工并使钢筋网起到上述作用, 要求钢筋直径不应过大, 网度不应过密。钢筋网主要按结构要求设计, 钢筋直径一般为6 mm~12 mm, 网络为20 cm×20 cm, 20 cm×25 cm, 25 cm×25 cm, 25 cm×30 cm, 30 cm×30 cm。钢筋分主筋和副筋, 主筋直径为8 mm, 10 mm, 12 mm, 沿巷道横断面方向布置, 副筋直径为6 mm或8 mm, 沿巷道轴向布置。主副交接处用细铅丝捆扎。
钢筋网应根据被支护的围岩的实际起伏形状铺设, 宜在喷射了一层混凝土之后再铺设, 间隙不小于3 cm~5 cm, 钢筋网保护层厚度不小于3 cm, 有水部位不小于4 cm。
4 结语
本文介绍了锚喷支护的特点, 分析了锚喷支护的工艺, 研究了城市供水工程输水隧洞锚喷支护的作用机理, 作用机理从锚杆支护作用机理、喷射混凝土支护作用机理以及锚喷联合支护作用机理三个层面进行了具体分析, 得到了一些有益的结论, 能为输水隧洞的开挖稳定性和支护设计提供一定的理论参考。
摘要：介绍了锚喷支护的特点, 分析了锚喷支护的施工工艺, 从锚杆支护、喷射混凝土支护以及锚喷联合支护三个层面, 研究了城市供水工程输水隧洞锚喷支护的作用机理, 为输水隧洞的开挖稳定性和支护设计提供了一定的理论依据。
关键词：输水隧洞,锚喷支护,作用机理
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工程机理 篇9
矿山岩土工程是伴随着人类工程活动对于环境影响的深度和广度不断增加的同时人类面临环境问题日益突出的必然结果。由于人们对于自然环境的认识水平的限制使得人类在采取工程活动的时候以及营造人类良好环境的时候不可避免的给生存环境带来了极大地威胁和影响, 这样不仅威胁了人类的健康安全同时也对人类直接相关的生存环境造成了严重的破坏, 使得传统的岩土工程发展到现在面临了一些新的问题。岩土工程主要是以工程为目的来研究岩土的工程性质, 通过对岩土工程措施来对岩土进行整体整治和改造进而使岩土工程性质或者环境满足工程的具体需要。因此本文转换思路从以下几个方面进行了研究, 首先是介绍了国内外金属矿山岩土工程环境研究历程;其次是分析了金属矿山岩土工程对环境所产生的问题;最后是分析了金属矿山岩土工程对环境的影响机理。
1 金属矿山岩土工程环境研究现状
环境岩土工程是属于跨学科的边缘学科, 它覆盖了大气圈、生物圈、水圈、地质微生物圈以及岩石圈等多种环境下土和岩石及其相互作用的问题, 其主要用来研究在不同环境周期的作用下的工程问题。现在对于岩土工程的环境研究主要关注在以下几个方面, 首先是废弃物填埋场及污染土处理的相关内容;其次是小环境岩土工程的研究, 主要集中在垃圾土、污染土的性质理论与控制等方面同时这些检测方法简单, 对其应用技术以及方法的创新非常注重, 强调了技术的实用性与先进性;最后是现在对于岩土工程不仅从理论上而且在技术上还非常重视研究在保护环境方面的实际工作, 欧美等发达经济国家都有一整套填埋场的规划勘探以及设计运行的规范。
2 金属矿山岩土工程环境影响问题分析
在研究金属矿山对于岩土工程环境影响分析的时候首先要关注矿区自然地理的一些基本情况, 其中就包括了金属矿区的交通地理位置、矿山开采进度情况、地形地貌情况、气象水文特征、地层岩性和地质构造、金属矿山形成情况、工程地质条件等, 这些都是在研究金属矿山对于岩土工程环境影响需要首先考虑的因素。同时研究主要从两个方面展开其一是金属矿山开采对于岩土工程对于环境的影响, 主要包括了主要包括了重金属污染对矿区岩土工程环境改变的机制等;其二是金属矿山岩土工程影响问题以及防治技术研究, 主要包括了矿山构筑物地面设施等技术的研究。
金属矿山开采对岩土工程环境的影响主要是以下几个方面, 主要包括了地下开采引起的地面变形和地面塌陷、矿山废石和尾矿对矿山环境的影响以及尾矿库及露天矿坑的安全问题等。在矿山开采过程中会有废气粉尘和废渣等的排放会造成大气污染和酸雨的形成, 矿山开采使地下采空、矿坑积水、诱发矿山地质灾害造成大量人员伤亡和经济损失, 由于地下采空以及地面坡开挖影响了山体斜坡稳定进而导致开裂崩塌和滑坡等地质灾害。金属矿山岩土工程环境影响中主要存在以下问题, 一是对矿山岩土工程环境的问题没有进行全面详细普查尚未建立全国性的矿山岩土工程环境信息库, ;二是多数矿山企业在问题出现时都很积极地与相关科研机构合作对岩土工程环境问题进行研究, 但是一旦问题暂时解决就不再进行深入研究使得矿山岩土工程环境问题的研究多为短期行为, 缺乏长期性以致研究资料不连贯以及利用价值不高形成一种成果虽多但是效果不大;三是矿山岩土工程环境的研究尚未纳入国家防灾减灾体系, 只是针对单个或几个问题从技术和安全生产角度给以解决进而缺乏系统化;最后是矿山生产属高危险行业而岩土工程环境问题的防范需投入大量资金和人力物力, 却没有直接经济产出, 缺乏对于金属矿山岩土工程问题的研究规范性。
3 金属矿山岩土工程环境污染影响机理研究
金属矿山岩土工程对环境污染的影响机理是十分重要的, 对于以后处理污染岩土工程环境问题做出了一个铺垫。对于金属矿山岩土工程环境污染影响机理的研究主要包括矿区土壤重金属污染机理、地表水与地下水污染机理、尾矿库污染形成机理三个方面。首先是矿区土壤重金属污染机理的研究, 当土体密实度增加的时候, 金属离子的扩散速度有较为明显的降低, 扩散范围也明显减小, 其可能的物理原因有土中粘粒含量增加, 其可能的化学原因粘土颗粒与土中污染物有物理和化学的吸附及其他化学反应, 土壤中化学环境对污染物迁移的影响也是非常显著的, 有时候要远大于土壤压实程度甚至粘粒含量的影响。其次是对地表水和地下水的污染机理研究, 针对这种流动特征对运移问题进行了研究其运移特征和影响因素是基础条件。最后是对尾矿库污染形成机理的研究, 通过大量试验研究结果可知尾矿是否会发生酸性排水和重金属释放主要受到其中碳酸盐矿物的含量的制约。同时对于后期的金属矿山岩土工程环境污染机理的发展趋势主要包括了以下几个方面, 主要包括了矿山土壤重金属污染机理试验、重金属污染对岩土工程特性的影响、矿山水体重金属污染机理试验、矿山环境地质条件影响预测、矿区及周边污染机理以及重金属在水和土壤中的迁移特性等。
摘要：本文利用金属矿山岩土工程的相关理论, 分析金属矿山岩土工程对环境产生的影响作用。通过理论分析的方法能够比较容易的得出金属矿山岩土工程对环境所产生的影响问题以及影响机理。研究结果表明, 金属矿山岩土工程对环境所产生的问题以及影响机理对环境产生了至关重要的影响。
关键词：金属矿山,岩土工程,环境,影响机理
参考文献
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