DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
system: [SYSTEM]

user: 3. 稳态视觉诱发电位(SSVEP)信号采集 3.1. SSVEP概述 当人的眼睛接收到来自外界的刺激时，会令大脑产生不同的神经活动，从而在脑电信号中表现出不同的信号成分，这叫做视觉诱发电位(Visual Evoked Potential， VEP)。无论是VEP的产生，还是表现在脑电信号中的信号成分波动，都不是一个瞬时的动作，而是一个持续的过程，因而被称为VEP的时程。 当视觉刺激以某一较高的频率(一般应大于6 Hz)固定闪烁时，VEP的时程远大于视觉刺激的出现间隔，因此VEP会在时间轴上发生混叠，从而使脑电信号在刺激频率处及刺激频率的倍频处产生明显的波峰，此时的VEP称为稳态视觉诱发电位。 如图1所示，以10 Hz的固定闪烁刺激频率采集人脑SSVEP信号后，并对采集到的脑电信号进行傅里叶变换，可以清晰地看到，在10 Hz、20 Hz、30 Hz处，信号幅度明显增大。SSVEP是一种频率敏感信号，通常会在刺激频率频谱的二倍频、三倍频处观察到信号幅值的显著变化。 SSVEP的基本原理是给人类视网膜一个固定频率的闪烁刺激，从而诱发其大脑皮层枕叶部位产生一定的响应，从而得到不同的脑电信号。因为SSVEP的信号产生时间更快，传导速率也较高，所以相比于其他形式的脑-机接口系统，基于SSVEP的BCI系统具有更高的精度和更高的信息传输速率的优点。此外，SSVEP还是唯一的一种无需对被试者提前进行训练的脑–机接口范式，而且SSVEP范式中需要的EEG通道更少。 本文采用美国NeuroScan公司生产的64导数字化脑电图仪SynAmps2记录实验数据，如图2所示，同时使用SCAN软件与MATLAB之间进行通信，以便实现脑电数据的实时传输、实时处理等工作。 如图3、4所示，64个小方块分别对应脑电帽上的64个电极。随着脑电膏注入电极孔，可在屏幕上观察到方块区域由粉红色跳变成其他的颜色。一般来说，当电极阻抗指示方块的颜色变成绿色或蓝色，说明电极与头皮之间的阻抗下降到了一个可用的范围，此时采集到的脑电信号可以作为有效信号。最理想的情况是变为黑色，此时电极与头皮间的阻抗降至5 kOhms以下，实验效果较好。 图1. SSVEP信号的FFT结果 图2. SynAmps2脑电放大器 图3. NeuroScan电极帽图片 图4. SCAN软件的阻抗界面 3.2. 离线SSVEP视觉刺激界面设计与实现 信号采集过程中，编写的视觉刺激界面需要考虑到计算机显示器自身存在的刷新频率的影响。当屏幕刷新率为60 Hz时，大于6 Hz能诱发出SSVEP的频率可以选择6 Hz、7.5 Hz、10 Hz、12 Hz等。又因为SSVEP信号的处理主要基于倍频处的特征，且其节律的同化主要出现在基频和2倍频处，所以在视觉刺激频率的选择中应避免同时出现7 Hz与14 Hz等这样的倍数关系 [ 8 ] 。 采集频率从6 Hz开始，以1 Hz为步长对被试者进行数据采样，每一轮采集60秒的信号，共计采样10组。每轮刺激后，可得到一段60秒长的EEG脑电数据，随后更换刺激频率，重复当前的操作。 实验采集到的原始脑电信号，通过EEG-lab对脑电信号进行初步处理，将有用的数据提取出来，便于对脑电信号进行后续的处理，如图5所示。 SSVEP信号是一种频率特异性的信号，因此，在频域提取特征也是一种有效的方式。所以在将微弱的脑电数据量化后，我们对采集到的特征信号进行FFT处理。则在SSVEP信号的频谱图上，刺激频率及其倍频谐波处信号幅值会发生显著的增加，该处会有明显的尖峰出现。这个规律可以作为后续脑电信号分类的特征。 如图6所示，这是两名实验者8 Hz的SSVEP脑电信号结果。对于A和B两名不同的被试者来说，同样的8 Hz刺激频率，却有着截然不同的个体结果。 A被试者的8 Hz SSVEP信号并不理想，该频率下有较大的噪声干扰，特征频率没有明显的区分度，所有的频率都混叠在一起，无法通过滤波等方法确认出特征频率。因此该频率应在A被试者的刺激信号中首先排除。 图5. EEG-lab处理后的脑电数据 图6. 敏感频率时域图及频谱图 而对于B来说，可以很明显的看出其脑电信号在8 Hz、16 Hz、24 Hz处均有明显的幅值增大现象，则该频率便可作为一个特征刺激频率，用来诱发B被试者SSVEP脑电信号。 因为本文的音乐播放器需要有至少四个基本功能，每一个功能需要对应一个不同的刺激频率，所以在实验前，需要对每一位被试者采集并确认至少四个敏感频率。 当确认好被试者的4个敏感刺激频率后，即可开始正式的离线数据采集工作。如图7所示为脑电信号采集时的64导脑电信号的实时波动情况。
system: [SYSTEM]

user: 4. 脑电信号处理 脑电信号处理的主要目的，是针对不同种类的脑电信号设计有效的信号处理方法，从而识别不同任务模式下的脑电信号，并最终将其转化为计算机可以识别的控制指令。脑–机接口中的脑电信号处理部分主要由预处理、特征提取和模式分类三个部分组成，如图8所示。 脑电信号预处理主要用来去掉噪声，以提高脑电信号的信噪比，从而使其信号特征更明显，便于特征提取和特征分类的进行。脑电信号预处理过程通常包括： 图7. 脑电信号实时采集页面 图8. 脑电信号处理过程 1) 滤波：通过带通滤波或独立分量分析的方法对初始脑电信号分别进行基于频率和空间分布滤波，从而提高脑电信号的信噪比； 2) 下采样：由于采集到的原始脑电信号包含很多无用的信息，且其数据精度远远超出实际需求，因此需要对初始数据进行降维处理，以减少后续的数据处理量； 3) 去除伪迹：去除眼电、心电、肌电等伪迹或外界噪声干扰。 特征提取是利用数学方法，通过频域变换等方式将杂乱无章的脑电信号提取出明显的、可观察的特征，并能用数学形式表达出来，因为SSVEP是一种诱发脑电，在接受刺激后，脑电信号表现在出现与刺激频率相对应的谐波，因此，可以提取这种时域特征。现在常用到的时域特征提取算法是典型相关分析(canonical correlation analysis， CCA)。 模式分类这一环节根据提取出的脑电特征对信号进行判断，聚类成相应的指令，识别出被试者的意图。 本文离线数据分类利用CCA算法对SSVEP信号进行频率识别。CCA是一种多变量统计方法，应用于一些有潜在相关性的两组数据。CCA将普通相关性的比较范围扩展到两组变量。在CCA方法中，首先需要找到两组线性组合，并将其称为规范变量，值得注意的是，需要使两个规范变量之间的相关性最大。然后再找到第二对线性组合，它与第一对规范变量不相关，但具有次高的相关性。构造规范变量的过程一直持续到规范变量对的数量等于较小集合中变量的数量。下列这些系数描述了这两组的相关关系。 假设存在两组数据，分别为 X = ( X 1 ， X 2 ， X 3 ⋯ X m ) T 和 Y = ( Y 1 ， Y 2 ， Y 3 ⋯ Y n ) T ，其中m、n分别为X、Y的维度。现在对X、Y进行如下线性变换： U = W x X = ∑ i = 1 m W x i X i (1) V = W y Y = ∑ j = 1 m W y j Y j (2) X和Y的线性组合叫做典型变量。CCA的目的就是求出能够最大化U和V之间的相关系数 ρ ( U ， V ) ，其中 ρ ( U ， V ) 为： ρ ( U ， V ) = C o v ( U ， V ) V a r ( U ) V a r ( V ) (3) 其中： C o v ( U ， V ) = W X T C o v ( X ， Y ) W Y (4) V a r ( U ) = W X T C o v ( X ) W X (5) V a r ( V ) = W Y T C o v ( Y ) W Y (6) 于是优化目标可以写作： max ( W x ， W y ) ρ ( U ， V ) = W X T C o v ( X ， Y ) W Y W X T C o v ( X ) W X W Y T C o v ( Y ) W Y (7) 当我们将CCA应用于SSVEP脑电领域时，可以将预处理后得到的脑电信号作为X，然后根据刺激频率构建参考向量Y，其构建方法为： y i ( t ) = ( y 1 ( t ) y 2 ( t ) y 3 ( t ) y 4 ( t ) y 5 ( t ) y 6 ( t ) ) = ( sin ( 2 π f i t ) cos ( 2 π f i t ) sin ( 4 π f i t ) cos ( 4 π f i t ) sin ( 6 π f i t ) cos ( 6 π f i t ) ) ， t = 1 s ， 2 s ， ⋯ ， T s (8) 该式中，T是采样点数，S是采样频率。构造的参考变量组包括刺激频率f及其2倍频、3倍频处的标准正余弦函数。分别计算参考变量组和各个待测变量组的相关系数矩阵，频率识别的范式为： f t arg e t = max ( k ) ρ k ， k = 1 ， 2 ⋯ N (9) 式中， f t arg e t 表示识别出的SSVEP信号的频率， ρ k 为待测信号与参考变量组 y i 的CCA相关系数。根据这个原理，可以将脑电信号进行模式分类。 在系统进行CCA处理后，对每个时间窗口内的数据结果进行统计，将频次最高的结果判别为最终结果。如果有两个频率出现的频次相同，则将这次的CCA数据视为无效数据，直接丢弃，CCA结果示例如图9所示。 图9. CCA结果界面
system: [SYSTEM]

user: 5. 基于BCI的音乐播放系统搭建与测试 最初设计的BCI音乐播放系统需要由三台电脑共同实现，计算机A需要单独显示SSVEP视觉刺激界面，用以诱发SSVEP信号；经脑电信号采集放大系统处理后，传入装有scan软件的第二台计算机B；计算机B通过IP协议与计算机C进行实时通信，将原始脑电数据发送给计算机C进行后续处理。计算机C将收到的数据进行预处以及CCA处理后，得出最终结果，并驱动音乐播放器执行相关指令。该系统的示意如图10： 图10. BCI音乐播放系统 在基本功能可以实现的前提下，为了缩小设备体积，尝试将SSVEP刺激界面与音乐播放平台相结合。在Psytoolbox-3中修改刺激界面的大小，同时再将GUI界面调整至合适大小，即可将两个功能同时在一个显示器中呈现出来。 在该界面中，刺激方块共有四个，其中，位于上方的方块对应“播放”功能，位于下方的方块对应“暂停”功能，左右两个方块分别对应“上一首”和“下一首”功能。 使用本系统时，首先需要确认被试者的4个敏感刺激频率，然后更改SSVEP刺激界面中的方块闪烁频率，使之与敏感频率保持一致，然后让被试者带上脑电帽。想要播放音乐，被试者可盯住刺激界面上方的白块，听到“为您播放”的语音提示，并且“播放状态”一栏中显示“正在播放”的字样，表示操作成功，系统会开始播放当前装载的音乐曲目。其他功能的操作和效果同上。刺激界面与音乐播放融合后的界面如图11所示。 本文选取了5名被试者进行测试，5名被试者的年龄均在22~23岁之间，4名男性，1名女性，其中5人均为近视，经框架眼镜矫正后可达到1.0的视力。5名被试者无其他可能会干扰实验正常进行的疾病。 图11. 将刺激界面与音乐播放融合后的界面展示 测试过程中，首先对每一位被试者均进行了一次预实验，以确定4个SSVEP信号敏感刺激频率。预实验后，开始进行每人30个指令的固定动作测试和5 min的自由体验。在指定动作测试中，由实验员向被试者发出下一个动作指令，被试者通过注视屏幕上的刺激闪烁区块来执行相应指令。另有实验助理记录从实验员发出指令到播放器相应指令的时间。 值得注意的是，在正式进行系统的在线调试时，一般会让被试者盯着屏幕的空白处，采集一个“休息频率”，同时可将这个“休息频率”对应成音乐播放器的“播放”功能，以确保音乐播放器的正常使用。即当被试者无需对音乐播放器发布指令时，可以盯住屏幕的空白处，此时音乐播放器会正常播放，而不会跳转到其它状态。但在实验准确率的测试中，本文并没有进行空频率的设置，每一次指令的发出都会引起音乐播放器状态的改变，不会产生一直播放的结果，以此更好地确保试验准确率。 实验结果如表1所示： Table 1 Statistics of experimental result 被试者 发出指令数(个) 正确指令数(个) 准确率 平均延迟时间(s) A 30 23 0.767 3.894 B 30 25 0.833 3.944 C 30 26 0.867 3.835 D 30 24 0.8 3.732 E 30 24 0.8 3.885 平均值： 0.8134 3.858 表1. 实验结果统计 从实验结果中可以看到，被试者C的正确率最高，达到了86.7%，被试者A的正确率最低，为76.7%，系统的平均响应时间约为3.858秒。因为在CCA处理脑电信号的过程中，国际上普遍认为需采集大于2秒的信号段才能得出较为准确的结果。因此，平均81.34%的准确率和3.858秒的延迟是一个较为理想的结果。另外，本系统具有很好的鲁棒性，能够基本实现预期目标，完成设计功能，符合设计标准。
system: [SYSTEM]

user: 6. 总结 本文根据脑–机接口范式以及脑电信号处理方法，研发了一款基于稳态视觉诱发电位的BCI音乐播放系统，是脑机接口在日常应用中的又一个较为成功的尝试。BCI作为一种全新的人机交互方式，为人类提供了控制设备与外界进行交流的全新思路，即直接通过脑电信号来传递思想、表达情绪，完全摆脱了语言和动作的束缚。随着不同领域与脑–机接口技术的融合实例越来越多，借助人脑和机器混合完成各种工作，为更多的问题提供了新的解决思路。
system: [SYSTEM]

user: 摘 要 针对上孔煤业9#煤层松软破碎顶板煤巷开挖后，由于顶板岩体不连续导致锚杆与锚索的预应力场作用范围减小，锚杆支护对顶板位移的控制作用大大降低，因其顶板下沉量大，大面积冒顶易于发生等问题，本论文通过现场测试，分析巷道布置与地应力场的关系，指导巷道布置位置，并通过对巷道围岩破坏原因分析，确定最优支护方案，并通过现场监测试验证明了方案的合理性，确保了一次支护效果，降低二次修巷费用，为类似矿井巷道支护提供技术参考。 关键词 :破碎顶板，煤巷，锚杆支护，矿压监测，现场应用 Copyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
system: [SYSTEM]

user: 1. 引言 巷道围岩支护是井工开采技术的关键。具体的巷道支护与围岩控制技术是依据具体的巷道工程地质条件，采用科学合理的设计方法，以及不断的工程实践而建立起来的。关系到具体的支护技术的最核心的因素是工程地质条件。各类地质构造如褶曲、断层等，以及埋深、岩层力学性质与地下水大大削弱了巷道支护稳定性。以松软破碎岩层为顶板的巷道控制依然是现阶段难点之一。松软破碎顶板在构造运动下裂隙发育，加上自身承载能力弱，以及遇水崩解强度降低，导致巷道开挖后围岩松动范围大，顶板下沉现象严重，顶板与两帮变形不协调，以及大面积冒顶失稳等严重后果。松软破碎顶板巷道的围岩支护与控制问题如今仍制约着煤矿巷道的安全。 目前，锚杆支护已经成为煤矿井下巷道支护的一个主要方法，国外锚杆支护技术在矿山的发展有以下特点：1) 各国都结合本国巷道围岩特点，针对性地解决一些工程中遇到的技术难题；2) 锚杆支护技术逐步完善；3) 发展锚杆施工配套设备。围绕着锚杆支护，发展了包括支护机具、安全钻机、掘进设备和运输机械等设备；4) 各国都针对本国情况提出了自己的锚杆(索)支护设计方法 [ 1 ] - [ 9 ] 。如澳大利亚提出了“地质调查–初始设计–工程实践–调整方案”的设计方法，该方法已在多个国家得到推广应用 [ 10 ] ；法国在煤层赋存条件变化不大的情况下，主要运用工程类比的方法；5) 发展与锚杆(索)支护相关的监测技术，使设计方案既安全又经济，包括地应力测试、围岩强度测试围岩结构观测等。 松软破碎顶板煤巷的管理和维护一直是当前我国煤矿巷道支护的一个重点与难点。上孔煤业Ⅸ一盘区轨道上山是第一条掘进上山实体煤巷巷道，掘进过后受各方面因素影响巷道内多处出现了片帮离层现象，多处最大变形量在500 mm及以上，巷道底臌量更是超了400 mm，严重的影响了上孔煤业掘进施工。为了有效解决上山群巷道围岩控制难题，本文对Ⅸ一盘区上山群的支护技术进行深入、系统的研究，开发出适合Ⅸ一盘区上山群掘进顺序、支护方式，确定合理煤柱尺寸留设及支护方案。
system: [SYSTEM]

user: 2. 巷道围岩地质力学测试 目前，我国大多数矿井在巷道围岩地质力学测试工作，尚未进行过全面、系统的，导致基础参数严重不足。巷道支护设计合理性、稳定性较差、安全程度得不到保证。近年来随着煤矿资源整合的进行，大多数新井都是在小煤窖的基础上进行改扩建，基本上没有进行过地质力学参数测量，巷道布置和支护设计凭经验来定，这与现代企业建设是不相符的。 2.1. 地应力测试 根据水力压裂曲线经水压致裂数据计算得出地应力测试计算情况：测量结果见表1。 Table 1 Ground stress measurement result 序号 地点 深度 (m) 垂直应力 (MPa) 水平主应力(最大/MPa) 水平主应力(最小/MPa) 水平主应力方向(最大) 1 Ⅸ一盘区轨道上山 371 8.63 11.31 5.92 N44.9˚E 2 Ⅸ一盘区轨道上山 371 8.63 8.36 4.48 N35.1˚E 表1. 地应力测量结果 2.2. 围岩强度测试 图1. 第九测站顶板岩层和煤体强度测试结果 图 2. 第十测站顶板岩层和煤体强度测试结果 2.3. 测试结果分析 将上孔煤业Ⅸ一盘区9#煤层底板等高线图，Ⅸ一盘区上山群正处于轴线方向为NE-SW方向的向斜及轴线方向为NE-SW方向的背斜交汇形成的倒转褶曲中。由于在地层形成时，发生扭转、弯曲等，造成Ⅸ一盘区上山群地应力异常，地应力大小及方向变化比较大，岩性变化比较大。 上孔煤业Ⅸ一盘区9#煤直接顶板以泥质砂岩和砂质泥岩为主，老顶为致密坚硬的砂岩；如上图1和图2的结果，砂岩平均强度为123.42 MPa，泥质砂岩平均强度41~81 MPa之间。但9#煤体整体完整性较差。
system: [SYSTEM]

user: 3. 巷道围岩变形与破坏机理分析 在巷道围岩地质条件中，煤岩体的强度与变形特征，围岩内结构面形式、结构面分布、结构面力学参数，是影响地应力异常区域巷道围岩变形与破坏的重要因素。在结构面比较发育的围岩中，结构面是最关键的影响因素。 地应力异常区域巷道蠕变围岩岩体自身特征及所处环境决定了巷道围岩变形具有初期变形量小、持续时间长、变形已受到外力作用的特点。 3.1. 锚杆支护的加固作用机理 1) 锚杆提供的支护强度 锚固体变形模量的增加值可用下式表示 E m = π d 2 E b 4 l 1 l 2 (1) 式中：E m ——锚固体变形模量的增加值，MPa； E b ——钢材的弹性模量，MPa； l 1 、l 2 ——锚杆的间、排距，m。 杆体直径22 mm，锚杆间排距为0.8 × 0.8 m 2 ，钢材的弹性模量为210 MPa，则锚固体变形模量的增加值为161 MPa。 σ m 可用下式表示： σ m = π d 2 σ b 4 l 1 l 2 (2) 岩石强度与其所受的围压有如下关系： σ 1 = 1 + sin ϕ 1 − sin ϕ σ 3 + 2 C ⋅ cos ϕ 1 − sin ϕ (3) 式中：σ 1 ——岩石强度，MPa； σ 3 ——围压，MPa； φ——岩石内摩擦角，˚； C——岩石凝聚力，MPa。 由上式可知，假设岩石的内摩擦角为35˚，则σ 1 可提高2.33 MPa 2) 锚杆对不连续面的加固作用 位移u的分量为： u n = u sin α u t = u cos α } (4) 式中：u n ——法向位移量，mm； u t ——切向位移量，mm； a——位移向量与节理面之间的夹角。 在杆体与节理的交点，由位移引起的杆体中的力为P。设P与杆体之间的夹角为b，则： P n = P cos β P t = P sin β } (5) 式中：P n ——法向分量，kN； P t ——切向分量，kN。 锚杆的加固作用来自两方面的效应：杆体中的轴向拉力；切向力。 如果a大于节理的剪胀角，节理张开，杆体提供的节理切向抗力为： C = P sin ( θ + β ) (6) 如果a等于节理的剪胀角，则沿节理产生剪切位移，杆体提供的节理切向抗力为： C = P sin ( θ + β ) + P cos ( θ + β ) t g ϕ (7) 式中：q——杆体轴向与节理法向的夹角； j——节理面的内摩擦角。 理论分析表明，影响杆体对节理抗剪强度作用的主要参数包括：杆体的截面，钢材的屈服强度，杆体的倾斜度，节理内摩擦角，节理剪胀角及岩石强度等。 根据已有试验结果，当θ = 30˚，抗压强度σ c = 25 MPa，a = 0.88，b = 0.39。假设j = 20˚，则：C = 1.02 P 0 。对于直径22 mm的MSG500杆体，P 0 = 230 kN，C = 234 kN。可见，锚杆提供的抗剪力是很大的。 综上所述，锚杆对不连续面的本质作用是提高结构面的强度以达到提高节理岩体的整体强度、完整性与稳定性。 3.2. 巷道破坏特点 1) 上孔煤业井下巷道破碎围岩变形具有受应力场影响较大，变形量大、初期变形显著、变形持续时间长等特点，而且围岩变形是突然剧烈增加的。 2) 上孔煤业围岩巷道变形破坏主要以两帮内挤、片落为主；巷道底臌现象严重，断面收缩率很大。 3) 破碎围岩巷道锚杆支护存在锚杆预应力小、杆体强度低、延伸率低等，以及护表构件(托板、钢带、金属网等)强度低、与锚杆强度匹配性比较差等缺点，显著影响了巷道支护效果。 4) 针对破碎围岩上山群，提出强力一次支护理论。其显著的特点是通过采用全长预应力锚固强力锚杆锚索组合支护系统，大幅度提高锚杆支护的刚度与强度。松软破碎顶板巷道的底板移近量，以及钻孔窥视监测顶板离层和破碎状况，分析松软破碎顶板的破坏特征，结合理论分析顶板离层破碎原因；针对原方案出现的破坏状况归纳原因，为后续研究软弱顶板破坏机理及优化支护设计提供依据及基础。
system: [SYSTEM]

user: 4. 支护初始设计 4.1. 巷道支护断面设计 巷道设计时必须考虑掘进设备、通风、辅助运输、抽采设备、出煤设施、行人的安装，合理安全的设计必须超前预留好空间，Ⅸ一盘区皮带上山掘进断面尺寸如下：矩形断面，断面为15.75 m 2 ；Ⅸ一盘区轨道上山，矩形断面，断面为18.15 m 2 ；Ⅸ一盘区回风上山矩形断面，断面为17.5 m 2 。 4.2. 支护方案 巷道支护布置如图3。 4.3. 支护材料 锚杆杆体为直径22 mm，长2.4 m的左旋无纵筋螺纹钢筋，钢号为MSG500。极限拉断力分别为290 kN，屈服力为230 kN，延伸率均大于20%。杆尾螺纹规格为M24，采用滚压加工工艺成型。冲击吸收功不低于40 J。 4.4. 矿压监测 上孔煤业现有的监测手段分为综合监测(巷道位移、综合测站、顶板离层仪的观测)、日常监测。 矿压监测结果及分析： 巷道两帮移近量最大为80 mm和90 mm，顶板最大下沉量为31 mm和20 mm。巷道掘进至40 m左右位置后，巷道变形趋于稳定，总体来说，轨道上山表面位移量很小。 同比原有锚杆支护段，采用高应力让压锚杆每排顶板布置6根φ22 mm左旋无纵筋、长度2.4 m，间排距为900 × 1000 mm。顶板锚索采用长度6.3 m的φ17.8 mm的钢绞线，每排2根布置。巷帮布置4根φ22左旋无纵筋、长度2.4 m锚杆。锚杆预紧扭矩为300 Nm。由于支护强度及刚度不够，在巷道施工后， 图3. 巷道支护布置图 出现了巷道收敛、变形，底臌严重，两帮最大变形量达到600 mm左右，底臌达300 mm以上，个别地段出现了锚索破断，支护失效的现象。 通过采用全长预应力锚固强力锚杆锚索组合支护系统，大大减少了锚索的长度和数量，减少了施工强度，减轻了工人劳动强度，非常有利于提高巷道单进水平。
system: [SYSTEM]

user: 5. 结论 论文针对上孔煤业9#煤层进行了实验和支护研究，得到了以下结论： 1) Ⅸ一盘区上山群在地层中发生扭转、弯曲等，造成地应力异常，地应力大小及方向变化比较大，岩性变化比较大。 2) 上孔煤业井下巷道破碎围岩变形受应力场影响较大，变形量大、初期变形显著、变形持续时间长，且围岩变形是突然剧烈增加的。 3) 破碎围岩巷道锚杆支护锚杆预应力小、杆体强度低、延伸率低，以及护表构件强度低、与锚杆强度匹配性差，显著影响了巷道支护效果。 4) 全长预应力锚固强力锚杆锚索组合支护系统增加了支护系统的强度和刚度，从而有效的减小了巷道变形。 通过在上孔煤业Ⅸ一盘区井下现场试验，以及通过矿压检测结果分析，验证了该支护系统的科学性、合理性、适用性。
system: [SYSTEM]

user: 摘 要 本文研发了一台使用车用换热器作为吸附床的双箱吸附制冷系统，并在不同的运行参数下对系统性能进行了测试及研究，证明了运行参数优化对系统性能有着积极的影响。本次研究中使用了分子筛13X/氯化钙复合吸附剂–水作为吸附剂–吸附质工质对。吸附制冷系统由两个吸附器，一个蒸发器，一个载冷水箱，一个冷凝器，一个控制器，一个热水箱及一个冷水箱组成。系统还添加了一些数据测量及辅助设备。实验中对多个运行参数，例如：吸附/脱附时间，回质时间，回热时间，冷却水进水温度，热水进水温度，热水流速等进行了研究及优化。在25℃冷却水进水温度，85℃热水进水温度，16℃载冷水进水温度，600 s吸附/脱附时间，50 s回质回热时间，2.4 kg/min载冷水流速，7.8 kg/min热水流速，以及8 kg/min冷却水流速的工况下，系统能效比(COP)为0.25，单位制冷量(SCP)为171 W/kg。 关键词 :吸附制冷系统，复合吸附剂，能效比，单位制冷量，运行参数 Copyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
system: [SYSTEM]

user: 1. 绪言 在过去的几十年中，全球气候变暖以及能源短缺受到越来越多的关注。与此同时，人们对电能的需求，特别是在通风制冷设备上，却越来越大。由此可见，若能在空调设备上节约电能，将能在节能这一目标上做出巨大的贡献。在拥有废热，太阳能等低品味热源的情况下，吸附式制冷技术是实现这一目标，替代压缩式制冷技术，节省电能的一个可行方案 [ 1 ] 。 吸附剂是吸附制冷系统中的一个核心 [ 2 ] [ 3 ] 。Ahmed等总结了一部分可用的吸附剂，并分类为了3种：物理吸附剂，化学吸附剂及复合吸附剂 [ 4 ] 。Solmus等研发了一台吸附制冷系统并使用了天然沸石作为吸附剂，系统COP为0.26，SCP为7 W/kg [ 5 ] 。TSO等研发了一种复合吸附剂，主要由活性炭，氯化钙组成。在理想状况下，其SCP为378 W/kg，COP为0.7 [ 6 ] [ 7 ] 。由此可见，复合吸附剂相对于普通的吸附剂，更具有优越性，此次研究将使用自主研发的分子筛13X/CaCl 2 复合吸附剂。 在系统运行过程中，运行参数是影响系统性能的关键因素 [ 8 ] 。Miyazaki等研发了一台多个吸附器的新型蒸发式吸附制冷系统，并研究了载冷水进水温度及循环时间对系统性能的影响。由实验结果得知，载冷水进水温度越高，系统SCP和COP越高，与此同时，更长的预热预冷时间，可以减小载冷水出水温度的波动范围 [ 9 ] 。TSO等通过数值模拟研究了吸附脱附时间，热水进水温度，冷却水进水温度以及载冷水进水温度对系统性能的影响。模拟结果表明吸附脱附时间，热水进水温度，冷却水进水温度对系统SCP和COP都有较大的影响 [ 10 ] [ 11 ] 。 虽然现在已经有很多研究在改进吸附剂，运行参数优化等，但是仍然有更多的工作需要去完成。此次研究主要目的是研发一台使用车用换热器作为吸附床，使用分子筛13X/CaCl 2 复合吸附剂，由低温热源驱动的吸附制冷系统。最后，通过实验将研究不同的运行参数，例如：冷却水进水温度，热水流速，冷却水流速，吸附脱附时间，以及回质回热时间对系统性能的影响。最终，通过系统的性能测试，验证分子筛13X/CaCl 2 复合吸附剂的应用潜力。
system: [SYSTEM]

user: 2. 吸附制冷系统详解 2.1. 复合吸附剂 吸附剂是吸附制冷系统中最关键的部分之一。分子筛13X/CaCl 2 复合剂制备流程如下： 1) 在200℃下煅烧分子筛13X持续12小时； 2) 以质量比1:9的比例混合分子筛13X及浓度为40%的CaCl 2 溶液，在室温下持续搅拌24小时； 3) 过滤掉CaCl 2 溶液，并用去离子水清洗混合后的以分子筛为主体的吸附剂； 4) 在110℃下烘干清洗后的吸附剂12小时。烘干后的吸附剂即为分子筛13X/CaCl 2 复合吸附剂。 图1. 吸附制冷系统原理图 图2. 吸附制冷系统 2.2. 吸附制冷系统 图1展示了本文中使用的吸附制冷系统的原理图。吸附制冷系统的主要部件有：冷凝器，吸附器，蒸发器，控制器，水泵以及热水箱。吸附制冷系统的工作原理为：大量复合吸附剂填装在2个吸附器中的吸附床上。2个吸附器分别为吸附箱和脱附箱。在吸附阶段，在蒸发器中，有大量制冷剂(水)在低压下低温沸腾吸热制冷，并产生气体气态制冷质(水汽)；吸附箱中的复合吸附剂吸附从蒸发器中传过来的水汽；冷却水通入吸附箱，通过换热器带走吸附时产生的热量。经过一定时间后，复合吸附剂吸附达到饱和。饱和的复合吸附剂需要被加热再生，此过程为脱附阶段。热水通入脱附箱，通过换热器加热复合吸附剂，而水汽从中脱附而出。当脱附完全后，复合吸附剂完成再生。由于冷凝器中气压比脱附箱气压低，水汽会流入冷凝器并冷凝成水珠。同时冷却水通入冷凝器带走冷凝时产生的热量并保持冷凝器温度比脱附的水汽温度低。水珠则因为重力及压差作用，流回蒸发器。为了保证系统持续制冷，需要2个或以上吸附器，一个用于吸附时(吸附箱)，另一个脱附再生(脱附箱)，并交叉循环。 图2展示了本文中使用的吸附制冷系统。冷却塔放置于室外并提供冷却水给系统。为了给系统的脱附阶段提供稳定的脱附温度，冷却水温度以及载冷水温度，分别安装了3 kW的电加热器到了热水箱中，2 kW的电加热器到冷水塔中以及使用了2 kW的冷水机组。所有电加热器及冷水机组都被集成在总控制器中的PID温度控制器中。所有由热电偶以及压力传感器所得到的数据都由数据采集设备所采集并直接导入电脑中。在电脑中的数据采集界面由NI LabVIEW构建。数据每3秒采集一次并上传到电脑中。 2.3. 计算 系统的COP由公式(1)得出。需要注意的是，算出的COP是平均值 [ 12 ] ： COP = ( ∫ 0 t c y c l e ( Q c h i l l / Q d e s ) d t ) / ( ∫ 0 t c y c l e d t ) ， (1) 式中，Q chill 为制冷量；Q des 为消耗的热能；t cycle 为完成一个完整循环需要的时间。系统的制冷量以及热能能耗则通过公式(2)和公式(3)计算的出 [ 12 ] ： Q c h i l l = m ˙ c h i l l c p ， w a t e r ( T c h i l l ， i n − T c h i l l ， o u t ) ， (2) Q d e s = m ˙ h o t c p ， w a t e r ( T h o t ， i n − T h o t ， o u t ) ， (3) 式中，ṁ chill 和ṁ hot 分别为载冷水流速和热水流速。c p，water 为水的比热容。T chill，in 和T chill，out 分别为载冷水进水温度及出水温度。T hot，in 和T hot，out 分别为热水进水温度及出水温度。公式(4)则陈述了t cycle 的计算方法 [ 12 ] ： t c y c l e = 2 t a d s ， d e s + 2 t h m r ， (4) 式中，t ads，des 为吸附/脱附时间；t hmr 为回质回热时间。最后，公式(5)为SCP的计算方式 [ 12 ] ： S C P = Q c h i l l / W ， (5) 式中W为单个吸附器中吸附剂的质量。
system: [SYSTEM]

user: 3. 实验结果及分析 表1为吸附制冷系统的标准运行参数。由于热能能耗是由热水箱的进出水温差计算的出，因此热损失也被计算在内。热损失主要包括从吸附器散失到外界，从热水箱散失到外界，从管道散失到外界的能量。表1中，T cool，in 为冷却水进水温度；t hmr 为回质回热时间；ṁ cool 为冷却水流速。 Table 1 Standard operating condition of the adsorption cooling syste 参数 数值 单位 T hot，in T cool，in T chill，in t ads，des t hmr ṁ hot ṁ cool ṁ chill W 85 25 16 600 60 8 8 2.4 7 ℃ ℃ ℃ s s kg/min kg/min kg/min kg 表1. 吸附制冷系统的标准运行参数 通过控制变量法，逐个测试冷却水温度，吸附/脱附时间，回质回热时间，热水流速及冷却水流速对系统性能的影响。具体测试的参数及范围如表2所示。 Table 2 Varied operating conditions of the adsorption cooling syste 参数 数值 单位 T cool，in t ads，des t hmr ṁ hot ṁ cool 20， 30， 35， 40 480， 540， 660， 720 40， 50， 70， 80 7.6， 7.8， 8.2， 8.4 7.6， 7.8， 8.2， 8.4 ℃ s s kg/min kg/min 表2. 吸附制冷系统多项不同的运行参数 由于吸附制冷系统可以用廉价甚至是免费的低品位热源(例如：太阳能，废热等)驱动，因此SCP是描述系统性能的最主要参数，而COP仅作为参考作用。在优化参数的实验中，最佳参数的判定以SCP的高低作为主要依据，以COP的高低为次要依据。在测试过程中，为减少误差，每组实验均重复5组，并取平均值作为最终的实验结果。 3.1. 冷却水进水温度对系统性能的影响 在本文中，对冷却水进水温度对系统性能的影响进行了实验研究，实验结果如图3所示。 图3. 冷却水进水温度对系统性能的影响 冷却水进水温度初始设定为25℃，而后通过冷却塔中的电加热器以及2 kW的冷水机组分别调控到20℃，30℃，35℃和40℃。由图可见，当冷却水温度升高时，系统性能会有所降低。系统在40℃冷却水进水温度时的SCP和COP相较于20℃冷却水进水温度时分别降低了24%和31%。当冷却水进水温度更低时，吸附剂可以在吸附阶段吸附更多的水汽，从而使SCP和COP更高。即使冷却水进水温度高达40℃，该系统仍然保持着稳定的制冷效果，证明该系统具有良好的性能。由于在实际应用中，冷却水温度一般为25℃左右，因此此后的实验中，冷却水进水温度被设置为25℃。 3.2. 吸附/脱附时间对系统性能的影响 图4所展示的是吸附/脱附时间对系统性能的影响的实验结果。从图4中可见，SCP和COP的最大值均出现在吸附/脱附时间为600 s的时候。当吸附/脱附时间过短时，吸附箱中的吸附剂不能完全达到饱和而脱附箱中的吸附剂则不能完全脱附再生，因此导致了吸附剂利用不完全，系统性能的降低。当吸附/脱附时间过长时，吸附剂已达到饱和，不能吸附更多的水汽，从而使得气压持续上升，SCP持续下降。在实际运行过程中，当吸附/脱附时间过长时，制冷量持续降低，然而热损基本维持不变，因此COP会持续降低。在这种情况下，600 s为最优吸附/脱附时间。 3.3. 回质回热时间对系统性能的影响 图5所展示的是回质回热时间对系统性能的影响的实验结果。SCP的最大值出现在50 s，而COP的最大值出现在70 s。在回质回热阶段中，2个吸附器中的吸附床相互连通，内部的导热流体(水)进行热交换。同时2个吸附器箱体之间也相互连通，因为压差的原因，水汽从高压的脱附箱流入到低压的吸附箱，直到2个吸附器中的气压平衡为止，此过程可以使脱附箱里的压力进一步降低，从而脱附出更多的水汽，再生得更彻底，使吸附剂在下一阶段的吸附中能吸附更多的水汽。在回质回热阶段中，通过热回收，使吸附床达到预热的效果，既能回收热量，又能使吸附床在下一阶段更快的达到脱附温度，使系统在下一个循环的实时制冷量更快的达到最高值。然而在回质回热阶段，2个吸附器与蒸发器及冷凝器断开，因此系统此时基本没有制冷量，所以回质回热时间不能过长。然而过短的回质回热时间，会导致回质回热不完全，也不一定能带来更好的制冷效果。综上所述，50 s是系统的最优回质回热时间。 图4. 吸附/脱附时间对系统性能的影响 图5. 回质回热时间对系统性能的影响 3.4. 热水流速及冷却水流速对系统性能的影响 由图6以及图7可见，当热水流速为7.8 kg/min，冷却水流速为8 kg/min时，SCP达到最大值。当流速过低时，会导致热水与脱附箱中吸附床之间，冷却水与吸附箱中吸附床之间温差过小，降低换热效率；当流速过高时，则会导致热水与脱附箱中吸附床之间，冷却水与吸附箱中吸附床之间换热不充分，降低换热效率。与此同时，过高的流速也会导致更高的热损失。因此7.8 kg/min为最优热水流速，因此8 kg/min为最优冷却水水流速。 本文对吸附制冷系统的多个运行参数的最优值进行了研究，然而最优值具体的数值取决于多个原因，例如：吸附剂总重量，吸附床及吸附器的设计，管道的设计，阀门的大小等等。因此，系统一旦有所改变，最优值也会相应的进行变化。 图6. 热水流速对系统性能的影响 图7. 冷却水流速对系统性能的影响 3.5. 导热流体在各个位置的温度曲线 图8所展示的是导热流体在最优运行参数下在各个位置的温度曲线。系统的运行参数为：85℃热水进水温度，25℃冷却水进水温度，16℃载冷水进水温度，600 s吸附/脱附时间，50 s回质回热时间，7.8 kg/min的热水流速，8 kg/min的冷却水流速，2.4 kg/min的载冷水流速。系统在该运行参数下的SCP为171 W/kg，COP为0.25。载冷水出水温度在运行过程中一直低于载冷水入水温度，证明了系统有稳定的持续制冷能力，复合吸附剂有稳定的吸附及脱附能力。热水进水温度在完成回热阶段之后有个快速的较大幅度的下降，这表示了有一部分完成了回质回热阶段之后的较低温的水涌入了热水箱并导致了热水温度下降，同时也表明了吸附床及复合吸附剂具有良好的传热能力。热水与冷却水流速相近，然而热水温度在完成回热阶段之后下降幅度大，而冷却水温度下降幅度小，是因为冷却塔容量为200 L而热水箱容量仅为50 L。
system: [SYSTEM]

user: 4. 结论 在本文中，研发了一台吸附制冷系统。系统中使用了分子筛13X/CaCl 2 复合吸附剂。单个吸附器中的吸附床能填装7 kg复合吸附剂。本文主要研究了不同的运行参数对系统性能的影响，分析了其原因，并验证了分子筛13X/CaCl 2 复合吸附剂在吸附制冷系统中的应用潜力。 图8. 导热流体在各个位置的温度曲线 在优化运行参数后，吸附制冷系统的SCP为171 W/kg，而COP为0.25。由参数优化实验的结果可见：冷却水进水温度越低系统性能越好；最优吸附/脱附时间为600 s；最优回质回热时间为50 s；最优热水流速为7.8 kg/min，最优冷却水流速为8 kg/min。通过本文的研究发现，运行参数对系统性能有明显的影响；分子筛13X/CaCl 2 复合吸附剂在吸附制冷系统的应用上具有一定的潜力。
system: [SYSTEM]

user: 摘 要 路基边坡的稳定性是路基安全的重要指标。本文通过试验模拟边坡滑动以及边坡冲蚀，对比附加蜂巢约束前后边坡稳定性的变化来研究蜂巢约束系统边坡防雨水侵蚀特性。试验发现，附加蜂巢后边坡冲蚀量大幅下降，最大可达40%。相同冲蚀时间下，附加蜂巢约束的边坡冲蚀量随流量增加速度较慢，冲蚀速率下降5%~15%；釆用绕流雷诺数分析判断水流的流态，发现雷诺数均大于取定的下临界雷诺数，判断坡面薄层水流为紊流。且有蜂巢约束时，弗汝德数小于1，属于缓流；而在无蜂巢约束系统时，其值大于1，属于急流。结果表明，蜂巢约束可以有效缓解降雨对边坡的侵蚀作用。 关键词 :蜂巢约束系统，边坡，侵蚀，雷诺数，弗汝德数 Copyright © 2019 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
system: [SYSTEM]

user: 1. 引言 目前，国内外在降雨对边坡稳定性影响方面有了很多研究 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] ，如长沙理工大学的胡国庆，袁宁等人分析多层结构土质边坡在不同降雨条件下的渗流过程以及稳定性变化规律，基于降雨入渗机理以及均质土体降雨入渗深度理论计算公式，提出了多层结构土质边坡降雨入渗深度及其稳定性计算方法。但有关于蜂巢约束下降雨对边坡稳定性的影响分析少之又少。因此，本文针对附加蜂巢约束系统后的边坡在降雨冲蚀下稳定性的变化做出系统性的研究，分析了降雨对边坡的冲蚀作用以及蜂巢约束的作用机理。通过设计试验模拟雨水对边坡的冲蚀，从冲蚀量、冲蚀速率、以及雷诺数和弗汝德数等角度对比附加蜂巢约束前后边坡稳定性。基于此研究，有助于我们明确蜂巢约束系统对边坡及其在降雨情况下的约束作用，对路基边坡的设计、施工以及蜂巢约束的应用有着很大的帮助。
system: [SYSTEM]

user: 2. 蜂巢约束系统简介 蜂巢约束系统，是一种由聚合物宽带经超声波焊接而成的蜂巢式三维网状物(见图1)，在使用过程中将其拉伸平铺展开后，用钢针固定在边坡之上，向格室中填充沙石、泥土或混凝土等材料构成具有强大侧向限制和刚度的结构，从而代替钢筋水泥等传统材料，对地表的土壤进行永久性固定和修复，是当今最先进的土体稳定技术之一 [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] 是基于蜂窝约束技术和高分子纳米聚乙烯技术，应对土体稳定与强化难题的生态、经济的革命性材料。 2.1. 雨对边坡的作用分析 2.1.1. 自然降雨的基本参数 天然降雨是大气中积雨云的含水量大于临界值时，雨滴所受重力大于空气浮力而落向地面的一种自然现象，其相关参数主要有： 1) 雨滴的终点速度：在无风的情况下，雨滴的终点速度主要由雨滴的大小决定，比较常用的计算终点速度的公式有修正的沙玉清公式和修正的牛顿公式。 图1. 蜂巢约束系统示意图 ① 当雨滴直径小于1.9 mm时，用修正的沙玉清公式计算，如下所示。 V max = 0.496 × 10 28.320 + 6.524 log 0.1 d − ( log 0.1 d ) 2 − 3.665 ② 当雨滴直径大于1.9 mm时，用修正的牛顿公式计算，如下所示。 V max = ( 17.20 − 0.844 d ) 0.1 d 式中：V——雨滴终落速度； d——雨滴直径，mm。 按上式计算不同直径的雨滴终点速度并绘制图形，如图2所示。 图2. 不同直径雨滴对应的终点速度 2) 降雨动能：在降雨对坡面土体的侵蚀分析中，降雨动能的确定是非常重要的。由于其计算过程很繁琐，许多学者将雨滴动能与降雨强度相关系，建立统计方程。如Wischmeier、江忠善 [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] 得出的单位面积上单位降雨量的雨滴动能与雨强的关系式为： E = a + b lg I 式中：E——降雨动能( J / m 2 )； I——为降雨强度(mm/min)。 2.1.2. 降雨对边坡的侵蚀分析 1) 溅蚀。降雨对边坡的侵蚀过程是降雨能量对坡面土体做功的表现，做功的最初表现形式是雨滴的击溅侵蚀。 2) 冲刷。径流冲刷是地表运动水流作用于地表的一种方式，其结果在于使地表土壤颗粒发生位移，并且以水沙二相水流的方式发生运动的一种过程。 a) 水中土颗粒的重量W 水中土颗粒受到浮力的作用，因而其重量W的计算公式为： W = γ t = 1 6 π D 3 × γ t = ( γ s − γ ) π D 3 6 × V 式中： γ s ——土颗粒容重； γ ——水的容重； D——土的粒径。 b) 拖曳力和上举力 拖曳力和上举力为液相水流对固相颗粒的作用力。水流和土颗粒表面接触时将产生摩擦力F1当坡面流雷诺数稍大时，颗粒顶部流线将发生分离，并在土颗粒背水面产生涡辊，从而在土颗粒前后产生压力差，形成形状阻力F2。F1和F2的合力为拖曳力FD。冲刷过程中，土颗粒顶部的流速显著大于底部上颗粒间渗透水流的流速，根据伯努力原理，将产生压力差和与空气动力上升力类似的上举力FL，见图3。 图3. 拖曳力和上举力示意图 其中， F D = C D π D 2 4 ρ u 0 2 2 F L = C L π D 2 4 ρ u 0 2 2 式中： C D ——阻力系数； C L ——上举力系数； ρ ——水的密度； u 0 ——土颗粒表面水流速度。 c) 渗透压力 当坡面表层渗透条件较好，入渗率较大时，坡面流入渗会产生与入渗方向一致的渗透压力F s ，其计算公式如下所示。 F s = γ J S π D 3 6 式中：J s ——土中渗透水流的水力坡度。 d) 粒间离散力 粒间离散力可由动量原理来推求，见图4。设边坡坡度为 θ ，水流与坡面水平呈 α 角度。坡面土散粒的起动条件为： F ( W + F s ) cos θ − F L = f = tan ϕ 式中： F = [ F D sin α + ( W + F S ) sin θ ] 2 + F D 2 cos 2 α ； f， tan ϕ ——土颗粒起动摩擦系数。 图4. 坡面上土颗粒受力示意图 因此，土颗粒在坡面水流作用下，受到浮力、拖曳力、上举力、渗透压力等力的作用，在运动过程中还会受到粒间离散力、摩擦阻力等力的作用，当总下滑力大于阻力时坡面发生冲刷。 2.1.3. 蜂巢约束系统边坡防护的作用机理 蜂巢约束系统对边坡降雨冲刷有保护作用：第一，其特殊的构造可以延长水流的流动路径，从而消减水的动能，减小流速，达到减少侵蚀量的目的；第二，回填的客土，可以选用适合植物生长的土类，改善坡面植被覆盖情况，这样，不仅可以在一定程度上改善坡面表层的固土能力美化环境，还可以减小雨滴对坡面的击打作用。
system: [SYSTEM]

user: 3. 边坡模拟试验 3.1. 试验设备设计及试验方案 3.1.1. 边坡滑动试验 本次试验采用3 m × 2 m × 1 m，底部有格条的铁试槽。下端挡板设透水孔，距底部50 cm位置，设第一排透水孔，透水孔直径5 cm，间距6 cm。 试验用原材料：黄土、沙子、蜂巢约束格栅。吊起装置采用10 t的人工吊起装置。通过观察土样的滑动与否来判断边坡是否破坏，同时记录试槽吊起的高度，计算边坡滑动破坏时的坡度。 试验方案及步骤： 实验采用振动夯实机械，按照最佳含水量、90%压实度控制。成型后，将装置吊起至一定坡度，静止24小时，观测坡面滑动、变形情况。 试验一：采用黄土填筑试槽，采用分层填筑的方法，分四层填筑，每层厚度25 cm，采用振动夯实的方法，每层夯实4次。在顶层的土样中，加入15 cm厚度的格栅，然后放土压实，观察土样滑动情况。 试验二：采用沙子进行填筑，沙子处于松散状态，利用吊起装置吊起，观察其滑动情况。 3.1.2. 边坡冲蚀试验 记录边坡滑动时的坡度，利用此时的破断进行边坡冲蚀试验。 供水设计 本次试验采用在试槽顶端利用软水管等间距的钻开小孔，利用水龙头进行控制，测定每个小孔的水流速度，控制水流量的大小。三次试验流量分别为1 m 3 /h、1.5 m 3 /h、2 m 3 /h。装置坡度1:1。试验方案以及步骤： 分别制备有无蜂巢约束系统的试件，利用冲刷系统进行边坡冲刷试验。 1) 将试槽吊起到边坡滑动破坏的坡度后。 2) 打开供水装置，观察水流冲刷的现象，同时记录时间，测试计算在不同时间段土样冲刷的情况；冲蚀量的测试，采用细线拉网格(10 cm * 10 cm)，钢板尺测定网格单元深度，计算冲蚀体积。 3) 记录不同时间段边坡的冲刷量。 3.2. 试验结果 3.2.1. 边坡滑动试验结果 试验的起吊高度，分别设置为1.0 m、1.2 m、1.5 m和1.8 m。 对黄土土样，在坡度达到1:1.5时，土样基本不变形，并没有丝毫的滑动趋势，24小时后，无变化；静置几天之后，也没有变形。 对沙子，在未设置格栅时，1.0 m起吊高度，未破坏；在吊起高度为1.2 m时，静止15 min时，出现变形，明显的出现滑动。在添加了格栅之后，1.0 m、1.2 m未破坏；当吊起高度达到1.5 m时，静止30 min，即发生破坏，破坏时坡度大致为1:1.5。 3.2.2. 边坡冲刷试验结果 通过对不同流量、不同时间、有无蜂巢约束系统的试件进行冲刷量的记录，水流冲刷后的试件见图5，得到结果见表1。 Table 1 Record of the amount of punc 流量m 3 /h 蜂巢约束系统 冲刷量m 3 1 h 2 h 3 h 1 有 0.38 0.68 0.95 无 0.48 0.92 1.34 1.5 有 0.56 0.96 1.37 无 0.65 1.08 1.64 2 有 0.82 1.36 1.94 无 0.85 1.46 2.16 表1. 冲刷量记录表 图5. 水流冲刷后试件
system: [SYSTEM]

user: 4. 蜂巢约束系统对边坡冲蚀影响分析 在坡度相同的情况下，有蜂巢约束系统的试件，不同流量在不同时间内对试件的冲蚀量绘制在直角坐标系里，如图6。 图6. 有蜂巢试件不同流量下冲蚀量随时间变化图 无蜂巢约束系统的试件，不同流量在不同时间内对试件的冲蚀量绘制在直角坐标系里，如图7。 图7. 无蜂巢试件不同流量下冲蚀量随时间变化图 可以明显的看到，随着时间的增加以及流量的增大，无蜂巢约束的边坡及有蜂巢约束的边坡的充实量都呈现递增趋势。 选取1.5 m 3 /h流量，对比在有无蜂巢约束系统下，试件随时间增加的冲蚀量，绘制在直角坐标系里，如图8。 图8. 有无蜂巢约束系统冲蚀量对比 由图8，可以看出，在有蜂巢的情况下，随时间的增加，冲蚀量比无蜂巢约束系统增加的少。 计算有无蜂巢约束系统的边坡冲刷量增加情况，具体见表2。 Table 2 Increase in the amount of flushing with or without honeycom 流量m 3 /h 冲刷量增加(%) 1 h 2 h 3 h 1 26.3 35.3 41.1 1.5 16.1 12.5 19.7 2 3.7 7.4 11.3 表2. 有、无蜂巢冲刷量增加情况 无蜂巢时，与有蜂巢相比，冲蚀量增加，最大可增加40%的冲蚀量，数量惊人。而在相同的冲蚀时间时，冲蚀量随着流量降低，即蜂巢对土基冲蚀的保护在冲刷流速低是更明显，流速过快，其对土基的保护能力发生衰减。 计算有无蜂巢约束系统时边坡冲刷速率，具体见表3。 Table 3 With or without honeycomb erosion rat 流量m 3 /h 蜂巢约束系统 冲蚀速率m 3 /h 1 h 2 h 3 h 1 有 0.38 0.34 0.32 无 0.48 0.46 0.45 1.5 有 0.56 0.48 0.46 无 0.65 0.54 0.55 2 有 0.82 0.68 0.65 无 0.85 0.73 0.72 表3. 有、无蜂巢冲刷速率情况 随着冲蚀流量的增加，冲蚀速率增大；冲蚀开始之初，冲蚀损失最大，即，在同流量时，冲蚀速率开始较大，之后减小，并趋于稳定。有蜂巢保护的冲蚀速率均小于没有蜂巢的。流量提高0.5 m 3 /h，冲蚀损失速率增加0.1~0.2 m 3 /h。而有蜂巢保护的可降低冲蚀损失0.05~0.15 m 3 /h。 试验釆用绕流雷诺数分析判断水流的流态，根据试验研究成果将绕流雷诺数、弗汝德数列于表4中。 Table 4 Hydrodynamic parameter 蜂巢约束系统 流量(m 3 /h) 流速(m/s) 突起高度(cm) 绕流雷诺数 弗汝德数 有 1 0.35 2.1 7037.39 0.766 1.5 0.42 3.1 12，196.51 0.772 2 0.49 3.7 17，096.48 0.802 无 1 0.40 0.8 3073.46 1.392 1.5 0.47 1.4 6138.87 1.276 2 0.53 1.8 8885.89 1.284 表4. 水动力学参数 通过表4可以看出，不管有没有蜂巢约束系统，随着流量的增大，雷诺数呈现递增的趋势；可以看出雷诺数均大于取定的下临界雷诺数1000，判断坡面薄层水流为紊流。同时，有蜂巢约束系统时，其流速比无蜂巢约束系统时小。究其原因，一方面，随着流量的增大，累计侵蚀量均增大，土工格室的平均突起高度亦相应增大，但是并未能影响到绕流雷诺数的变化趋势；另一方面，土工格室的突起高度破坏了水流流动的完整性，水流在整个坡面的流动被切分为以土工格室为单位的小单元体，水流每流过一格土工格室都会对其产生扰动，形成跌坎，相应的累计侵蚀量越大，平均突起高度越大，扰动也越剧烈，促使绕流阻力作用远大于粘滞力作用。 同时，由表4可以看出，弗汝德数在有蜂巢约束系统时，其值小于1，属于缓流；而在无蜂巢约束系统时，其值大于1，属于急流。弗汝德数之所以呈现出这种趋势的原因是：土工格室的突起高度随着流量、坡度的增大而增大，土工格室突起高度的值越大，水流在格室内流动的时间相对越长，这样一来，土工格室防护的坡面水流便不同于无土工格室防护的坡面，水流不再整体的流下，形成一个个跌坎，相对减小了坡面的坡度，减缓了水流。
system: [SYSTEM]

user: 5. 结论 本文通过模拟边坡滑动试验以及降雨冲刷试验，研究分析了边坡受降雨冲蚀的影响因素及蜂巢约束系统在边坡受到雨水冲刷时的作用，具体研究结果如下： 1) 通过实验发现，无论有无附加蜂巢约束系统，随着水流流量的增加以及时间的增加，冲蚀量增加，并且水流流量越大，冲蚀量增加速度越快。 2) 无蜂巢时，与有蜂巢相比，冲蚀量增加，最大可增加40%的冲蚀量，蜂巢约束效果十分明显，这是因为在附加蜂巢约束后，土会受到蜂巢约束的侧向约束力，同时在冲蚀的时候，蜂巢对于水流也有很大的阻碍作用，减缓了水的流速。而在相同的冲蚀时间时，冲蚀量随着流量降低，即蜂巢对土基冲蚀的保护在冲刷流速低时更明显，流速过快，其对土基的保护能力发生衰减。 3) 随着冲蚀流量的增加，冲蚀速率增大；冲蚀开始之初，冲蚀损失最大，即，在同流量时，冲蚀速率开始较大，之后减小，并趋于稳定。有蜂巢保护的冲蚀速率均小于没有蜂巢的。流量提高0.5 m 3 /h，冲蚀损失速率增加0.1~0.2 m 3 /h。而有蜂巢保护的可降低冲蚀损失0.05~0.15 m 3 /h。 4) 釆用绕流雷诺数分析判断水流的流态，发现不管有没有蜂巢约束系统，随着流量的增大，雷诺数呈现递增的趋势；可以看出雷诺数均大于取定的下临界雷诺数1000，判断坡面薄层水流为紊流。同时，有蜂巢约束系统时，其流速比无蜂巢约束系统时小，这进一步体现了蜂巢对于水流的阻碍作用，降低了流速，对边坡具有很好的保护作用。
system: [SYSTEM]

user: 摘 要 为了探索表油菜素内酯(EBR)对烤烟叶片耐熟性的调教效应，分别于中部叶和上部叶的定长期，采用不同浓度(0.2， 1.0， 10 μmol/L)的EBR溶液进行叶面喷施。结果表明，喷施EBR可以降低烤烟叶片中的氨基环丙烷-1-羧酸(ACC)含量，减缓叶片衰老进程中SPAD值和细胞膜稳定指数(MSI)下降的速率，提高基于SPAD和MSI相对变化速率的烟叶耐熟性指数(I SPAD 和I MSI )，改善烤烟叶片的耐熟性，提高烤后烟叶的单位面积产量、产值和上等烟比例。综合分析3种使用浓度对叶片衰老速率、耐熟性指数和烟叶经济性状的影响，大田使用以浓度为1.0 μmol/L的EBR效果较好。 关键词 :表油菜素内酯，烤烟，叶片衰老，耐熟性 Copyright © 2019 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/