DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 4. 漆酶降解酚类化合物的应用 漆酶作为一种绿色环保的多酚氧化酶类，对有机芳香(尤其酚类)化合物及衍生物，均具有良好的降解效果，在生物质利用、工业废水的处理、污染环境的生物修复、动物营养以及生态系统物质循环等领域应用方面具有优势和潜力。 4.1. 生物质利用方面的应用 随着全球应对气候变化、节能减排和低碳经济所面临的压力，对生物转化和利用木质纤维素类物质的研究引起了学者们的关注和重视。从生物质利用的角度，研究降解农作物秸秆或能源植物木质纤维素类物质生产可再生能源，如生物燃料等，其核心内容就是木质纤维素类物质的降解。木质纤维素是植物细胞壁的主要成分，占植物总生物量35%~50% [ 53 ] [ 54 ] 。自然界中木质纤维素来源丰富，在自然状态下极难分解 [ 55 ] 。主要有两个原因：(1) 纤维素和半纤维素、木质素共价结合，纤维素被木质素包裹。(2) 纤维素形成致密的晶体结构，阻碍了纤维素酶分子与纤维素的接近 [ 56 ] 。(3) 木质纤维类物质的生物转化过程中产生一些小分子量的酚类化合物、包括丁香醛、羟基苯甲醛和香草醛等化合物，这些化合物对微生物分泌纤维素降解酶有钝化作用，并且抑制植物细胞壁物质的降解过程 [ 57 ] 。因此，降解多酚类化合物是实现木质纤维素类物质高效转化的基础。 植物化合物如芳香族聚合物是木质素分解过程的一个瓶颈 [ 58 ] 。迄今为止木质素分解研究中，木质素过氧化酶和锰氧化物酶、漆酶等胞外酶都参与降解植物木质素或残体 [ 59 ] 。由于它们的氧化还原潜力，木质素分解过氧化酶可以直接作用芳香族(优先酚醛)结构分子，而锰氧化物酶被认为是最常见的木质素修饰酶，漆酶能够氧化酚类化合物中的苯环，通过增加介质可以提高其降解效率 [ 60 ] [ 61 ] 。 4.2. 工业污染物处理及生物修复方面的应用 漆酶对许多难降解异生化合物，主要是有机芳香(尤其酚类)化合物及衍生物，均具有良好的降解效果。漆酶加剧五氯苯酚(PCP)等酚类物质及其衍生物的降解 [ 62 ] ，可令多环芳烃几乎完全矿化 [ 63 ] ，漆酶可使氯代农药彻底分解 [ 64 ] ，漆酶对染料的脱色起重要作用 [ 65 ] ，漆酶对PAHs的转化能力也已得到了广泛证实 [ 66 ] ，具有漆酶活性的真菌对PAHs具有一定降解能力。因此被用于含酚废水的处理和污染环境的生物修复 [ 67 ] [ 68 ] 。因此，漆酶应用于工业氧化处理过程中，例如各类漂白 [ 69 ] 、生物去污 [ 70 ] 、制浆和造纸工业 [ 71 ] [ 72 ] 、去除除草剂 [ 73 ] [ 74 ] ，生物燃料 [ 75 ] 。 4.3. 在动物营养方面的应用 植物酚类化合物含量较高，影响放牧家畜对营养物质的吸收和利用。多酚类化合物影响哺乳动物的行为 [ 76 ] [ 77 ] ，单宁的存在会降低适口性，从而影响家畜的摄食量 [ 78 ] ，植物单宁是动物的主要抗营养因素之一 [ 79 ] ，影响动物对蛋白质、纤维素、淀粉和脂肪的消化，降低饲草料的营养价值。蛋白质消化率的降低主要由于单宁容易与蛋白质形成不易消化的复合物，降低蛋白质的利用率 [ 80 ] [ 81 ] ，从而降低其它营养物质的消化率，其主要原因是单宁对主要的消化促进酶如纤维素酶的活性产生抑制作用 [ 82 ] ，此外，单宁还与肠道表皮细胞发生反应，降低肠壁的渗透性，使养分难以通过肠壁吸收 [ 83 ] 。如果将多酚类化合物进行降解，形成小分子酚酸，可以有效提高多酚化合物的生物利用度。 4.4. 在生态系统物质循环方面的应用 多酚类化合物除了对生物的作用外，还能影响生态系统中的营养循环，起到抗贫瘠的作用，例如：生长在酸性、贫瘠土壤中的树木能利用单宁来提高氮元素的利用率 [ 84 ] [ 85 ] ，从而使自身得到正常的生长发育；另外，由于单宁的渗出影响了植株凋落物的降解率、腐殖质的形成、N的循环和最终的植物营养 [ 86 ] ，漆酶可以降解酚类化合物，从而能够促进物质循环。已有的研究发现，在自然界的木质素降解过程中，用于纤维素降解的酶主要有羧甲基纤维素酶、滤纸糖酶等水解酶 [ 87 ] ，但由于纤维素通常与木质素紧密链接 [ 88 ] ，只有脱木质化后的纤维素才能够被微生物降解 [ 89 ] 。在自然界的木质素降解过程中，主要的降解酶以木质素过氧化物酶、锰过氧化物酶和漆酶为主 [ 90 ] 。郝杰杰等 [ 91 ] 对马尾松(Pinus massoniana Lamb.)落叶分解的研究中也发现，链格孢(Alternaria sp.)，青霉(Penicillium sp.)，头孢霉(Cephalosporium sp.)，木霉( Tricherderma sp.)，拟盘多毛孢菌(Pestalotiopsis sp.)和烟曲霉(Aspergillus fumigatus)等6种半知菌前期的降解主要依赖于CMCase和FPA酶活性的高低，后期则由木质素酶和纤维素酶协同作用来决定。芦光新等 [ 92 ] [ 93 ] 研究来自高寒草地土壤菌株Microdochium bolleyi对2种草坪草凋落物细胞壁物质的分解可以分为2个阶段：第1阶段菌株Microdochium bolleyi主要分泌漆酶，脱木质化是要经过解聚作用，然后才能降解利用木质素，漆酶出现的较早，可能为后期木质素解聚和降解奠定了基础；第2阶段主要是纤维素酶和木聚糖酶起主导作用，降解凋落物细胞壁中的纤维素和半纤维素；第3阶段菌株Microdochium bolleyi开始分泌木质素酶，并且与纤维素酶和半纤维素一并参与凋落物细胞壁物质的分解。 植物有机化合物的分解代表全球变化重要的过程 [ 94 ] ，其中包括元素循环在内的异养微生物参与的有机质分解是陆地生态系统中一个重要的物质循环和能量流动的重要部分 [ 95 ] 。早期对漆酶功能的研究主要集中在是白腐真菌及其对木材腐烂的功能方面( [ 47 ] ， p.59)，随着分子生物技术的发展，现在可以评估土壤微生物多样性和群落结构与复杂的生态系统的关系及其生态功能 [ 96 ] [ 97 ] 。目前的研究的焦点已经转移到不同土壤生态系统，如植物凋落物、森林土壤和矿物质土壤。采用网袋法对单一或混合植物凋落物降解的研究为更好地理解了植物凋落物分解的机制及影响因素奠定了基础 [ 98 ] 。研究发现，在木质素含量丰富的土壤有机质降解的后期，多酚氧化酶(漆酶)活性增加，并且真菌生物量也增加 [ 99 ] [ 100 ] 。然而，通过对比针叶林和落叶两种凋落物类型的可分解性，不仅揭示了木质素含量和分解率之间的相关性，而且也指出植物凋落物中氮含量的影响 [ 101 ] 。类似的研究也发现不同类型的森林有机层，橡树森林有机层的酚氧化酶活性比枫树-椴木森林有机层的含量高 [ 102 ] [ 103 ] ，这表明不同类型的有机质影响土壤微生物酶活性降解木质素和酚类化合物，进而影响碳(C)存储、SOM形成和凋落物对营养的释放。不管凋落物类型，相关酶活性与微生物(真菌)群落的生物量、丰富度、组成及其分布有关 [ 104 ] [ 105 ] 。从生态的角度来看，这些研究体现链接生态系统过程与生物之间的重要性，特别是微生物多样性及其酶活性之间的关系 [ 95 ] [ 96 ] [ 106 ] 。
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user: 5. 研究展望 漆酶作为一种绿色环保的多酚氧化酶类，对有机芳香化合物(尤其酚类)及衍生物均具有良好的降解效果，在生物质利用、工业废水的处理、污染环境的生物修复以及在食品和动物营养等领域应用方面具有优势和潜力。国内外很多文献报道产漆酶微生物具有很大的开发潜力和应用前景，对漆酶的价值进行了深入地研究，涉及到各个领域，是一个新的研究热点，但仍存在不少问题。如漆酶商业化应用中缺少大量廉价的酶源供应，菌株合成漆酶水平偏低，生长缓慢，重组酶催化效率低等。近年来，现代分子生物学和蛋白工程技术的突破，为研究基因表达和重组酶提供了强有力的技术手段。我们认为今后应该加强以下几方面的研究： (1) 尽管漆酶的应用价值广，但是植物、动物、昆虫等天然来源的漆酶产量低、价格昂贵，依赖野生天然来源的漆酶生产，难以满足工业需求，漆酶的产业化受到限制。因此，从不同环境中分离和筛选产漆酶真菌，了解真菌的生物学特性和产酶特性，明确产漆酶的酶学性质和酶的稳定性，仍然是人们继续努力的方向和目标，寻求产漆酶的生物资源是摆在人们面前亟待解决的问题。 (2) 菌株合成漆酶水平偏低，生长缓慢，鉴于大多数微生物分泌漆酶的量仍然非常有限，研究如何增加真菌漆酶的产量，利用发酵条件较易实现，生产周期较短且酶活性保持较稳定的漆酶会更有现实价值。 (3) 漆酶在高温易失活等又是其应用受阻的一个重要原因，需加强对不同漆酶分子晶体结构的研究，通过比较其结构异同来研究漆酶的性质与功能；通过研究不同漆酶分子活性中心的序列与结构差异，研究不同漆酶间不同的催化机制，为高活性漆酶在蛋白质水平的改造提供依据；加强分子生物学及分子遗传学领域的研究，了解漆酶基因的结构、功能及其在转录、翻译等各个水平的表达调控机制，进而从基因水平对漆酶及产酶菌株进行优化。 (4) 蛋白质工程技术可以用来优化各种漆酶催化活性。漆酶的异源表达系统的构建和利用为漆酶工业化大规模生产提供了一条新的可发展途径。重组漆酶已经报道，但重组漆酶效率低。开发漆酶高表达菌株，探索酶合成代谢的影响因子及其作用规律，构建漆酶基因工程菌和基因敲除、诱变等方法将大大促进真菌漆酶功能与表达调控机制的研究。 (5) 漆酶作为一种环境友好的绿色催化剂，因其催化反应条件温和、无毒副产物产生而日益引起关注。在介体分子的协助下，漆酶的底物范围大大拓宽，其催化反应速率和转化率也得以大幅提高，因此，产漆酶微生物在有机污染物降解方面具有广阔的应用前景。但是，目前漆酶对酚类化合物的降解都是以某一类酚为材料进行功能实验，并且大多为单一方法进行，尚未将物理、化学及生物方法结合起来进行研究，多酚的构效关系及不同酚类化合物的降解机理还不清楚等问题，对于酚类化合物的降解的研究仍有待进学者们的进一步深入。 (6) 开拓漆酶新的应用领域和应用途径。漆酶是最适用于土壤分子生态学研究，在最近大量的研究中，漆酶编码的基因被用作分子标记，用于研究在生态或环境变量的影响下与凋落物分解和土壤有机质循环有关的土壤真菌的结构和功能多样性。随着分子生物学的发展，将土壤环境真菌漆酶基因多样性与胞外酶的活性和植物凋落物分解联系起来，对研究真菌漆酶在物质循环和能量流动中的作用，具有重要的意义。
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user: 摘 要 本文从“互联网+”对传统金融行业的影响入手，以核心企业为着眼点，将核心企业作为供应链金融的关键环节，并融入上下游企业及其经济金融关系，将其他注入因素融入到供应链的附加环节中，从而以“点(核心企业)–线(主体供应链)–面(供应链金融云生态圈)”分析“互联网+”背景下整体供应链金融云生态圈的相互作用，并对核心企业的发展提出合理建议。 关键词 :互联网+，供应链金融，云生态圈 Copyright © 2017 by author and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. “互联网+”与供应链金融 供应链金融作为金融领域的一个独立概念在2003年被正式提出，它以帮助融资难的中小企业缓解资金困难为目的，在中国也获得了长足发展。供应链金融的服务模式在于立足于供应链核心企业，搜集供应链上下游企业信息，从而帮助银行防范、控制金融风险的同时也降低了银行贷款成本，核心企业利用集团化授信方式，提供供应链范围内中小企业融资，从而推动供应链企业作为一个“集团式”企业共同得到发展。历经十余年发展，相关数据表明供应链金融资本，目前已有人民币10万亿的规模，而这一数据在2030年可以达到人民币20万亿。但是，发展到今天，供应链金融遭遇了下一步可持续发展的瓶颈。21世纪是互联网时代，互联网科技带来了社交网络、大数据、搜索引擎、云计算，同时，也带来了移动支付、P2P (P2B)网络借贷、众筹融资、金融机构网络服务平台、互联网基金销售等互联网金融模式。而具备操作方便等优势的互联网金融又催生人们理财需求，金融领域运作模式大变革势在必行。借互联网发展大势而生的互联网金融，在金融领域作为一种新业态，与供应链金融结合在一起，由此又衍生出“互联网供应链金融”这一“互联网+”时代的新概念。
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user: 2. “互联网+”视角下的供应链金融模式和国内实践 (一) 供应链金融1.0：传统模式 供应链金融的发展历史是随着互联网的发展企业征信信息逐步完善的过程。我国供应链金融起步较晚，最早由深发展银行于1998年在广东地区首创货物质押业务；2002年深发展最早系统性提出并推广供应链金融理念；2005年深发展成为第一家提出建设最专业的供应链金融服务商。供应链由三个参与方组成，分别是核心企业、上下游中小企业和金融机构。最开始的供应链金敲模式“1 + N”中，金融机构主要是指银行，根据核心企业“1”的信用支撑，通过对“商流、物流、资金流、信息流”的把控，完成对中小企业“N”的融资授信支持 [ 1 ] 。此时的供应链金融主要在线下早期银行为了扩大贷款规模都推出过各自的供应链金融业务，如中国银行的“融货达”、“融信达”、“TSU”、“供应商融资项目”，兴业银行“金芝麻”供应链金融服务等。 (二) 供应链金融2.0：初步实现四流合一 互联网的发展同时也带动了供应链金融的发展，互联网将传统的线下供应链金融业务搬到了线上。核心企业的数据可以在线上和银行进行对接，让银行随时能获取核记企业产业链上下游企业的仓储、付款等各种真实的经营信息。2012年平安银行发布了其供应链金融2.0版本，即银行利用互联网与信息技术提供线上的供应链金融业务。相较于线下，线上供应链金融能够高效率地完成多方在线协同提高效率。但是，此时仍然是以银行融资为核心。 (三) 供应链金融3.0：去中心平台化 随着互联网技术的发展，互联网本身由中心化发展到去中心化。过去的互联网时代以局域网和内部网为主，具备封闭性，边缘清晰。其中心是企业，只有银行等大型金融的客户才用得起。而新时代的互联网中，信息技术开始去中心化和中介化。智能终端的普及化突破了金融服务的垄断性和封闭性。以对等互联作为基础，到一对一、一对多、多对多等更复杂的交互结构被创造，分布式网络结构和交易结构产生如图1所示。 相比于过去银行自己直接放贷给供应链上下游中小企业，和这些中小企业是直接的甲乙方关系，而如今互联网提供了第三方信息服务平台引进了更多的资金提供方，这时候的金融机构不只是银行，也可能是小贷么司，甚至可以是个人投资者(如P2P形式)。这种结构是去中心化的，符合互联网技术本身发展的规律。同时中小企业的订单、运单、收单和融资等经营性行为都在这个平台上汇集，“商流、物流、资金流和信息流”统一集合在一个平台上形成大数据。过去的围绕核心大企业的“1 + N”模式拓展成了围绕中小企业自身交易的“N + N”模式 [ 2 ] 。
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user: 3. “互联网+”重新定义供应链金融云生态圈 除了在技术方面从总体上提升产业效率之外，互联网还从一下几个方面重新定义了供应链金融模式。 (一) 动态强化中小企业交易透明度 征信是互联网金融的基础设施。美国FICO征信评分体系己经较为成熟，而我国信用卡覆盖人群比例较低，征信体系相对落后。传统的供应链融资模式中核心企业为上下游中小企业提供担保，而在互联网技术时代，中小企业的交易和资金流水都可以被记录，中小企业的信用能够从大数据中挖掘，信息更透明。原来的票据和数据等变成了数据流，资金流的地位越来越重要。此时，考察中小企业的信用的并非简单的担化或者静态的财务报表，而是其整个动态交易过程。 (二) 行业存量增长带来互联网内部驱动力 产业互联网平台成为供应链金融的“核心企业”，其面对的是整个行业而非单个核心企业。以互联网平台为核心的模式能够集结更多上下游企业，信息的共享使得应收账款等动产的质押更加可行，应收账款质押占比增大。截至2016年末，我国企业应收账款、存货及预付账款规模接近100万亿，如果互联网使得应收账款质押占比提高１个百分点，那么整个行业就会提高万亿级别的规模。 图1. “互联网+”背景下供应链金融模式演变 (三) 推动构建互联网供应链金融生态圈 供应链金融与互联网技术的结合，改变了原有的“银行 + 企业”业务模式，使得“核心企业 + 金融机构 + 上下游企业”的价值链生态圈模式的构建成为可能。利益相关者数量的增加使得业务流程更加复杂，对信息共享的要求也更高。互联网作为技术手段使得网状供应链金融业务的实现成为可能。 在云时代，由于其网络结构呈现出平台化、高度关联化的特征，因而管理流程也呈现出既高度复杂又互动化的特点如图2所示。核心企业需要进行横向价值链流程、纵向价值链流程以及空间价值链流程的全方位流程管理 [ 3 ] 。横向价值链是所有在一组相互平行的纵向价值链上处于同等地位的企业间的内在有机联系，横向价值链如果能够有机集聚，就会形成良好的产业内部分工，形成有序集群。纵向价值链将企业、供应商和顾客都分别视作一个整体，它们之间通过上述的各种联系构成一种链条关系，这种链条关系可以向上延伸至原材料的最初生产者或供应者，也可以向下延伸到产品的最终用户，纵向强化上下游之间的协同和互动。
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user: 4. “互联网+”背景下供应链金融生态圈的国内范例 (一) “P2P+供应链金融” “P2P+供应链金融”模式，将广大个人投资者的投资需求与有存货融资需求的企业对接起来，供应链上核心企业作为战略合作方，通过对供应链上信息的全程监管来降低了当前P2P信贷业务中对贷方经营情况无监管的高风险问题，其中“P2P+先票后货标准模式”业务流程如图3所示 [ 4 ] ：① 经销商在P2P机构授予的额度内向P2P机构申请开立承兑汇票；② 社会投资者将资金转入P2P机构帐户；③ P2P机构将货款交给供应链上的核心企业；④ 核心企业将发货详单发送给P2P机构；⑤ 核心企业将货物发送 图2. “互联网+”背景下供应链金融云生态圈 到经销商仓库；⑥ 物流公司安排监管员到经销商仓库进行监管；⑦ 经销商向银行存入部分赎货保证金；⑧ P2P机构向物流公司下达放货指示；⑨ 物流公司通知监管人员放货。 而“P2P+先货后票的标准模式”业务流程如图4所示 [ 5 ] ：① 经销商与核心企业签署买卖合同；② 经销商向P2P机构存入部分保证金；③ 社会投资者将资金授予P2P 机构；④ P2P机构根据经销商的额度向核心企业支付货款；⑤ 经销商向P2P机构将剩余保证金补齐；⑥ P2P机构通知核心企业向经销商发货；⑦ 核心企业向经销商发货；⑧ 经销商在规定期限内向P2P机构还清贷款；⑨ P2P机构向投资者回款，完成投资。 (二) 电商供应链金融 目前，部分大型商业银行也在跨界，向供应链的商流、信息流延伸，尝试自建或者与第三方电子商务平台合作开展线上供应链金融，业界实践涉及的具体模式集中在图5和图6中黑色五角星标记部分。同时，发展基于自营B2B和B2C两种类型平台的供应链融资业务，为个人消费者、企业用户提供基于网络贸易的资金融通服务及行业供应链金融解决方案，其余商业银行推出的电子商城大都基于信用卡业务，为个人消费者提供以分期付款购物为主的消费者订单融资类服务。 “基于第三方电商平台的银行供应链金融”业务模式在实践发展中也异常活跃，其中“基于第三方 图3. P2P+先票后货标准模式 图4. P2P+先货后票的标准模式 图5. 基于自营B2B电商平台的银行供应链金融应收账款网络保理融资流程 图6. 基于自营B2C电商平台的银行供应链金融消费者订单融资流程 B2B电商平台的银行供应链金融”模式以建设银行与金银岛、敦煌网等第三方B2B电商联合推出的“e单通”、“e保通”等为代表。“基于第三方B2C电商平台的银行供应链金融”模式一般为商业银行与第三方商城式B2C电商企业合作，为商城的供应商提供应收账款保理融资、电子仓单质押融资等服务，比如中国银行与京东商城合作推出的京东供应商应收账款融资服务等。
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user: 5. 可能性建议 (一) 提升以供应链金融4.0为重心的业务整合能力 供应链金融4.0具体表现为“四流合一”(物流、信息流、商流和资金流)，要求供应链核心企业掌握客户有效信息并开展线上即时整合，使之形成基础大数据中的动态经营数据，开展对贷款企业的实时动态管理以此来降低供应链金融风险。因此，这就需要对现有的投资进行综合考虑全面整合，把供应链金融视为企业发展重心之一，引入先进的大数据信息技术和云计算等等，通过前期技术投资和管理强化等，把线下数据(四流数据)整合到线上来，开展对大数据的云处理，引入移动互联网、物联网等新兴的科学计算形态助力大数据在供应链金融平台上有效发挥影响力，成就产融结合的“供应链金融生态系统大平台”，从而供应链在其发展中不再单向流动而是促使多方共赢，而以物流起家的瑞茂通也将通过发展供应链金融达成的“四流合一”全面推进企业现有的所有业务趋于同步发展，达成企业全方位利润提升的目的。 (二) 实现“四流”线上合一 供应链金融4.0时代，运营供应链金融的企业将通过四流合一来达成企业资源优化配置、运营成本和金融风险同步降低目标。在这一过程中，“四流合一”是前提也是基础，对于企业的长远发展战略来说，引入互联网、移动互联网科技，对四流进行合一，这是企业发展的必然。而通过四流合一，又为发展互联网金融4.0奠定前提条件和坚实基础。所以，目前企业应该有明确的业务前瞻眼光，达成供应链3.0之后，加速引入大数据分析和云计算等先进技术，把线下的业务在往线上整合过程中，提取业务发展的相关数据，通过打造诚信经营指标体系、征信管理指标体系等等，对之进行系统性管理和科学评测等等，从而成就“四流”的线上合一，为最终成就供应链金融4.0提供数据科技条件。
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user: 摘 要 岩体中结构面发育与分布情况对边坡的稳定性有着重要的影响。结合露天矿高边坡工程实例，对边坡的结构面进行实测与合理的统计分析，对边坡做出初步定性评价，为边坡稳定性的后期定量评价以及分析方式提供相关的参考。文中采用测线法来获取岩体结构面的基础资料，通过理正软件画出极点图、等密度图与节理玫瑰花图并进行分析获取优势结构面。利用matlab软件对基础数据进行统计分析得出相应的概率分布直方图与拟合曲线，与概率模型较为吻合。将所得出的优势结构面通过极射赤平投影的方法对边坡进行稳定分析，得出结构面对边坡的稳定性影响较小，边坡基本稳定。 关键词 :岩质边坡，结构面，概率分布，稳定性分析 Copyright © 2017 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/
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user: 1. 引言 随着经济社会的快速发展，为满足各类基础设施以及工程建设的需要，对低山丘陵区的露天建筑石料的开采活动十分强烈，人们在获取所需资源的同时也破坏了该地区的生态环境与地应力的平衡，形成了高而陡的不稳定岩质边坡，对生产生活以及人们的生命财产安全带来了一定的威胁，因此科学的对露天矿山岩质高边坡的稳定性进行分析具有一定的现实意义 [ 1 ] 。 大量的工程经验表明，岩质边坡的稳定性与结构面的发育程度、发育位置、产状、组合特征及其工程性质有着十分密切的内在联系 [ 2 ] 。目前我国工程地质工作者对结构面的测量方法主要有典型露头测量，统计窗测量，现场全断面全元测量，现场数字摄像或三维激光扫描等方法 [ 3 ] 。根据大量野外实测研究表明，岩体结构面的分布特征符合一定的概率分布，通过计算机模拟可以得出相关研究区域的岩体结构面的分布情况进而解决工程实践问题 [ 4 ] 。对于岩体结构面的研究目前也有利用模糊综合评判的方法来进行研究，为我们提供了一种新的思路和方法 [ 5 ] 。在露天矿山开采的过程中往往伴随着爆破等一系列的人为作用的因素，从而导致岩体的不完整性进一步加强，岩质边坡的失稳破坏通常沿岩体结构面发生，结构面控制着边坡的变形、破坏和演化过程，因此对边坡岩体的结构面调查分析寻找边坡体的优势结构面是在边坡稳定分析中的重要环节 [ 1 ] [ 4 ] [ 6 ] 。 本文通过安徽省广德县石灰石矿对露天矿高边坡稳定性进行科学合理的分析与研究，为解决高边坡的实际工程问题提供了一种符合工程实际的边坡稳定分析方法，符合该项目的工程现实需要对解决相关问题具有一定的借鉴意义，有助于工程人员的指导与施工。
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user: 2. 工程背景 矿区交通便利，为低山丘陵区，地势总体上北西高东南低，最高海拔为330 m，最低海拔120 m，相对高差210 m。矿区经多年开采，已形成采坑，南北长约788 m，东西宽约287 m，采坑内主要有+130 m、+142 m、+168 m台阶组成。采坑北侧坡顶标高+300 m，按坡底采坑+130 m标高测算，已形成最高(300-130) 170 m垂高的边坡。坡顶地形坡度+0˚~−16˚左右。最高点大于+320 m，属高危边坡。 2.1. 矿区构造 矿区位于金山复式向斜之次级构造金山向斜东翼的北端，为一单斜构造。金山向斜轴向25˚左右，核部为三叠系下统南陵湖组，两翼为二叠系下统孤峰组至三叠系下统和龙山组。西翼地层产状较徒，局部地段发生倒转；东翼地层倾角45˚~50˚，为一正常-倒转向斜，地质构造简单。 2.2. 水文地质 矿区属低山丘陵地貌，年平均降水1379.1 mm，地下水属基岩岩溶裂隙潜水型，地下水的补给主要来自大气降水，地下水对矿床开采影响较小。 矿体岩石主要为灰岩，均为弱含水层，矿体内裂隙发育一般，矿床充水主要为大气降水，南西有一水沟自中部北流出矿区外。未采矿体主要分布标高+110米~+312米，矿床最低开采标高+110米，低于附近最低地平面+120米，采场局部须机械排水。矿山水文地质条件为简单类型。 2.3. 工程地质 矿区出露地层有泥盆系五通组(D3w)，石炭系高骊山组(C1g)、黄龙组和船山组(C2+3)，第四系表土(Q)。该灰岩矿床直接出露地表，矿体是灰岩、顶板是灰岩，岩性较硬，岩石产状比较稳定，断裂构造不发育，裂隙、节理发育一般，岩石表面风化较弱，工程地质稳定性好；底板为石炭系高骊山组泥岩，地层倾角较陡，属不利于边坡稳定型；总体上矿区工程地质稳定性中等。 根据岩层的成因类型，岩体结构以及结构体形态，将矿区边坡岩体划分为三个工程地质岩组：第四系残积、坡积松散软弱工程地质岩组、石炭系高骊山组泥岩及砂质泥岩碎屑岩类较完整软弱工程地质岩组。
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user: 3. 结构面调查统计 在进行岩体结构面调查时，考虑到几种岩石在采场内分布情况，调查主要集中在采场南部的灰岩区。现场调查内容主要包括节理间距、节理倾向、倾角等 [ 7 ] 。 调查采用详细线观测法，在坡面(为方便操作，主要布置在靠近坡脚处)布置测线，测线法将结构面共分为1、2A、2B、3A、3B、4A、4B、5共8种类型 [ 8 ] ，如图1所示。测量时，测尺水平拉紧，基点设在开始调查点。将测线上下1 m的范围作为测带，调查工作在测带以内进行。本次调查总长度132 m，共有节理230条。调查结果见表1所示。 图1. 测线布置示意图 Table 1 Statistical table of measured rock structural plan 岩性 调查长度(m) 调查宽度(m) 调查面积(m 2 ) 节理数量(条) 节理平均间距(m) 灰岩 90 2 180 120 0.76 泥岩 42 2 84 110 0.38 表1. 实测岩体结构面统计表
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user: 4. 优势结构面的确定 调查样区灰岩节理数为120条，泥岩为110条，共有节理230条，总长度132 m。结构构面类型分别为III、IV、V级结构面。该矿灰岩岩体结构类型为层状结构，泥岩区为碎裂结构。依据岩体完整程度的定性划分可知，灰岩区岩体的完整程度为较破碎，而泥岩区的岩体完整程度为破碎。 为了对结构面进行优势分组，即为了确定数量上较多的几组结构面，以方便研究优势结构面对边坡稳定性的影响，通常绘制节理等密度图等图件 [ 9 ] 。根据调查结果，采用理正6.0绘制出边坡岩体结构面极点图、等密图以及玫瑰花图，如图2所示。 由结构面极点图、等密度图、玫瑰花图等，可以得出本矿边坡岩体的优势结构面共有2组(除层面外)。如表2所示。
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user: 5. 边坡岩体结构面发育概率分布 国内外众多研究表明：岩体内结构面的发育具有随机性的特点，可以用相应的概率分布来描述 [ 10 ] 。在某一岩体中，除了有一些已经知道的断层、层面、大的断裂以及通过实际量测获得的有关节理的样本资料 ，还包含有成千上万个节理面，这些节理面对岩质边坡的稳定性有着重要的影响。因此通过样本资料总结获取节理面几何参数的统计分布特征和统计参数，就可以通过计算机来生成一个符合这种统计特征的岩体节理网络，就能够计算岩体一系列重要的物理学特性指标 [ 11 ] 。对于认识岩体中优势面的分布特征和规律，分析边坡稳定性具有一定的指导意义 [ 12 ] 。 对数据的处理与分析采用软件matlab，对现场边坡面结构面调查数据进行统计分析，得结构面倾向、倾角、间距频率直方图以及概率分布拟合图，如图3，图4所示。由于篇幅所限，文中仅给出灰岩第一组优势结构面倾向倾角、间距的统计分析图件，泥岩组与灰岩组相类似。 由统计分析可知，结构面倾角、倾向服从正态分布，节理间距则服从负指数分布。统计所得数据如下表3所示，表中所列为灰岩组第一组与第二组优势结构面几何参数统计结果。
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user: 6. 边坡稳定性的极射赤平投影分析 岩质边坡破坏是否沿岩体结构面发生失稳，与结构面分布、组合及其密度有密切关系。赤平投影方法是判断结构面对边坡稳定性影响的主要方法之一 [ 13 ] 。故本次利用赤平投影法对矿区边坡各分区的由结构面切割形成的楔体稳定性进行定性分析，分析结果如图5所示，由于泥岩分布只是在坡顶局部地段，故本次主要分析组成边坡的主要岩性灰岩的结构面影响。 从图5可以看出，优势结构面1与优势结构面2与边坡面相交，单组与组合分析来说与边坡破面产状关系表征出基本稳定或稳定状态。边坡主要结构面组成的楔体发生滑动的可能性小，说明本矿露天边坡稳定性不受结构面控制，因此需要做进一步的分析。 对于I区的逆层边坡，边坡坡向与岩层面倾向向反。对于此类顺层边坡，由前所述，除层面和优势结构面2组合可能致其产生局部楔体滑动外，也有可能当其破坏模式由层面对其控制时，一般容易发生滑移-弯曲破坏；如层面不能控制边坡破坏时，根据《非煤露天矿边坡工程技术规范》(GB51016-2014)中表A.0.3可知，其破坏模式转为圆弧形破坏。
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user: 7. 结论 边坡岩体结构面的分布特征对边坡的稳定性有着很大的影响，也是开展岩质边坡稳定性分析的前提。通过对露天矿区结构面实测统计分析可知： 1) 由边坡结构面极点图、等密度图等获取了边坡的两组优势结构面，该边坡为一顺层岩质边坡，边 图2. 灰岩和泥岩结构面统计图 Table 2 Dominant structure surface productio 岩性 产状 层面 优势组1 优势组2 灰岩 倾向 345˚ 110˚ 215˚ 倾角 35˚ 70˚ 50˚ 泥岩 倾向 340˚ 121˚ 218˚ 倾角 36˚ 69˚ 53˚ 表2. 优势结构面产状 Table 3 Geometric parameter statistics of the dominant structural plane 组号 统计指标 概率分布类型 均值 标准差 一组 倾向 正态 110˚ 8.6 倾角 正态 70˚ 6.7 间距 负指数 0.76 0.69 二组 倾向 正态 215˚ 9.7 倾角 正态 50˚ 7.3 间距 负指数 0.71 0.66 表3. 边坡优势结构面几何参数统计结果 图3. 灰岩倾角、倾向直方图和正态分布拟合 图4. 节理间距直方图和负指数分布拟合 图5. 优势结构面赤平投影图 坡坡向与岩层面倾向相反。岩体中主要发育有两组优势结构面，且结构面的分布服从相应的概率分布。 2) 通过赤平投影分析可知，两组优势结构面与边坡面相交，边坡稳定性受结构面影响相对较小，需要进一步从岩层面角度进行分析。 3) 边坡的稳定性往往受到多种因素的影响，而基于结构面理论的边坡稳定性分析评价是边坡稳定性分析的基础，能够定性的对边坡的稳定性做出一定的评价，如果需要更为准确的定量的分析与评价，则需要进一步的研究与分析。
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user: 摘 要 对具有孔道压浆缺陷的预应力混凝土缩尺梁构件进行氯盐溶液浸泡处理，而后对其进行了静载试验。探讨了压浆缺陷分布位置及侵蚀时间对梁试件的跨中挠度变形、跨中混凝土应变及裂缝发展的影响，并对预应力筋锈蚀情况进行了分析。此外，为探究空浆部分预应力筋断裂对构件承载力的影响，以试验中部分工况为基础，采用数值计算方法对足尺箱梁进行了仿真计算，研究了不同位置预应力筋断裂对构件极限抗弯承载力的影响。 关键词 :压浆缺陷，预应力梁，缩尺试验，数值分析，耐久性 Copyright © 2017 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/
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user: 1. 引言 随着预应力筋混凝土结构在工程建设中的大量使用，混凝土结构在侵蚀环境作用下的耐久性腐蚀问题逐渐显现出来。为此，诸多国家开始越发关注混凝土结构耐久性问题，众多研究学者们对预应力混凝土桥梁耐久性开展了一系列系统研究。诸多因素都可能导致耐久性下降，例如已有的研究中的电化学腐蚀、CO 2 、水泥掺合料影响 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] 等等；其中氯离子的侵蚀引起了较为广泛的关注，一般认为氯离子的侵蚀方式为扩散，为其在钢筋混凝土结构中的扩散方式进行了多项研究 [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] 。对预应力钢筋混凝土构件而言，预应力筋是其力学性能的关键，故学者们针对预应力筋的腐蚀机理、物理模型等问题进行了多项研究 [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] 。但对于预应力孔道具有压浆缺陷的梁而言，压浆缺陷的存在无疑会影响到氯离子的扩散及预应力筋受侵蚀的速度与程度，故本文选取氯离子作为侵蚀因素之一，对具有多种不同压浆缺陷工况的梁进行缩尺试验研究其耐久性；并以数值分析的方式，研究压浆缺陷处预应力筋断裂对足尺小箱梁极限承载力的影响。
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user: 2. 试验概况 2.1. 试件概况 试验梁长均为2.0 m，横截面尺寸为150 mm × 220 mm (图1)。预应力筋采用标准强度为1860 Mpa，公称直径为15.2 mm的七丝捻制钢绞线，其重心至梁下边缘距离为60 mm，钢绞线控制张拉应力为1395 MPa。普通受拉钢筋采用2Φ8R235钢筋，架立钢筋采用2Φ12HRB335钢筋，箍筋采用Φ8R235钢筋。 为对比不同的压浆缺陷情况对混凝土构件耐久性能的影响，对试验梁设置了不同的压浆类型和耐久性处理。其中为便于对比，未经耐久性处理的梁编号分别为PCB-5、PCB-7、PCB-8及PCB-9 (表1)，而相应的经耐久性处理的梁编号为PCB-5.1、PCB-7.1~3、PCB-8.1及PCB-9.1。 2.2. 试验方法 预应力梁静载试验在华中科技大学土木工程检测中心进行。在梁跨中侧表面沿梁高均匀布置电阻应变片，测量梁跨中截面的平均应变；为测量梁挠度随荷载的变化曲线，在跨中、1/4跨、加载点等四个位置底面设置两个电阻位移计，在梁两端支座处各设置一个电阻位移计，位移计量程为30 mm (图2、图3)。 预应力梁采用三分点处两点集中加载方式。采用量程为50 t的液压千斤顶集中加载，加载点位于梁计算跨度(1.8 m)的三等分点处。在加载前，为方便观测裂缝，将预应力梁吊装至支座上。通过以打好的 网格线确定加载点，将梁加载点表面整平，放置宽70 mm厚25 mm的钢板，并在钢板下铺一层薄沙，以使加载点处传力均匀。为测量控制加载幅度，在液压千斤顶下设一个荷载传感器。 预应力梁的加载严格按照《混凝土结构试验方法标准》GB50152-92的规定执行。预载20 kN。正式加载时采用力和位移混合控制的加载方式：预应力梁的受拉纵筋未达到屈服前，采取力控制，每级加载幅度取5 kN (加载至梁即将开裂时，降低每级加载幅度)；预应力梁的受拉纵筋屈服后，采取位移控制的方式加载，每级加载幅度为2 mm。每级荷载加载完毕后持荷10 min，使梁进入稳定的状态，并观察是否 Table 1 Test beams number， grouting condition and siz 试验梁 编号 工况图示 压浆情况 耐久性处理 PCB-5 中间1/3无压浆 在氯盐溶液中浸泡1个月，标为PCB-5.1 PCB-7 双缺陷，距离端部1/6处， 各1/6距离无压浆 耐久性试验设置3个时间点，分别为1、2、3 个月的氯盐溶液浸泡，标为7.1、7.2、7.3。 PCB-8 双缺陷，端部1/6处无压浆 在氯盐溶液中浸泡1个月，标为PCB-8.1 PCB-9 双缺陷，距离端部1/12处，各1/6距离无压浆 在氯盐溶液中浸泡1个月，标为PCB-9.1 表1. 试验梁编号、压浆情况及尺寸 图1. 试验梁尺寸与钢筋布置(单位：cm) 图2. 预应力梁测点布置(单位：cm) 图3. 试验装置布置 有裂缝出现，测量裂缝宽度，观察裂缝发展，记录试验现象，待持荷结束后继续加载。
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user: 3. 试验结果及分析 通过经耐久性处理的预应力小梁静载试验主要探讨、分析了一下指标：试验梁的破坏形态、跨中荷载–挠度、试验梁裂缝发展以及预应力筋锈蚀情况。 3.1. 试验现象 通过对试验现象的观察和结果的分析，可判断各混凝土预应力试验梁的破坏形态均为典型的适筋弯曲破坏，其破坏过程包括3个阶段，分别是开裂前阶段、带裂缝工作阶段和钢筋屈服后直至失效阶段，各阶段的破坏模式与普通钢筋混凝土梁受弯破坏相似，均为延性破坏，截面破坏的过程始于受拉区混凝土出现裂缝，而后受拉钢筋达到屈服强度，最终受压区混凝土被压碎即梁破坏(图4)。 3.2. 跨中挠度变形分析 预应力梁的荷载-挠度曲线大致可分为三个阶段： 第一阶段为弹性工作阶段。开裂之前，各试验梁荷载–挠度曲线基本重合。可见，该阶段孔道压浆和腐蚀情况，对试验梁刚度的影响很小。 第二阶段为带裂缝工作阶段。开裂至屈服阶段，开裂之后各试验梁的荷载–挠度曲线曲率均有一定程度的降低，但不同压浆缺陷时降低程度不同。图5(a)显示未浸泡过的试验梁的斜率更大，这表明试验梁在氯离子的侵蚀作用下的刚度退化程度，大于碳化作用下的刚度退化程度。从图5(b)可以看出，PCB-7.1试验梁的斜率最大，PCB-7.3试验梁的斜率最小，这表明浸泡时间长，腐蚀程度大，刚度退化程度就大。对比5.1、7.1、8.1、9.1试验梁(图5(c))，可发现PCB-5.1试验梁的斜率最大，PCB-8.1试验梁的斜率最小，这表明开裂后试验梁的刚度退化程度与压浆缺陷的位置密切相关。从各图中可以看出，虽然各试验梁的荷载–挠度曲线曲率均有一定程度的降低，但其荷载–挠度曲线仍呈线性变化，说明在第二阶段，混凝土逐渐开裂、裂缝逐渐发展，但其刚度基本保持不变。 图4. PCB-9.1试验梁破坏形态 图5. 跨中弯矩与挠度曲线 第三阶段为破坏阶段。钢筋的塑性变形极度增大，裂缝发展迅速，混凝土受压区高度不断降低，受压区面积减小，受压区混凝土压应力增大，直至达到其极限压应力后，混凝土开始压碎脱落，构件承载能力下降，以至图5(d)中曲线出现陡降段，但是此时预应力筋尚未断裂，构件尚能承载部分荷载。卸载后，试验梁挠度部分恢复，部分裂缝闭合，但存在部分残余变形。 3.3. 试验梁裂缝发展 (1) 达到开裂荷载时，试验梁的纯弯段下边缘首先出现竖向微裂缝；压浆缺陷位置越靠近边缘，其开裂荷载越小。试验梁在酸水中浸泡后，开裂荷载明显变小，在酸水中浸泡的时间越长，其开裂荷载越小。PCB-5试验梁的开裂荷载为42 kN，PCB-5.1试验梁的开裂荷载为37 KN，PCB-8.1试验梁的开裂荷载为32 kN，PCB-7.1试验梁的开裂荷载为35 kN，PCB-7.3试验梁的开裂荷载为30 kN； (2) 随着荷载继续增大，多条裂缝相继在试验梁纯弯段和剪跨段下边缘出现，纯弯段裂缝向上延伸，剪跨段裂缝向加载点延伸，裂缝宽度逐渐增大。当达到屈服强度时，试验梁表面裂缝基本出齐且延伸高度基本一致，约为梁高的1/2； (3) 荷载继续增加，新裂缝不再出现，纯弯段裂缝宽度继续增大并向上有部分延伸，当达到承载力极限强度时，受压区混凝土出现劈裂裂缝并突然崩裂，此时裂缝延伸高度约为梁高的3/4； (4) 试验梁在峰值荷载过后，仍有一定有承载能力，保持加载后，受压区混凝土的劈裂裂缝向下发展，延伸至原混凝土受拉开裂的位置。构件裂缝图及最大裂缝宽度发展曲线分别见图6所示。 实验现象表明，长时间在盐水环境的浸泡下，梁各自发生不同程度的预应力筋腐蚀且其腐蚀程度与其压浆缺陷分布的位置和浸泡时间均有一定的关系。对比PCB-5.1、PCB-7.1、PCB-8.1和PCB-9.1可知，在压浆缺陷大小不变的情况下，分布位置越靠近梁端，越容易接触到空气，从而导致腐蚀程度更严重。对比PCB-5和PCB-5.1，PCB-8和PCB-8.1，PCB-9和PCB-9.1可知，经过耐久性处理的梁由于氯离子的侵蚀，腐蚀程度更严重。再对比PCB-7.1、PCB-7.2、PCB-7.3，在压浆缺陷的大小和位置不变的情况下，浸泡时间越长，钢筋的腐蚀程度越严重。 由此对于设计为适筋的预应力混凝土梁来说，梁正截面发生的破坏方式主要还是传统的适筋破坏；但局部无压浆区钢筋与混凝土的粘结退化对构件裂缝的发展以及裂缝分布影响较大，可导致裂缝数量减少、间距增大、极限状态时最大裂缝宽度变大，另一种是因预应力钢绞线钢丝被腐蚀率先被拉断，导致构件破坏，这种破坏导致梁的极限承载力和变形能力发生不同程度的降低，其降低程度与腐蚀程度有关，即与压浆缺陷和浸泡时间相关。 3.4. 预应力钢筋锈蚀情况分析 完成预应力梁的加载实验后，去除表面混凝土露出预应力钢筋，如图7所示。观察预应力筋锈蚀情况，能够看出由于压浆缺陷的位置不同，各试验梁的预应力筋锈蚀情况有显著差别，没有灌浆的位置的预应力筋所对应的局部锈蚀情况，明显比灌浆位置的预应力筋锈蚀情况严重。这是因为孔道压浆的根本目的是排除孔道内的水和空气，防止预应力筋被腐蚀，保证预应力构件的耐久性。当孔道中的氯离子由无灌浆处进入孔道，到达钢筋表面，并吸附于局部钝化膜处时，可使该处的PH值迅速降低，破坏预应力筋表面的钝化膜，引起局部预应力筋腐蚀。 对比PCB-5和5.1，PCB-8和8.1，PCB-9和9.1可知，试验梁经过盐水的浸泡，预应力筋腐蚀程度更严重。对比PCB-5.1、PCB-7.1、PCB-8.1和PCB-9.1可知，在压浆缺陷大小不变的情况下，分布位置越靠近梁端，越容易接触到空气，从而导致预应力筋腐蚀程度更严重。再对比PCB-7.1、PCB-7.2和PCB-7.3试验梁，在压浆缺陷的大小和位置保持不变的情况下，在盐水环境中浸泡的时间长短，使得各梁的预应 图6. 梁裂缝图 图7. 预应力筋锈蚀情况 力筋锈蚀情况产生差别。其中PCB-7.1的预应力筋锈蚀情况最轻，因为其浸泡时间最短，而本实验的主要腐蚀原因为氯离子的侵蚀作用，在不考虑碳化作用差别的前提下，与另外两种工况的梁相比，氯离子更难到达预应力筋表面造成腐蚀。而锈蚀情况最严重的梁为PCB-7.3，其极限应变也随着锈蚀的增长而降低，预应力筋中的有效预拉力降低，进而会降低预应力梁的开裂荷载和变形能力，和实际裂缝的发展情况相同。
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user: 5. 结论 基于以上研究，可得到如下结论： 1) 经过耐久性处理的混凝土预应力试验梁的破坏形态为典型的适筋弯曲破坏；预应力混凝土梁损伤发展主要发生在开裂后的裂缝发展阶段以及屈服至破坏阶段。也存在预应力钢绞线钢丝先被腐蚀率拉断，导致构件破坏的可能；这种破坏导致梁的极限承载力和变形能力发生不同程度的降低，其降低程度与腐蚀程度有关，即与压浆缺陷和浸泡时间相关。 2) 由于压浆缺陷的位置不同，没有灌浆的位置的预应力筋所对应的局部锈蚀情况，明显比灌浆位置的预应力筋锈蚀情况严重。在压浆缺陷大小不变的情况下，分布位置越靠近梁端，预应力筋腐蚀程度越严重。 3) 跨中预应力筋断裂对构件承载力影响最大；无论预应力筋断裂位置位于何处，对构件极限抗弯承载力的削弱均大于20%。预应力断裂不仅是断裂及空浆部分失效无应力，同时对预应力筋整体也存在影响，虽然有混凝土粘结与握裹作用，但不同位置仍有不同程度的预应力削弱。由此可见，对于预应力筋的保护非常之重要。
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user: 摘 要 通过室温拉伸测试、光学显微镜、扫描电镜和透射电镜等方法研究了3.5%NaCl溶液中恒载荷)应力值200， 250， 300 MPa)作用对7020铝合金板材显微组织和拉伸性能的影响。结果表明：NaCl溶液中恒载荷作用后，板材的拉伸性能下降。随着加载应力值增加，板材的抗拉强度和伸长率不断下降，而屈服强度先下降后略有所上升。恒载荷作用后，板材表面出现了腐蚀坑和沿晶腐蚀缺陷，腐蚀深度随加载应力增加呈上升趋势；拉伸时这些缺陷处易产生应力集中，增加了裂纹源数量，降低了拉伸性能。300 MPa加载时稍增加板材中的位错密度，减小了NaCl溶液中恒载荷作用后屈服强度的下降程度。 关键词 :7020铝合金，显微组织，拉伸性能，恒载荷作用 Copyright © 2017 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/
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user: 1. 引言 7000系铝合金广泛用作轨道交通和航空航天领域的结构材料。实际服役时，这些材料往往会发生局部腐蚀，如晶间腐蚀和剥落腐蚀等；局部腐蚀发生后，它们的拉伸性能、韧性及抗疲劳等性能降低 [ 1 ] - [ 6 ] ，构件的可靠性大大降低，造成巨大的安全隐患。在实际应用时，这些材料不仅会受到腐蚀介质的作用，还会同时受到外在载荷的作用。那么，研究并认识腐蚀介质中外在载荷作用后7000系铝合金材料力学性能的变化具有重要的意义，这能为构件材料的选择、可靠性评价和服役寿命预测等提供有价值的参考。 本文以7020铝合金板材为对象，通过在室温3.5%NaCl溶液中的恒载荷作用试验，研究了加载应力值对显微组织和拉伸性能的影响规律，探讨了影响机理。
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user: 2. 试验材料及方法 试验材料为7020铝合金挤压材料，厚度为3 mm，化学成分为：Al-4.46 Zn-1.23 Mg-0.12 Cu-0.31 Mn-0.24 Cr-0.11 Zr-0.21 Fe-0.10 Si (wt%)。依据国家标准GBT 15970.6-2007切取试样在室温3.5%NaCl溶液中进行恒载荷作用试验，加载应力值分别为200 MPa、250 MPa和300 MPa，试验时间为15天，每种状态三个平行试样；15天后试样均未断裂，因此将试样取下在室温测试其拉伸性能。拉伸性能测试在DDL100万能试验机上进行，拉伸速率为2 mm/min。 从试验前后的材料上切取制备金相样品，经过粗磨、细磨、抛光后在浸蚀剂(83 mlH 2 O + 1 ml HF + 16 ml HNO 3 + 3 gCrO 3 )中腐蚀显示出晶粒形貌，然后在MX3000型金相显微镜进行观察和拍照。采用ZEISS MA10型扫描电镜(SEM)来观察样品中的第二相及试样室温拉伸后的断口，并利用Oxford EDS型能谱仪对第二相进行能谱分析(EDS)。另外，还采用透射电镜(TEM)观察样品中的显微组织；切取0.2 mm的薄片，依次用水磨砂纸、金相砂纸将其磨至约80 μm厚，冲成Φ3 mm的小圆片后进行双喷减薄；电解液为30% HNO 3 + 70% CH 3 OH，使用液氮将温度控制在−20℃以下，电流50~70 mA，电压10~20 V；样品观察在FEI TECNAI G 2 20场发射电镜上进行，加速电压200 kV。
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user: 3. 实验结果 3.1. 力学性能 表1给出了试样初始态和NaCl溶液中恒载荷作用后的室温拉伸性能。试样在室温3.5%NaCl溶液加载后的抗拉强度、屈服强度和伸长率都下降，但下降率受到加载应力大小的影响。 随着加载应力值的升高，试样的抗拉强度不断下降，下降率从200 MPa时的6.3%上升至300 MPa的11.5%；但屈服强度却呈现先下降后有所上升的趋势，加载应力200 MPa和250 MPa时下降率差别不大，分别为8.5%和8.8%；伸长率呈现一直下降的趋势，下降率从200 MPa时的5.7%上升至300 MPa的26.1%。 3.2. 显微组织 3.2.1. 初始态显微组织 图1是试样初始态的金相照片。由图可知，板材纵截面上的组织不均匀，靠近中心区域晶粒组织呈现纤维状，表层附近主要是细小等轴状晶粒，但在表面一些区域衬度明显更亮；在更高倍数下观察发现这些区域是大尺寸晶粒，如图1(b)所示，该晶粒长度约为100 μm，厚度约为18 μm，远大于附近细小等轴晶粒(≈10 μm)。 图2是试样初始态的SEM照片。铝基体中分布着一些亮色的微米级第二相粒子，EDX能谱分析表明除了Al元素，这些第二相大都含Fe、Mn、Si、Zn、Mg和Cu等元素，含量为(wt%)：Fe：6.14~11.32，Mn：2.62~2.87，Si：1.47~3.94，Zn：2.09~4.56，Mg：0.81~1.43；Cu：0.07~1.25。另外，从图2可看到基体中还有许多尺寸很小的第二相粒子，据后续TEM分析可知大部分是含Mn/Cr的弥散相。 图3是试样初始状态的TEM照片及对应的选区衍射花样(SADP)图。一些晶粒内部和晶界上能看到黑色的含Mn/Cr元素的弥散相，尺寸大都在50~180 nm范围，如图3(a)，这些弥散相可钉扎晶界，抑制再结晶，有利于材料综合性能的提高。晶内被高密度的沉淀强化相所覆盖，但其尺寸不均匀，一些较大η相的尺寸可达约35 nm；小的沉淀强化相尺寸大约8 nm，图3(b)中<001> Al 选区衍射花样显示这些沉淀强化相主要为亚稳η'相。试样中晶界上η相析出状态和无沉淀析出带(PFZ)有较大的差别。一些晶界尤其 Table 1 Room temperature tensile properties of 7020 aluminum alloy samples before and after constant load in 3.5%NaCl solutio 试样状态 抗拉强度R m (MPa) 屈服强度R p0.2 (MPa) 伸长率(%) 实测值 下降率(%) 实测值 下降率(%) 实测值 下降率(%) 初始状态 384.8 ± 3.1 - 331.5 ± 1.5 - 15.7 ± 0.6 - 室温3.5%NaCl 溶液加载15天 200 MPa 360.5 ± 2.1 6.3 303.2 ± 3.2 8.5 14.8 ± 0.5 5.7 250 MPa 352.9 ± 3.9 8.3 302.2 ± 5.2 8.8 13.2 ± 0.5 15.9 300 MPa 340.6 ± 3.1 11.5 313.2 ± 3.6 5.5 11.5 ± 0.9 26.1 表1. 7020铝合金试样3.5%NaCl溶液恒载荷作用前后的室温拉伸性能 图1. 7020铝合金板材初始态金相照片 图2. 初始态试样的SEM照片及典型第二相能谱图 是亚晶界上的η相尺寸很小，PFZ较窄；而有些晶界特别是大角度晶界上的η相尺寸很大，PFZ很宽。例如，图3(a)中晶界PFZ-1的宽度约为70 nm，η相很小，尺寸约为15~45 nm，彼此间距很小；而晶界PFZ-2的宽度近200 nm，η相很大，尺寸约200 nm，并且在薄片双喷减薄过程中极易被腐蚀掉而留下亮色的孔洞。 3.2.2. 3.5%NaCl溶液中恒载荷作用后的显微组织 试样在3.5%NaCl溶液中恒载荷作用15天后，表层都能看到腐蚀坑等被腐蚀的迹象。作为代表，图4和图5给出了加载应力为300 MPa试样典型的SEM和OM照片。 由图4可知，试样表面有明显被腐蚀的迹象，但不均匀；一些区域出现许多腐蚀坑及沿晶腐蚀特征，一些区域似乎未被腐蚀。能观察到的微米级含Fe/Mn等元素第二相粒子数量减少，这可能因为这些第二相颗粒的电极电位较基体更正 [ 7 ] ，在3.5%NaCl溶液中浸泡时其周围的基体充当阳极优先被腐蚀，导致这些粒子脱落，形成点蚀坑。 图3. 初始态试样TEM照片及强化相的选区衍射花样 图4. 室温3.5%NaCl溶液300 MPa中加载15天后试样的SEM照片 从试样纵截面可看出，粗晶粒区域的一些晶粒中出现腐蚀坑，这可能是因为这些晶粒内部分布着含Fe/Mn元素的第二相粒子，导致其周围的基体被腐蚀。一些细晶粒区域也有腐蚀坑，仔细观察发现腐蚀有沿晶界扩展迹象；这应该是因为不同的晶界上的η相尺寸、间距和无沉淀析出带宽度不同(如图3(a))；宽的无沉淀析出带可加速腐蚀沿晶扩展 [ 8 ] [ 9 ] 。随着加载应力的增大，最大腐蚀深度呈增加的趋势，加载应力为200 MPa时，最大腐蚀深度为16 μm，250 MPa时约为23 μm，300 MPa时稍稍增大，约为25 μm。 此外采用TEM对室温3.5%NaCl溶液中恒载荷作用后试样进行了观察，发现200 MPa和250 MPa加载15天后的试样的组织特征与初始态的差别不大，但加载应力升高至300 MPa时一些晶粒内部可看到很多位错，典型的TEM照片如图6所示。图中黑色的第二相为含Mn/Cr元素的弥散相，能起到钉扎位错的作用，其周围能看到较多的位错线。所研究材料的屈服强度R p0.2 值大约为331 MPa，恒载荷加载应力值300 MPa大约是R p0.2 值的0.9倍，在此高应力值下加载时试样中某些取向晶粒中的临界剪切应力值有可能达到了R p0.2 值，因此出现位错的滑移。 图5. 试样在室温3.5%NaCl溶液300 MPa加载15天后表层的金相照片 图6. 试样在室温3.5%NaCl溶液300 MPa加载15天后的TEM照片
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user: 4. 分析和讨论 7000系铝合金是典型的时效强化合金，其屈服强度R p0.2 主要取决于基体中η'沉淀强化相的尺寸、分布和体积分数 [ 10 ] [ 11 ] 。TEM显微组织分析表明，7020铝合金板材试样在室温3.5% NaCl溶液不同应力值下加载15天后，基体中的η'沉淀强化相状态基本没有变化，但拉伸强度都下降，据图3和图4中的显微组织照片认为其原因主要是试样表面出现了腐蚀损伤。试样表面一些区域出现了点蚀坑和沿晶腐蚀裂纹，这相当于在表面形成大量的小缺口。因此，试样拉伸过程中在这些缺口底部易出现应力集中，而且沿晶腐蚀裂纹往往是裂纹源，拉应力促使这些微裂纹沿着晶界快速扩展。这是试样拉伸强度尤其是伸长率降低的原因之一。此外，试样表面材料被腐蚀后，产生的氢原子可沿着缺口底部处晶界扩散至基体 [ 12 ] ，这就降低晶格的结合力，在更小的拉应力作用下裂纹沿着晶界向材料内部快速扩展，这就大大地降低了材料的强度尤其是塑性。这种现象在对局部腐蚀后7055铝合金板材拉伸性能的研究中观察到 [ 4 ] [ 5 ] 。 恒载荷作用时应力值为200 MPa和250 MPa时，试样的屈服强度R p0.2 值虽然相差不大，但250 MPa加载时伸长率的下降率却大幅度上升，这说明由于腐蚀损失更严重，拉伸时塑性变形不均匀程度上升，试样中能够容纳位错量减少，加工硬化能力下降，因此抗拉强度下降率也增加。应力值增加至300 MPa，试样中局部晶粒中发生了位错的滑移，位错密度的增加能稍微增加拉伸变形时位错运动阻力，略提高屈服强度，但试样表面的腐蚀损伤程度增加，腐蚀深度进一步增加，导致伸长率下降率达到了26.1%，拉伸时变形局部化更严重，加工硬化能力更低，因此抗拉强度进一步降低。