固体力学研究方向范文篇1

【摘要】随着岩体工程特别是地下岩体工程规模、数量的不断增大增多,人类对岩体工程的认识从岩体支撑概念发展到岩体加固概念。岩体加固方法多种多样,不同类型的加固方法,有不同的作用。

【关键词】岩体加固技术发展岩体加固理论岩体加固技术研究方向

1目前岩体加固技术发展综述。

由于经受过复杂的地质构造运动，岩体内普遍存在着未受工程扰动的天然应力场,又称作初始应力场,它是引起采矿、水利水电、铁道、军事和其它各种地下或露天岩土开挖工程变形和破坏根本作用力。在一般情况下，岩体处于自我平衡状态，当受到工程扰动如开挖、爆破等影响时,岩体的初始应力平衡状态将被破坏，并产生局部应力集中，引起岩体的变形和位移,通常会造成岩体工程如洞室、边坡等的失稳破坏，其后果可能给工程造成巨大的经济损失。因此，开展岩体加固技术研究具有十分重要的工程意义。

所谓的岩体加固概念，就是不等岩体破坏就主动地对岩体采取措施，进行加固，不让它发生危及工程安全的失稳破坏。岩体加固方法多种多样,如喷混凝土、普通锚杆、系统锚杆、预应力锚索、锚硐、锚桩等,不同类型的加固方法,有不同的作用。喷锚支护技术和预应力锚索技术便是采用岩体加固概念发展起来的岩体加固新技术。喷混凝土和挂网喷混凝土能保护岩体表面,尤其能有效保护较弱岩土的开挖表面,防止岩体表面的剥蚀及细小块体的塌落;普通锚杆和系统锚杆能有效加固表层岩体。

1.1喷锚支护技术

锚杆由于其节约投资、施工方便、安全可靠等优点，正越来越多地应用于边坡和深基坑的加固工程中。针对锚杆加固的岩体边坡在坡坏面上具有粘聚力的情况，基于塑性极限平衡理论，在提出新的能量安全系数并分析其合理取值的基础上，把锚杆对边坡的加固约束转化为对岩体内力消散功率的补充，进而探讨了锚杆加固岩体边坡能量安全系数设计的新方法。该方法概念明确，计算简单，便于工程设计应用。

对锚杆加固面滑动岩体边坡工程，可以把锚杆对岩体边坡的加固约束转化为对土体内力消散功率的补充，来等效岩体c值的增加引起的内力消散功率的增量部分，只要将能量安全系数取适当的值，则可说锚杆加固的岩体边坡是稳定的。在实际观测中，顺层滑动的滑体一般都不是整个楔体。这说明当滑面上楔体滑动时，靠近滑体的后部会产生张应力，使滑体后缘产生许多张裂缝。

岩体经系统锚杆加固后，其力学性质得到改善，弹性模量增加，泊松比减小。锚固后，对试块竖直方向的变形影响不大，但是约束了岩体水平方向的变形，从而提高了岩体的抗剪强度.随着锚杆布设密度增大，锚固岩体的等效弹性模量基本呈线性增加，但是,锚固效果与岩体本身的强度有关，强度较低的岩体锚固效果要比强度较高的岩体锚固效果明显。

1.2预应力锚索技术：

在岩土高边坡方面,特别是对陡高边坡的整治和加固处理,采用锚索十分有利。预应力锚索成为岩体加固的一种有效的加固方法,得到了较为广泛的应用。

预应力锚索的研究与应用已取得了较大进展。预应力锚索种类逐渐增多,但是各种预应力锚索对岩体的作用机理尚缺乏深入研究。预应力锚索的作用机理,目前实际是根据锚索的不同施工工艺和锚索组成等来研究锚索与岩体的力学相互作用规律，例如,根据锚索的粘结状态,可分为自由式和粘结式两种。自由式无粘结预应力锚索和粘结式有粘结预应力锚索的作用机理不同。无粘结预应力锚索主要是通过预应力锚索的两端对岩体施加预加应力。而有粘结预应力锚索则是通过锚索与岩体的粘结力来传递预应力的。

又如预应力锚索的作用机理的一个重要因素―――预应力损失问题,它直接影响预应力锚索的效果,这是大家普遍关心的问题,而影响预应力损失的因素很多,主要是岩体的蠕变和锚索的蠕变。锚索的蠕变又与锚索材料的性能、锚具性能、内锚固段长度和形式、固结材料性能、荷载等级、施工操作方法等有关,而岩体的蠕变则是一个十分复杂的问题,岩体的蠕变包括岩石和结构面的蠕变,并与岩体的受荷状态十分密切。这种受荷状态是指岩体处于受拉或受压应力状态,不同的受荷状态下的岩体,其岩石和结构面的蠕变不同。

2针对性岩体加固理论

a常规岩体加固

目前，国内外普遍使用的岩体加固钻孔方位和角度，主要有以下2种：

2.1防渗帷幕钻孑L。主要用“对分法”，按孑L口等距离布置钻孔，钻孔方向垂直。(2)坝基固结灌浆钻孔。主要为垂直方向，隧洞固结灌浆钻孑L主要与基岩开挖面垂直。

b针对性岩体加固

针对性岩体加固主要原则就是要在被加固岩体内，确定能穿过最多缺陷面(带)的加固钻孔方位和倾角。针对性岩体加固的目的就是使钻孔穿过更多的缺陷面，在节约投资的同时，取得更好的加固效果

3对岩体加固技术研究方向的展望

岩体加固技术研究今后会朝以下几个方面努力。

a岩体加固计算的合理力学模型研究

大量的工程实践已经证明预应力锚索对控制洞室围岩的变形破坏具有很强的作用，而数值计算结果一般却反映不出锚索应有的作用。究其原因,不是数值计算结果不正确，而是现阶段数值计算中所采用的岩体加固计算模型不能真实反映出锚索与围岩的相互作用关系。因此，开展岩体加固计算的合理力学模型研究具有十分重要的工程意义和理论价值。

b岩体深层注浆技术研究

c新型锚固与注浆材料的研究

目前的锚杆、锚索材料多是用钢材制作的,既笨重，又存在长期腐蚀性问题;现有的注浆材料多是用纯水泥浆或水泥砂浆，收缩性大,流动性也较差。因而要提高岩体加固质量就需要研究性能更好、重量更轻、强度更高的锚索、锚杆材料和流动性更好、粘结强度更高的注浆材料。

d岩体受力变形监测技术研究

岩体介质的复杂性决定了要掌握岩体工程的实际受力变形状态,最好的办法就是直接量测，直接测出岩体内和洞壁上的受力变形状态。这种办法不仅直接、可靠，而且它不需要了解岩体的结构构造，因为在测试结果中已自然地包含了岩体结构构造的影响。现在的问题是我们如何利用高科技手段使现场测试技术实现自动化、智能化、可视化，甚至坐在办公室内就可随时监测岩体工程重点部位的受力变形状态。因此，利用高科技手段实现监测技术的现代化、智能化来解决岩体工程的受力变形状态问题，从加固领域最有前途、最值得重视的研究方向。而为岩体加固设计提供及时可靠的数据，应是岩体加固领域最有前途、最值得重视的研究方向。

参考文献

[1]吴德海，曾祥勇，邓安福，唐树名单锚锚杆加固碎裂结构岩体模型试验研究地下空间第23卷第2期2003年6月

[2]顾金才陈安敏岩体加固技术研究之展望隧道建设第24卷第1期2004年2月

[3]邓华锋李建林王乐华系统锚杆对边坡岩体加固效果的数值模型试验研究JournalofEngineeringGeology工程地质学报1004-9665/2006/14(05)20644205

固体力学研究方向范文篇2

关键词：凝聚态物理；研究方向；成就

中图分类号：O469文献标识码：A

一、凝聚态物理的重要性

凝聚态物理主要从两个方面体现其重要性：一方面体现为与相邻学科（如粒子物理学）之间在概念、方法、技术等方面的渗透，促进材料科学、能源科学、环境科学等交叉学科的发展，并日益显现出其强大的发展潜力。另一方面为研发和制备新型材料提供了强有力的理论数据和实验支持，同时也为开发和拓展新领域提供了极具实用性的科学理论依据。

二、凝聚态物理的主要研究方向

随着交叉学科的发展和技术需求的提高，凝聚物理的研究范围更加广阔，技术要求更加精密。凝聚态物理的主要研究方向有以下几种。

1.软物质物理学

软物质概念于1991年提出，也称为复杂液体。软物质一般是由大分子或基团组成的，介于固体和液体之间的物相。一些常的物质，如液晶、胶体、膜，生命体系物质诸如蛋白质、DNA、细胞等，都属于软物质。和由内能驱动的硬物质不同，软物质的组织结构变化主要由熵驱动，变化过程中内能的变化很微小。

2.宏观量子态

宏观量子态是指用量子力学来描述宏观体系的状态，如超导中的电子库珀对。宏观量子态具有典型的量子力学性质，当前宏观量子态领域研究的重点为耗散现象和退相干现象。

3.介观物理与纳米结构

介观是指介于宏观和微观之间的体系。介观物理学所研究的物质大小与纳米科技的研究尺度有很大重合，所以这一研究方向也常称之为“介观物质和纳米科技”。

4.固体电子论中的关联区

凝聚态物理的前身――固体物理学研究的核心问题，就是固体中的电子行为。固体中的电子行为可根据电子间相互作用的大小分为三个区域，分别是强关联区、中等关联区和弱关联区。现今研究固体电子论的大部分学者研究方向都是强关联系统。

三、凝聚态物理的主要研究现象及其理论依据

目前凝聚态物理的主要研究现象有超导、光谱、弱相互作用、磁性研究（微磁学、铁磁学、相图、磁阻、巨磁阻抗效应等）、多向异性、子晶格、态密度、能隙、强关联、激发态、量子通信、冷原子、霍尔效应等。

凝聚态物理所用的理论依据主要源于相变与临界现象的理论，成熟完备的量子力学则是其坚定可靠的理论基石，在这两种理论之下，凝聚态物理根植于相互作用的多粒子理论。凝聚态物理的前身――固体物理学中的一个重要理论依据是能带理论。目前来说一些常用的理论方法有很多，比如蒙特・卡洛方法、波尔茨曼模型、分子动力学模拟、伊辛模型、有效场、平均场，等等。

四、目前凝聚态物理研究取得的一些成就

太阳能电池和纳米器件是凝聚态物理研究在器件方面取得的较为突出的两类成就。而在材料方面，凝聚态物理的研究成果则更为明显，比如超导体、拓扑绝缘材料、纳米材料、电子陶瓷材料、复合热电材料、自旋液体、薄膜材料、碳材料（碳化C薄膜，石墨烯，石墨炔等），等等。还有很多根据凝聚态物理的特性制备出来的极具效用的成果，比如利用粒子的隧道效应制备的隧道结夹层结构，利用量子点制备单电子晶体管和微腔激光器，利用磁铁和非磁金属制备磁量子阱，等等。当然，凝聚态物理方面取得的成就远不止这些，还有很多相当具有发展潜力的成就和研究成果值得我们去深入研究和发掘。

基础科学一直以来是科学技术发展的基础和推手。凝聚态物理作为一门基础学科，诠释客观物质世界存在的现象和规律，也为人们预测和创造新的事物提供理论依据和操作指导。

参考文献：

固体力学研究方向范文篇3

【摘要】椎弓根是椎体的最坚强部分，但由于上胸椎椎弓根狭细，在采用椎弓根螺钉内固定时有伤及邻近重要结构的风险[1]，故上胸椎应用椎弓根螺钉固定术受到了限制。2003年Husded等[2]提出了经肋单元（即椎弓根―肋头关节―椎体）途径置钉的新方法，并在临床上取得了成功，为上胸椎后路螺钉内固定术提供了新思路。

【关键词】胸椎椎弓根螺钉

1胸椎椎弓根的应用解剖

1.1胸椎椎弓根螺钉的进钉点

胸椎手术成功的关键在于找好准确的进钉点，熊传芝等[3]指出,椎弓根较大的变异性是不良置钉率居高不下最重要的原因之一。吴超等[4]认为椎板外缘及上缘对椎弓根的定位有重要的解剖学价值。史亚民等[5]测得螺钉进钉点T9与T12位于横突根部中点,T10位于横突根部上缘,T11位于横突根部中上1/3点。殷渠东等[6]发现下胸椎进钉点的水平线应在横突上部、而腰椎在横突中上部。

1.2胸椎椎弓根螺钉的进钉方向、椎弓根螺钉长度、直径和生物力学的关系

螺钉的置入方向对其固定强度存在一定影响。Louis[10]认为在上胸椎有15-20°的内斜角,中下段胸椎螺钉直向前。根据Ebraheim[11]的数据,T1-2为30-40°,T3-11为20-25°,T12为10°左右。研究表明,在5-30°的范围内,随着内聚角的增加,椎弓根螺钉的把持力也增大。等研究表明，与短螺钉相比，长螺钉在体内承受的弯曲力矩增加16%，同时平行植入与7°成角植入其弯曲刚度两者相差25%，螺钉植入的倾斜更符合力学原则。螺钉的长度与把持力有很大关系，有人主张螺钉长度尽可能达到椎体前缘皮质。

1.3孔道准备及孔道失败后的救措施

钉道准备：螺道过深过大，均能减小骨质对螺钉的“握力”。对于安装螺钉前孔道是否需要攻丝缺乏研究，Zindrick同时发现攻丝对拔出力量无影响。运用打入螺钉和拧入螺钉比较，发现无显著差别。对于固定失效后的孔道准备，Pfeifer在研究修复材料时采用碎骨片、火柴棒骨质、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)分别填充失效的椎弓根孔道后再用螺钉固定，比较后发现拔出力依次可获得失效前的70%、56%和149%，所以对于失效的孔道再次固定可以采用PMMA。所以对于失效的孔道再次固定可以采用PMMA等有效的修复材料填充后再次固定。

1.4螺钉螺纹对生物力学的影响

内锥螺纹钉与外锥螺纹钉的设计有许多相似之处,均克服了松质骨螺钉中应力集中点,使断钉的发生率明显降低。本实验中在克服拔钉的过程中,外锥螺纹钉优于内锥螺纹钉。有报道70%为最佳的螺钉与椎弓根面积比,并且当面积比大于90%时拔出力增加不明显,却易发生爆裂骨折。

1.5螺钉的几何形态、螺钉的材料

kwok等对相似大小的圆锥体形螺钉和圆柱形螺钉进行对比研究，发现二者的拔出强度无明显差别，圆锥形螺钉能明显增加螺钉的置入扭矩，但圆柱形螺钉的置入扭矩与拔出强度无明显相关性。结果表明钛合金比不锈钢螺钉具有较高的扭矩和扭转刚度；螺钉拔出和松动是横向负荷和轴向拔出力综合作用的结果。

1.6胸椎椎弓根螺钉技术存在的不足

在胸椎可采用“椎弓根―肋骨”单元（Pedicle-ribunit,以下简称PRU）螺钉的固定方法，较置入椎弓根螺钉安全。Misenhimer等的研究结果也表明,椎弓根钉占据椎弓根横径的80%就会发生椎弓根膨胀、变形或骨折。因此,在横径

2胸椎肋横突结合区螺钉的进钉点及进钉方向

国外学者对肋横突结合区进钉方法进行了研究。他们设计的方法进钉点均在横突末端或者肋横关节上，螺钉末端外偏角度较大，这就使术者在术中操作器械很困难，术者不论是采取钢板连接还是采取固定棒连接，都不能保证螺钉和固定棒或固定钢板之间的良好接触，这样就会增加螺钉折断的机会。孙建民等以尾倾0-10°进钉，置入24枚PRU螺钉全部成功。椎弓根外置钉技术采用的螺钉直径大小取决于椎弓根的高度和PRU的宽度。

3肋横突结合区进钉的不足

肋椎关节为球窝关节,有一定的活动性,临床上有肋椎关节退变造成胸背痛的报道,经肋椎关节固定是否也会造成上述症状,仍需观察。相信在不远的将来，随着对胸椎椎弓根-肋单元横突结合区置钉技术的安全性评价及生物力学研究的进一步深入，在工程师、解剖学家和临床医师的共同努力下，胸椎椎弓根-肋单元横突结合区置钉技术会成为越来越成熟且有效的手术方法，会有越来越多的患者从中受益。

参考文献

[1]DvorakM,MacdonaldS,GurrK,etal.Ananatomic,radiographic,andbiomechanicalasse-ssmentofextrapedicularscrewfixationinthethoracicspine[J].Spine,1993,18:1689-1694