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序論:在您撰寫定性分析研究方法時,參考他人的優秀作品可以開闊視野,小編為您整理的7篇范文,希望這些建議能夠激發您的創作熱情,引導您走向新的創作高度。
本文通過燃燒法、顯微鏡觀察法以及化學溶解法,介紹了海藻纖維的特性以及海藻纖維與其他纖維混紡比的測定方法。
關鍵詞:海藻纖維;混紡比
當前,紡織品的開發中,使用最多的紡織纖維是天然纖維、再生纖維和合成纖維。其中,合成纖維主要原料是石油,屬于不可再生資源,隨著石油資源的日趨緊張,加上生產中的高消耗、高污染等問題,合成纖維面臨很大的壓力,因此各國都在研究開發利用其他纖維來代替合成纖維的課題,而目前能夠代替合成纖維的最理想纖維是生物可降解纖維。生物可降解纖維是對環境友好的材料,它提供了人類減少環境負擔,在現代文明和自然界之間達到平衡的一種辦法,因此將成為21世紀的主要纖維之一。而海藻纖維正是一種生物可降解纖維,是人類繼種植棉花大麻、種桑養蠶等向土地要纖維和開采石油從地下找纖維之后,又多了一個新的纖維開發領域――向海洋要纖維[1-2]。
海藻纖維是用從天然海藻中提取的物質紡絲加工而成的一種纖維,是一種重要的天然功能纖維新材料,棕藻、紅藻是海藻纖維的最佳來源。這種纖維能夠被加工成任意長度和纖度的短纖或長絲,也可以與其他纖維混紡,最終可以用于制造衣服、家紡、床墊等。
海藻纖維具有許多傳統纖維沒有的新特性,如吸濕性、抗菌性、阻燃性、防輻射、保溫性等特性。
作為海藻纖維研發地(青島)的國家級專業紡織產品檢驗機構,有責任和義務為推動地方產業發展作出一份貢獻,于是我所科研團隊從專業角度,在海藻纖維制品還未大量走入市場之前,研究海藻纖維與其他纖維混紡比的測定方法,為該新型紡織材料順利進入市場,走入百姓生活奠定基礎。
1 海藻纖維的定性分析[3-5]
1.1 外觀
純海藻纖維呈白色,表面光滑、光澤柔和、手感柔軟,具有良好的懸垂性。
1.2 燃燒試驗法
1.2.1 試驗儀器及工具
天平、打火機或酒精燈、鑷子、放大鏡、培養皿、剪刀。
1.2.2 試劑
乙醇。
1.2.3 試驗方法
將約10 mg試樣扯成細束,用鑷子夾住,徐徐靠近火焰,觀察試樣對熱的反應(熔融、收縮情況)。再將試樣束移入火焰中,觀察試樣在火焰中的燃燒情況。然后離開火焰,注意觀察試樣燃燒狀態和嗅聞火焰剛熄滅時的氣味。待試樣冷卻后再觀察殘留物灰分狀態。記錄燃燒過程中詳細情況,見表1。
1.3 顯微鏡觀察法
1.3.1 試驗儀器及工具
哈式切片器、刀片、小旋鉆、鑷子、挑針、剪刀、載玻片、蓋玻片、生物顯微鏡等。
1.3.2 試劑
液體石蠟、火棉膠。
1.3.3 試驗方法
1.3.3.1 縱截面觀察
將試樣扯成細束后排齊,取適當長度的試樣均勻平鋪于載玻片上,加上少量液體石蠟(注意不要帶入氣泡),蓋上蓋玻片,放在100倍~500倍生物顯微鏡的載物臺上觀察其形態,并記錄試樣縱截面特征(見圖1)。
1.3.3.2 橫截面觀察
將用哈式切片器制備好的試樣橫截面,置于載玻片上,加上少量液體石蠟,蓋上蓋玻片(注意不要帶入氣泡),放在100倍~500倍生物顯微鏡的載物臺上觀察其形態,并記錄試樣橫截面特征(見圖2)。
1.4 化學溶解法
1.4.1 試驗儀器及工具
恒溫烘箱、電熱恒溫水浴鍋、分析天平、玻璃抽濾瓶、燒杯、試管、木夾、鑷子、玻棒、坩堝鉗等。
1.4.2 試劑
見表2。
1.4.3 試驗方法
將約100mg試樣置于試管中,注入10mL溶劑(試樣和試劑的浴比為1:100)。在常溫下,用玻棒攪動5min,觀察溶劑對試樣的溶解情況。常溫下難以溶解的試樣,需做煮沸試驗,并用玻棒攪動3min,視其溶解程度。記錄試樣在各種溶劑和條件下的溶解情況,見表2。
注:試驗應在通風櫥里進行,因為很多溶劑揮發性強,并且有毒,加熱時不得使用明火,注意防火安全,因為很多試劑是可燃的。
2 海藻纖維與其他纖維混紡的定量分析[6-9]
通過以上對海藻纖維的一系列定性分析,我們不難發現:1)采用75%硫酸溶液溶解法可確定海藻纖維與其他(如聚酯纖維、丙綸、芳綸等)在75%硫酸溶液中不溶解纖維的混紡比。2)采用30%氫氧化鈉溶液煮沸法可確定海藻纖維與其他(如棉、粘纖、萊賽爾、莫代爾等)在30%氫氧化鈉溶液中不溶解纖維的混紡比。3)利用海藻纖維在鹽酸(常溫)中不溶解的特性確定其與錦綸的混紡比。4)利用海藻纖維在二甲基甲酰胺中不溶解的特性確定其分別與腈綸、氨綸的混紡比。筆者利用以上溶解規則做了大量試驗,現將部分典型試驗結果列于表3。
3 總結分析
通過對海藻纖維的燃燒特性、顯微鏡下縱橫截面的特征以及化學溶解特性的一系列試驗發現:1)海藻纖維的燃燒特性在常見的紡織纖維中只與芳綸有些相似,但其化學溶解特性又與芳綸截然不同,其獨特的燃燒特性使其極易與其他纖維相區分。2)海藻纖維雖然從根本上講是一種化學再生纖維,但其縱橫截面與其他纖維(參見FZ/T 01057.3―2007)仍有明顯區別。3)如果說以上兩點為海藻纖維定性提供了依據,那么海藻纖維既具有植物纖維的溶解特性又具有動物纖維溶解特性的溶解特點(類似于蠶絲纖維),這種兩面性的溶解特性為其定量分析提供了依據。
參考文獻:
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[8]GB/T 2910.11―2009紡織品 定量化學分析 第11部分:纖維素纖維與聚酯纖維的混合物(硫酸法)[S].
摘要:隨著我國高等級公路的建設發展,在復雜地質環境條件下高等級公路修建帶來的邊坡穩定性問題同益突出,邊坡一旦失穩造成滑坡坍塌等事故將會造成很大的影響和危險,因此,對邊坡穩定性進行分析,顯得非常緊迫和必要。本文對條分法邊坡穩定性分析進行了概括,并對其中常用的瑞典條分法進行了分析。
1 前言
由于邊坡表面傾斜,在巖土體自重及其它外力作用下,整個巖土體都有從高處向低處滑動的趨勢。使得邊坡喪失其原有穩定性,一部分巖土體相對另一部分巖土體發生滑動從而產生滑坡(土坡、巖坡),導致滑坡產生的根本原因在于土體內部某個面上的剪應力達到了它的抗剪強度,穩定平衡遭到破壞。剪應力達到抗剪強度的起因有二個,一方面是由于剪應力增加,另一方面是由于土體本身抗剪強度減小。
2 條分法及其受力分析
2.1條分法
條分法是假定滑坡體和滑面以下土體均為不變形的剛體,滑面為連續面,滑面上各點的法向應力采用條分法獲得,分析每一土條受力,根據滑塊剛體極限平衡條件,假定整個滑面上各點的安全系數相等,確定安全系數。
圖1 條分法
2.2 條分法受力分析
條分法分析邊坡穩定性受力分析如下:
將土坡作為平面問題,對每個土條可分別列兩個正交方向的靜力平衡方程和一個力矩平衡方程,3n個方程。
表1條分法未知數統計
3 瑞典條分法
瑞典圓弧滑動面條分法,是將假定滑動面以上的土體分成n個垂直土條,對作用于各土條上的力進行力和力矩平衡分析,求出在極限平衡狀態下土體穩定的安全系數。該法由于忽略土條之間的相互作用力的影響,因此是條分法中最簡單的一種方法。
當按滑動土體這一整體力矩平衡條件計算分析時,由于滑面上各點的斜率都不相同,自重等外荷載對弧面上的法向和切向作用分力不便按整體計算,因而整個滑動弧面上反力分布不清楚;另外,對于Φ>0的粘性土坡,特別是土坡為多層土層構成時,求W的大小和重心位置就比較麻煩。故在土坡穩定分析中,為便于計算土體的重量,并使計算的抗剪強度更加精確,常將滑動土體分成若干豎直土條,求各土條對滑動圓心的抗滑力矩和滑動力矩,各取其總和,計算安全系數,這即為條分法的基本原理。該法也假定各土條為剛性不變形體,不考慮土條兩側面間的作用力。
瑞典條分法是假設滑動面為圓弧,不考慮條間力,減少2n-2個未知量。
圖2 瑞典條分法受力分析
3.1考慮成層土和坡頂有超載情況
當考慮成層土和坡頂有超載時安全系數的計算如下:
圖3 有超載時計算圖式
即:
3.2 考慮有地下水和穩定滲流時
當考慮有地下水和穩定滲流時安全系數的計算:
圖4 土坡部分浸水時計算圖式
3.3 容許安全系數
根據以上瑞典條分法得出了邊坡的安全系數后可對照規定的容許安全系數判斷該邊坡的穩定性。表2及表3分別是規范規定的碾壓式土石壩壩坡容許穩定安全系數和港口工程邊坡容許安全系數,可根據實際工程概況對應。
表2 碾壓式土石壩壩坡容許穩定安全系數
表3 港口工程邊坡容許安全系數
校核施工期穩定性,安全系數可取表中低值,但是當校核打樁前岸坡的穩定性,宜取較高值,有效剪是指慢剪或固結排水剪。
4 結語
在施工過程中必然會產生大量的邊坡,邊坡穩定性問題是大家關注的問題,一旦邊坡失穩將造成不可忽視的后果,在施工前期和施工過程中對邊坡的穩定性進行分析是一項重要的課題,本文對瑞典條分法如何分析邊坡穩定性進行了分析和總結,結果表明此方法是一種簡單有效的分析邊坡穩定性的方法。
【關鍵詞】巖土工程;邊坡穩定性;分析方法
1 引言
在各類工程項目的建設中,由于受到建筑主體結構及各種外力作用的影響,巖土邊坡的穩定性一般會發生不同程度的變化,其變化范圍必須得到合理的控制,否則將危及到建筑的整體安全性、可靠性。在巖土邊坡建設的構造物,其實體表面多處于傾斜狀態,隨著建筑物使用年限的延長,其實體結構向下滑動的趨勢將更為明顯。如果在建筑物使用過程中,某一平面的滑動力超出主體結構的承擔范圍,極有可能出現滑坡的危險,因此,在存在大量巖土邊坡的地區進行工程項目建設,必須注重對于邊坡穩定性的合理分析,分析方法的科學選擇與應用對于工程項目整體建設工作具有重要的意義。工程技術人員通過對于巖土邊坡穩定性的全面分析,有利于工程項目建設單位及時制定防治措施,有效避免出現滑坡等重大自然災害的危險。
2 巖土邊坡穩定性的主要影響因素
從專業地質學、工程學、測量學的角度進行分析,影響巖土邊坡穩定性的因素主要表現在:內部因素和外部因素兩方面,工程技術人員只有對這兩方面的因素進行綜合的考慮與分析,才能選擇科學、合理、有效的巖土邊坡穩定性分析方法。
2.1 內部因素
2.1.1 邊坡巖土體的類型和性質
通過總結國內外相關的工程經驗發現:邊坡巖土體的類型和性質的差異是影響其穩定性的重要內部因素。一般情況下,由于邊坡巖土體的類型和性質不同,其所承載的內部作用力也略有差異,邊坡的破壞形式也明顯不同。
2.1.2 邊坡的地質構造
地質構造對于巖土邊坡穩定性的影響是多方面的,其主要表現形式為:構造面的發育程度、形狀、規模、連通性、內部充填物成分及填充程度等。在同一地質構造下,巖土邊坡的穩定性也存在較大的差異,其主要是受到邊坡傾斜度的影響。
2.1.3 邊坡的總體形態
在對巖土邊坡穩定性進行分析時,其總體形態是不容忽視的內在因素之一,對于其穩定性具有直接的影響。在部分工程項目的建設中,坡頂局部或大部分裂縫的現象較為常見,其主要原因是坡頂的張力或應力過大,形成了總體不利的形態,造成施工中出現較為嚴重的質量和安全問題。
2.2 外部因素
2.2.1 氣候條件
在巖土邊坡穩定性的外部影響因素中,氣候條件的作用方式主要變現為:降水、氣溫、濕度變化等,其中降水的影響最為顯著。由于受到氣候條件的影響,巖土邊坡一般會產生相應的物理或力學反應,邊坡巖土體的內部剪應力會不同程度的增大或減少,進而影響到其整體穩定性。
2.2.2 震動作用
在各種較為常見的地質災害中,地震對于巖土邊坡穩定性的影響最為嚴重。在強大外力的作用下,巖土邊坡的下滑力會急劇加大,并且引發邊坡巖土體結構發生變化或遭受破壞,進而導致巖土邊坡表面出現新的裂痕或者原有的裂縫不斷擴大,對于構造物主體結構的安全性是極其不利的。
3 巖土邊坡穩定性的常用分析方法
在巖土工程項目的建設中,對于邊坡穩定性分析方法的研究不但是行業內面臨的重點技術課題,而且是保證構造物整體安全性、可靠性和經濟性的重要基礎。目前,國內外工程建設行業已經總結出了多種巖土邊坡穩定性的分析方法,但是尚未形成系統的研究體系,本文僅對其中幾種常見的分析方法進行簡要的概述。
3.1 界面元分析法
在巖土邊坡的穩定性分析中,界面元分析法的應用范圍較廣,而且是國內外重要研究的分析方法之一。界面元分析法基本原理是:將巖土邊坡的累積單元變形形成一個完整的界面,并且根據采集的各種地質信息和數據構建界面應力元模型,其主要適用于非均勻、不連續、各向異性問題的分析。在界面元分析法的長期研究和應用中,已經基本形成了一套系統的理論,對于復雜邊坡巖土體穩定性的分析具有積極的意義。同時,在國內外地質及工程學專家的不斷探索中,將界面元分析法與工程力學機理有機結合,逐步建立了一套可以用于評判巖體穩定薄弱部位、危險滑面、潛在滑面及最小抗滑穩定安全系數的準則。
3.2 有限元分析法
有限元分析法是最早應用于巖土邊坡穩定性分析的方法之一,也是最具代表性的數值分析方法。應用有限元分析方法,可以有效解決巖土邊坡彈塑性、彈性、粘塑性、粘彈塑性等方面的數值計算問題。有效元分析法在巖土邊坡穩定性分析中的應用,其優點主要表現為:計算公式科學、結果精確、連續性強等。與極限平衡分析法相比,有限元分析法可以通過對巖土邊坡應力及應變規律的分析,全面掌握巖土邊坡的變形與破壞機制。
3.3 地質分析法
巖土邊坡的穩定性是受內部和外部因素的共同影響,地質分析法則是從內部因素出發,通過對于巖土邊坡發育的地質環境,以及各種變形、破壞跡象的基本規律進行分析,了解影響巖土邊坡穩定性的內外部因素,并且從地質學的角度對其總體發展趨勢和有可能出現的破壞形式進行預判。
3.4 隨機分析法
隨機分析法始創于上世紀70年代,美國和加拿大的地質研究機構將概率統計理論首次應用于巖土邊坡穩定性的分析中。隨機分析法的基本原理為:由于巖土邊坡穩定性的影響因素是表現在諸多方面的,所以可以認為其具有一定的隨機性,而且多表現為具有一定概率的隨機變量(一般包括:巖土邊坡的幾何尺寸,如邊坡邊界尺寸、內部結構面等;邊坡巖體材料總體性能,如泊松比、彈性模量等;邊坡外部荷載,如重力場、地震力、滲流場等),因此,在巖土邊坡穩定性的分析中,工程技術人員可以將實際考察獲取的各種有可能影響其穩定性的因素分解為多個樣本,利用概率統計原理進行分析,在求出其概率分布和特征參數的基礎上,應用較為先進的可靠性分析方法進行求解,最終得出巖土邊坡的破壞概率。從理論上講,隨機分析法是較為合理的,但是由于受到各類外界因素的影響,隨機因素的表現形式多樣,所以如果不能對其進行系統的研究,難以確定各種影響因素的準確概率。
在巖土邊坡的穩定性分析中,由于受到工程項目建設復雜性,以及各種內外部因素的影響,對于其穩定性的分析一般要采取多種方法相結合的方式,這樣才能保證分析流程和結果的科學性與可靠性。同時,隨著現代電子計算機技術的不斷發展,在巖土邊坡的穩定性分析中也要嘗試應用電子信息及網路技術,并且在現有經驗的基礎上,逐步形成一套智能化、規范化的評價系統。
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關鍵詞:電力系統;暫態穩定;分析方法
中圖分類號:TM712 文獻標識碼:A 文章編號:1674-7712 (2014) 02-0000-01
一、引言
電力系統的穩定,對于我們如今的社會來說是非常重要的。電力系統的穩定性出現了問題,意思是指在電力系統正常運行的時候,受到外界的干擾,會出現運行數值的變化。
在電力系統的穩定性出現的問題當中,我們主要可以分為兩大類,分別是靜態穩定與暫態穩定。靜態穩定是指電力系統由于受到外界的干擾之后,不會出現周期性的變化,而自動恢復到原來的電力系統狀態。而另一種暫態穩定就是在電力系統在受到外界的干擾之后,不會恢復到原來的狀態,而以一種新的運行狀態來繼續運行。所以我們要從不同的分析方法來分析電力系統的穩定性。
二、電力系統靜態穩定分析
上面我們也說過,靜態系統穩定是指在電力系統受到外界的干擾之后,本身的運行周期不會發生變化,而在干擾之后會自行的恢復的原來的運行狀態,這樣的電力系統就是靜態穩定。靜態穩定是基本上不需要我們來進行研究的,因為這樣的電力系統,它會自動調節回來,不會對我們的生活造成太大的影響。而暫態穩定在受到外界的干擾之后,不但會出現本身運行周期的變化,在震蕩之后,并不會回到原來的運行狀態,而是以一種新的狀態來運行。接下來我們將分別分析兩中電力系統的穩定。
首先我們要講述的是靜態穩定的電力系統,這種靜態的電力系統可以由以下這樣的方法來分析,比如說全特征值分析法以及部分特征值分析法等。
首先我們可以用全特征值分析法來分析,在整個電力系統形成了雅可比矩陣A后,我們可以應用QR算法來完成整個矩陣的全部特征值,通過這樣的方法來判斷整個電力系統是不是靜態穩定,這種方法具有的特點是占用的內存太大,同時整個預算的過程又太慢了,同時要是在計算大規模的電力系統的時候,就有可能出現誤差,所以這種計算分析方法只能夠應用于一些中小規模的電力系統,對于大規模的電力系統的實用性并不大[1]。
還有一種是部分特征值計算法,對于這種分析方法來說,主要就是為了關注整個矩陣中與需要分析目標相關的那一部分特征值,對于出現了震蕩的不穩現象時,也是主要關注其中較大的特征值。采用這樣的分析方法主要是針對在整個電力系統的低頻震蕩的分析,在整個矩陣中采取其中的主導特征值,這種從矩陣的部分特征值來分析的方法中,有點是將矩陣進行降階后在進行分析,而有的分析方法卻是直接在用矩陣來進行的分析計算的。以上的都是利用矩陣的特征值來進行的分析,其實在除了利用特征值來分析電力系統的穩定外,還可以用到的另一種就是頻域分析法。
三、電力系統暫態穩定分析
這中電力系統是在受到外界的干擾之后,不會恢復的到原來狀態的一種電力穩定系統。這是在電力系統受到外界大的擾動而引發的一種電磁的暫態過程,這種過程還會牽扯出機械運動的暫態過程一種相對要復雜的一種過程。在整個過程中,由于這種過程太過復雜,所以在分析這中電力系統的穩定的時候,我們需要注意一些問題。第一是不要考慮發動機對暫態過程的影響,應該電力系統中交流系統的變化。不考慮在頻率變化時對整個電力系統中對系統的參數的影響。在這樣的情況下,對于暫態穩定我們可以用以下這兩中方法來進行分析,分別是數值解法以及直接解法這兩種。
(一)數值解法
這種方法是在了解完暫態系統的微分方程以及它的代數方程之后,來計算求解的。主要應用的是各種的數值積分法來進行的求解來進行的計算分析。在這種利用各種方程來進行的計算的基礎上,我們可以拓展出交替求解法以及聯力求解法來。
首先我們要先分析的是交替求解法,這種方法可以在積分方程與代數方程兩種方程中來選擇。數值解法還應該要考慮的是對各種方程特性的適應性。在這中數值解法中主要應用到的方程可以有以下的一些方程,比如說穩定歐拉法、高斯-塞德爾迭代法、抗矩陣迭代法等。在這么多的計算方法中[2],有一種梯形隱試積分法在計算電力暫態穩定當中具有很好的適應性。在如今的計算暫態穩定的方法中,都認為梯形積分法是最理想的一種方法了。
(二)直接解法
這種解法的中心思想是,在整個電力系統遭受到外界的干擾之后,不管是什么情況下,都會恢復到穩定的狀態。所以直接法就是在整個狀態的空間中找到一個穩定的平衡點,在以這個點為中心,將周邊的范圍作為一個穩定的區域,再使用李雅普諾夫函數來計算分析。要是出現的擾動不在穩定域內,也不可以說整個系統就是不穩定的,這也是在直接解法所占有的保守性特性。在直接的解法當中,還有一些實用的方法主要有不穩定平衡點法,勢能界面法,單機能量函數法等。這些方法都可以應用到各種復雜的電力系統中去。
在整個暫態穩定的分析方法中,除了上述的幾種方法之外,還有一種是概率分析方法,這種應用各個方面的因素來得出某些概率的方法也可以用來檢測電力系統的穩定性
四、結束語
電力系統的穩定在整個中國電網中,是占據著非常重要的作用的,它直接會影響到一個國家的發展與進步。所以本文通過分析電力系統的各種穩定性的方法,來提取出對于電力系統有幫助的穩定性分析方法,希望對于我國的電力系統有幫助。
參考文獻:
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關鍵詞:電力系統 穩定性分析 分析方法
一、引言
當今,為了更好地為國家整體經濟的發展,以及電力技術的不斷提高,新電力設備不斷的使用,電力系統越來越復雜。而復雜的電力系統是否能夠穩定運行成為電力系統至關重要的環節。只有電力系統的穩定性才能持續保證電力的供應,進而保證工業經濟和人民的日常生活。
電力系統的穩定性運行問題開始受到關注最初是在上世紀40年代,之后由于電力系統發展的重點在技術創新和互聯網等方面上,電力系統的穩定性運行一直發展相當緩慢,以至于穩定性的理論體系也遲遲未建立完全。近些年來,隨著全球電力系統出現的幾起大型的電力系統穩定性破壞引發的事故(如用電負荷超高導致系統崩潰的事故等),例如,在西方發達國家就曾出現過由于穩定問題出現的大面積停電導致重大經濟損失[1,2]。因此,當前電力系統的穩定問題越來越引起了業內人士的廣泛關注,并認為電力系統的穩定運行成為制約電力系統發展的瓶頸[3]。
目前,電力系統穩定性問題分析開始得到不斷的發展,現在按照對失穩機理的認識,電力系統的分析方法可以分為兩類即靜態和動態分析方法。為了更好地指導以后的電力系統穩定運行和及時發現問題,在此對電力系統的穩定性問題的分析方法進行分析。
二、電力系統穩定性問題及其分類
電力系統穩定是指當受到一定的擾動時(或者小擾動或者大擾動),系統的電壓能夠保持不變,即使受到影響仍然可以在限定時間內恢復到允許的范圍內,不會發生崩潰或者偏低的情況。然而,在實際總往往受到擾動后無法在短時間內恢復到允許值或者出現崩潰等極端情況,此為電力系統的穩定性問題出現問題。
如何避免電力系統不穩定首先要確定是何種擾動導致的,即分析穩定失穩的機理。由于穩定劃分的標準不同,電力系統穩定性問題的具體的分類也有差異。例如,導致失穩的擾動規模來看,分為小擾動和大擾動;根據失穩事故時間的場景來看,分為暫態穩定、中期穩定和長期穩定等問題。
三、電力系統穩定性問題的分析方法
根據前面所提到的電力系統失穩的機理,目前的電力系統的穩定性分析方法主要有兩類,即靜態電壓穩定分析方法和動態電壓穩定分析方法。
1.靜態電壓穩定分析方法
當電力系統受到的干擾較小不足以引起系統的自發振蕩等問題的時候,可以認為系統是靜態的。靜態分析方法是以潮流方程為基礎的分析方法。該分析方法比較成熟,當前應用較廣。該方法的本質是認為電壓穩定是符合潮流問題,而電壓穩定與否關鍵是找到穩定與失穩的臨界點,即通常所說的電力網絡中的潮流極限,并通過各種方法求得此點并掌握失穩與穩定臨界的極限狀態的不同特征作為失穩的崩潰點[4]。
根據這一原理,該類靜態電壓穩定分析方法又可以細分為潮流多解法、靈敏度分析方法、奇異值分析法和連續潮流方法等。
其中,靈敏度法相對來說計算過程比較簡單,結果也非常清楚,適合于單臺發動機單負荷的電力系統中應用。奇異值法則是更加關注雅克比矩陣的奇異性對穩定性的影響,該方法計算簡單,技術成熟,應用很廣。
2.動態電壓穩定分析方法
其實,電力系統不能簡單歸類為靜態狀態,實質上電力系統更多的被認為是動態系統,即通常系統受到的干擾力都是很大的,容易使原來的運行狀態發生變化。因為系統中很多因素是動態可變的,正是因為可變性導致了電壓失穩。例如發電機的參數和動態特征、無功補償設備特征等。
目前,動態電壓穩定分析的方法可以分為以下幾類:小擾動的分析法、暫態電壓穩定分析法、中期電壓穩定分析法和長期電壓穩定分析法等[5,6]。
在此介紹以下暫態電壓穩定分析方法。與靜態相比,暫態是否穩定主要考慮的是電力系統在受到較大的擾動時電力系統的主要單元(這里主要指的是發動機)能否還能保持原來狀態運行。在研究此類問題的時候,通常需要進行簡化。暫態穩定分析的方法可分為兩類:數值解法和直接解法。
四、結論
為了更好地服務經濟生產,電力系統的穩定非常重要。特別是在當前長距離、高功率輸送電力的系統中,這就需要業內人士掌握相應評定電壓穩定的技術,探索出更為準確和貼切實際的穩定性值班,這樣可以更好地服務于社會。
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關鍵詞:地震 邊坡 穩定性
中圖分類號:P642.22 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2017)04(a)-0091-02
我國是一個多山國家,山地占據我國總面積的2/3,其自然邊坡的數量也在逐漸增多,由于地震動性特征以及邊坡自身結構相對較為復雜,導致地震作用下邊坡穩定性在分析的過程中,存在著一些難點。因此,在地震作用下邊坡穩定性分析的過程中,應當利用有效的方式方法,例如:擬靜力法、限差分強折減度計算法、滑塊分析計算方式、動力有限元時程計算方式等,才能保證地震作用下邊坡穩定性分析數據的準確性,為其工程的開展提供重要的參考依據。因此,該文對地震作用下邊坡穩定性分析中的一些相關內容,進行了簡要的分析和闡述,希望對其相關行業發展,給予一定程度上的幫助。
1 地震作用下邊坡穩定性計算
在地震作用下邊坡穩定性分析的過程中,應當利用相應的計算方式,提升其數據的準確性,避免在后期使用的過程中,存在著一定程度上的偏差。
1.1 擬靜力法
擬靜力法是地震作用下邊坡穩定性分析中,常見的一種計算方式,主要是對邊坡在整個斷面采用相一致的自地震系數。同時,在計算的過程中,通過將其地震系數和土體質量相乘,從而得到地震作用下邊坡的慣力性,并且按照極限平衡理論中的內容,對抗震安全系數進行相應的計算。但是,在計算的過程中,一定要根據相應的公式展開,其公式為:,公式中的F1為地震作用下邊坡穩定性分析中,質點i的水平地震慣力性所代表的數值;ah為水平向設計地震加速所代表的數值;ε為地震作用下邊坡穩定性分析的過程中,應當減損的系數分析;GEi為地震作用下邊坡穩定性分析過程中,質點上的重力標準取值;αi為地震作用下邊坡穩定性分析過程中,質點的動態分布系數;g為地震作用下邊坡穩定性分析過程中重力加速度。
1.2 滑塊分析計算方式
在地震作用下邊坡穩定性分析的過程中,應當將地震邊坡的動力性能作為計算的主要依據,并且在計算的過程中主要是取決于地震后邊坡體所產生的形狀以及大小等方面的特點,這樣可以在一定程度上保證地震作用下邊坡穩定性計算數值的準確性。但是,在計算的過程中,一定要根據相應的計算流程,其流程如下。
(1)在地震作用下邊坡穩定性分析計算的過程中,應當從潛在內塊的加速速度角度,展開該方式的計算工作。
(2)在計算的過程中,滑塊的移位是影響計算準確性的重點。因此,在該項方式計算的過程中,應當將滑動體作為計算的數據,根據滑塊移動的位置點展開相應的計算分析,以此保證地震作用下邊坡穩定性分析數據的準確性。
1.3 動力有限元時程計算方式
該方式在地震作用下邊坡穩定性分析中,是非常重要的一項計算方式,主要是利用動力有限元分析獲得邊坡各個分布的預應力,并且根據各個邊坡應力數值,通過利用極限平衡理論對地震作用下邊坡穩定性,展開了相應的計算,保證數據的準確性。同時,在地震作用下邊坡穩定性分析計算的過程中,應當將高斯積分點的應力作為重要的計算數據,并且要在極限平衡理論的基礎之上,針對不同的滑動面進行計算。另外,在計算的過程中,可以通過利用莫爾圓計算出地震作用下邊坡的壓力,以及下滑應力。但是,在計算的過程中,應當根據相應的計算公式,展開其計算,其公式為:,其中,Fri為地震作用下邊坡的抗滑力;Fmi為下滑力。
1.4 限差分強折減度計算法
近幾年,在地震作用下邊坡穩定性分析的過程中,無法對直觀的數據進行展現,需要進行反復地計算以及編程工作。但是,在該項方式計算的過程中,應當根據邊坡材料強度中所對應的參擔進行相應的折減。在折減的過程中,每折減一次,就會得到一組邊坡材料的參數,一直達到地震作用下邊坡的穩定性失衡判斷中,所要求的強度折減數據,并利用相應的公式展開計算,以此在最大程度上保證安全穩定數據的準確性,其公式為:或者。其中,分別為地震作用下邊坡折減前的粘聚力、內摩擦角度;F為地震作用下邊坡中的折減系數;分別為折減后的粘聚力、內摩擦角度。
2 基于動力有限元邊坡穩定分析計算
本段內容在動力有限元邊坡穩定的基礎之上,對地震作用下邊坡穩定性進行了簡要分析。
2.1 動力有限元是邊坡穩定分析的方式以及應用
在有限元邊坡穩定的基礎之上,對于平面的問題,應當對土體中的抗剪強度進行分析,在莫爾-庫倫強度準則,通過利用曲線的形式,對土體的抗剪強度進行表面,其任意一點為:。其中,σn為地震作用下邊坡穩定性中的向應力;c和分別為地震作用下邊坡的粘聚力以及內摩擦角。同時,在基于有限元邊坡穩定性分析的過程中,應當在所計算的范圍內制定一條邊坡穩定性變化的曲線,通過這條曲線對邊坡抗滑穩定系數進行一定程度上的判斷。
【關鍵詞】邊坡工程;研究現狀;穩定性;動力;邊坡
1 引言
目前滑坡動力穩定性分析常用的方法有擬靜力法、滑塊分析方法和數值模擬法,國內外對這三種方法做了大量的的研究。本文針對邊坡動力穩定性分析方法的研究概況,從擬靜力法、滑塊分析方法以及數值模擬方法三方面進行介紹。
2 擬靜力法
擬靜力法將爆破荷載通過地震系數簡化直接作用與滑體,進而得到滑坡的穩定性系數,與靜力法無異,不能說明邊坡的動荷載效應,但在動力學分析初始階段,擬靜力法應用較多。如Ling等[1]采用擬靜力法研究了水平和垂直加速度共同作用下邊坡的穩定性和位移,發現若水平加速度很大時垂直加速度對穩定性和位移有重大影響;P.K.Singh[2]通過對采集信號進行FFT變換、小波分析等多種信號處理手段從空間和時間兩個方面來探討地震波的能量分布變化規律,及在同一時刻的能量和頻率的關系,改變了以往僅考慮單因素如爆破振動速度所帶來的不足,為充分考慮對邊坡穩定性影響的多種因素打下了基礎;Said[3]結合極限設計理論的運動學方法和擬靜力法,推導了以平移失穩上限系數的公式,該公式可以考慮坡角、材料強度和地震系數的影響,并以穩定性系數圖表的形式給出了不同破裂面摩擦角的穩定性系數上限曲線;同時Seed總結了常用的三種確定地震系數的方法:1)經驗值法;2)剛體反應分析法;3)采用粘彈性反應分析法。在國內,一些學者經過對動荷載作用過程和動荷載處理同時也取得了一定的成果,其中徐紅濤等基于爆破振動峰值速度衰減規律和爆破振動速度或加速度時程曲線,計算出特定時刻作用在各條塊上的爆破振動慣性力,并施加到各個條塊上采用剛體極限平衡分析方法中的Sarma方法得到了穩定性時程曲線。盧文波等提出了一種計算高邊坡爆破震動動力穩定影響的聯合方法,該法利用時程法和擬靜力法的特點,綜合考慮了爆破地震波傳播過程中的衰減頻譜、結構特性及相位差等因素對邊坡穩定性的影響;劉建軍等針對以地震波作用中最后時刻或加速度值最大時刻的安全系數作為評價標準的問題,通過強度折減法,借助數值計算獲得了地震載荷作用下安全系數時程曲線。
3 滑塊位移法
滑塊分析方法來源于Newmark研究堤壩穩定性時提出的有限動位移法,Newmark認為堤壩的穩定性與否取決于振動時引起的變形,而不是最小穩定性系數,后Kramer對Newmark滑塊位移進行了修正,同時考慮了永久位移和巖土體結構面的動力響應,發展了Newmark滑塊位移法;M K Yegian較早地將概率的方法引入壩坡的動力分析,提出了用概率的方法分析壩坡的風險性和估算邊坡在地震作用下的永久位移;同時Ling H I將此方法應用于多項工程,取得了一定的成效。國內王思敬將此思想應用于邊坡動穩定性分析,提出了滑塊分析法,此法在工程中得到了廣泛的應用,具有較高的工程價值;李等基于摩擦滑移結構的抗震機制,在動力響應分析中考慮塑性滑動位移與加速度的響應之間的關聯性,利用Newmark滑塊位移法得到每個時刻滑動位移增量以及累積滑動位移。
4 數值模擬方法
對邊坡的動穩定性分析常用的數值模擬法有有限元法、離散元法和快速拉格朗日法。如Ganesh W.Rathod對Chenab河鐵路大橋修建過程中出現的高359m的巖質邊坡進行了動靜態的離散元分析,較好的反應了巖質邊坡的動態特性;Seed等在1971年San Fernando大巴失穩分析時,根據線性和等效線性化的分析結果提出了應變趨勢法;Finn等發展了二維非線性非彈性的動力有限元程序―TARA,并用其急速那壩坡的永久位移,開創了用非線性非彈性動力有限元計算邊坡永久位移的先河;何理等采用動力有限元軟件對大冶鐵礦區巖質邊坡危險滑動面節點動應力進行計算,并與相應節點的靜應力疊加,通過穩定性系數公式計算出邊坡滑體各時刻的穩定系數,得出邊坡動力穩定性時程曲線;張建海等提出采用彈簧元計算邊坡、壩基、壩肩等結構物在地震作用下的動安全系數,該方法給出的安全系數是隨地震動作用而發生波動,從而更深刻地反映了動力現象本質。薄景山等將土邊坡動應力作用下的應力狀態簡化為自重應力和附加應力的疊加,采用時域集中質量的顯式波動有限元,結合多次透射公式,來分析地震過程的動位移場、動應力場及穩定性系數的波動方程。隨著計算機的不斷發展,此法還有待深入的研究。
5 結論
(1)穩定性分析方法目前有擬靜力法、滑塊位移法和數值分析法,這三種方法各有優缺點,對于實際工程,此三種方法處擬靜力法在規范中有提出外其他兩種方法都沒有工程實踐中進行應用,因此缺乏實際工程數據及相關經驗,因此,應根據現實工程條件對此三種方法實時選用,并做比較,從工程實踐中對這三種方法進行優化。
(2)目前的地震波衰減公式是經驗型、半經驗型的,由于地質條件得復雜性,難以從理論上完全推倒合適的衰減公式,對于地震波衰減公式得應用,應與爆破振動現場檢測密切切合,做到與實際相符。
(3)爆破振動動力響應機制研究極不成熟,目前只局限于數值分析,數值分析的數據來源以及工程地質因素分析不完全,造成模擬結果與工程實際相差較大,因此在數值模擬分析時應同時考慮邊坡多種因素。
(4)目前的滑坡動穩定性檢測數據只局限于局部地震檢測或小范圍爆破試驗檢測,無區域性的振動檢測數據,因此對區域性的工程建設檢測數據缺乏指導意義,因此大范圍區域性地震檢測數據的獲取顯得尤為重要。
參考文獻:
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