静水压力论文

谁能无压力 探索 两万里海底还能自在遨游？ 答案是浙大的机器鱼！它成功潜入海底 10900 米，受住了海底高压 —— 这高压对于它就像人的指尖站了一头大象。 它小到不可思议 —— 身长 22 厘米，展翅 28 厘米！ 如今在浅海畅游两万里轻而易举，但在两万里的深海畅游两万里比登天还难。马里亚纳海沟是迄今为止已经探明的整个地球的最深处，最深点超过 1 万 1 千米。 一万米海底的压力有多大？ 浙江大学航空航天学院交叉力学中心教授李铁风表示：“在 10900 米的海底，静水压高约 110 兆帕，相当于 1100 个大气压。用一个不太恰当的比方，相当于一吨重的小 汽车 全压在指尖上。” 为了让人造机器执行水下探测与考察任务的潜水器能够深入海底，以往的设计策略一直是 “硬碰硬”—— 选用高强度的耐压金属外壳（如钛合金）或压力补偿系统作 “金盔铁甲”，来克服深海的极高静水压。 3 月 4 日，Nature 封面论文中的成果彻底颠覆了传统 —— 研究团队将整体研发策略与思路转换为 “以柔克刚”，即从深海生物身上汲取灵感，率先提出机电系统软 - 硬共融的压力适应原理，成功研制了无需耐压外壳的仿生软体智能机器人，首次实现了在万米深海自带能源软体人工肌肉驱控和软体机器人深海自主游动。 这种环境自适应的仿生软体机器人和智能系统，将为深海 探索 科考、环境监测与资源勘探提供解决方案，为复杂环境与任务下机器人及智能系统设计提供新思路。 这就是由85后教授李铁风团队联合之江实验室与合作单位开展的跨学科交叉研究，该论文标题为《马里亚纳海沟中的自动软体机器人》（Self-powered soft robot in the Mariana Trench），论文共同第一作者为之江实验室研究人员李国瑞，浙江大学博士研究生陈祥平、周方浩；通讯作者为李铁风。 在马里亚纳海沟 6000 米到 11000 米之间的深度区域，仍有数百种物种生存，狮子鱼就是其中的一种。 项目合作方中科院深海研究所在马里亚纳海沟捕获了深海狮子鱼样本，经过结构分析，他们发现这种鱼之所以能在高压力环境下自由生存与活动的关键，就在于其骨骼呈细碎状分布在凝胶状柔软的身体中。 李铁风告诉 DeepTech：“我们发现深海狮子鱼身上硬质的骨头是分散在它软凝胶状的身体当中，便猜想正是这一结构特征，帮助它抵御深海静水高压以及实现柔软灵活的海底遨游。因此有了‘机电系统软 - 硬共融的压力适应’原理或者说系统，这是我们第一个比较重要的创新。” 受此启发，该团队研制出仿生软体智能机器鱼，长 22cm，翼展宽度 28cm，并且巧妙地利用围绕在人工肌肉外的海水作为离子导电负极，由机器鱼自带能源在人工肌肉内外侧厚度方向产生电势差，让高分子薄膜发生舒张与收缩形变，这样一来 “翅膀” 就能上下拍动，推动机器鱼水中前行。 通过设计调节器件和软体的材料与结构，将控制电路、电池等硬质器件融入集成在凝胶状的软体机身中，来优化在高压环境下机器人体内的应力状态，从而使整个系统无需外壳保护即可适应高静水压力。 对 “机电系统软 - 硬共融的压力适应” 原理，李铁风向 DeepTech 做了更为详细的说明：“所谓‘机电系统软 - 硬共融的压力适应’原理，其实不难理解，我们仿照深海狮子鱼身体结构原理，把电池、电子器件电池这一类又硬又脆的电子元器件分散后，融在软凝胶状的合成材料里边。软凝胶材料和分散的结构设计，可以帮助调整这些小器件上受到的力（在力学上这种力被称为应力），将器件跟软凝胶材料的融合在一起，可以提高机器人对深海静水高压承受力。” 然而，对于在深海执行探测等复杂任务的人造机器而言，拥有能够承受住深海极高的静水压的结构仅是研发征途中成功迈出的第一步，还需要克服高分子材料在高压和低温时电驱动能力衰减的问题。 针对低温时电驱动能力衰减的问题，该团队与浙江大学化学工程与生物工程学院罗英武教授课题组合作研制了能适应深海低温、高压等极端环境的电驱动人工肌肉，这款电驱动人工肌肉也是团队研究工作的另一个重要突破，它在高压低温环境下依然能保持良好电驱动性能，即便是在马里亚纳海沟的低温（0~4 ）、高压环境（110 MPa）下依旧能正常工作。 李铁风向 DeepTech 讲解了 “人工肌肉” 的驱动原理和优势，他说：“我们用海水来做人工肌肉的电极有一个非常大的好处，因为机器鱼周围都是海水，大家都知道海水具有有弱导电性，这个特点正好跟我们原本对‘人工肌肉’的设计原理。” 他补充称：“想要实现‘人工肌肉’驱动，需要两端的电极，一个正电极一个负电极。有弱导电性的海水正好可以做‘人工肌肉’的负电极，我们只需要在‘人工肌肉’内安装正电极材料即可。‘人工肌肉’对电子的非常苛刻 —— 电子必须十分柔软，不能影响这个‘肌肉’本身。有了海水做负电极，我们只需在‘人工肌肉’内加一块正电极即可。而且海水的柔软性、贴合性都非常好。这样既保证了‘人工肌肉’能够工作，同时保证了电极器件的柔软性。” 2019 年 12 月，仿生软体机器鱼首次成功在马里亚纳海沟坐底，机器鱼随深海着陆器下潜到约 10900 米的海底后，在 2500 毫安锂电池的驱动下，按照预定指令拍动翅膀，扑翼运动长达 45 分钟，成功实现了电驱动软体机器鱼的深海驱动。 李铁风表示：“这项发明能够大幅降低海洋 探索 的成本，同时也可以使常用的海洋 探索 装备更加智能化。依照‘机电系统软 - 硬共融的压力适应’原理，一些高性能的智能化的芯片、器件，在不需要坚硬外壳的保护下都能下到深海里。换句话说，这一技术提升了深海探测器或者作业装备的智能化水平。” 本次成果还能给智能系统设计提供新思路。李铁风举例称：“把机器鱼的研究思路和原理，应用到其他软机器人，甚至医疗康复中的人体器件以及生物医学方面。在康复医疗方面，比如说人体穿戴设备，它的材料和电子器件太硬，在人类活动或受到外界冲击时，设备容易损坏或失灵。这时就可以用贴合性比较好的人工肌肉原材料来作为设备原材料，把硬的器件放在凝胶状的材料中，通过这种融合的办法，让穿戴设备有更好的适应性。” 此外，他还补充称：“在生物或医学方面的应用，就是把较硬的电子元器件（比如芯片），或者金属、陶瓷的这种材料，哪怕我们把它们做的很小，它们生物亲和性还是比较差的。如果我们把这些器件溶在一个软胶质地的材料中，可极大地提升设备的亲和性，更好地实现器材跟人体的交互作用。这是我们对机器鱼制作原理未来的应用场景设想，这也是我们正在努力研发的方向。” 回顾这项交叉学科研究，李铁风感慨称：“机器鱼研发就一个非常典型的多学科交叉的代表，除了上面列出来的研发团队，我们团队还有研究鱼类的专家的参与。正是通过这次合作，我更深刻地认识到跨学科的交叉研究的重要性，它就好像科研创新的加速器，不同领域研究员在概念、原理和思想上的碰撞，科研激发学科交叉地前瞻性研究。” 概括来讲，仿生软体智能机器鱼由深海生物启发，把 “生命之秘” 化作 “机器之力”，研发能自适应复杂环境的智能机器，则既可助力深海 探索 ，又能发展新型机器人与智能装备。这种环境自适应的仿生软体机器人和智能系统，将为深海 探索 科考、环境监测与资源勘探提供解决方案，为复杂环境与任务下机器人及智能系统设计提供新思路。

谈谈水文地质在工程地质的重要性论文

在日常学习和工作中，大家都写过论文吧，论文是描述学术研究成果进行学术交流的一种工具。相信很多朋友都对写论文感到非常苦恼吧，下面是我为大家整理的谈谈水文地质在工程地质的重要性论文，希望对大家有所帮助。

摘要：

对于工程地质勘查工作来说，其涉及到的内容较多，而其中的水文地质对工程地质的勘察质量具有直接的影响。为了更好的提高工程勘查质量，需要对水文地质进行科学的勘察，然后根据水文地质特点选择合适的预防和处理措施，这样才能够有效消除地下水对工程质量的影响。

关键词：

水文地质；工程地质勘查；地下水

1、前言

我国的地域较为辽阔，各地的水文地质条件差别较大，在进行工程勘查的过程中，由于对水文地质问题的研究深度不足，加上设计过程中的水文地质问题经常被忽略，导致经常出现一些地下水变动造成工程事故的现象，这为我国的工程地质勘查工作带来了较大的影响。为了能够更好的提高工程勘查质量，本文作者对工程勘查中的水文地质问题进行了简单的分析，并提出了几点预防和改善建议。

2、工程地质简介

对于工程地质，其指的是通过调查以及研究来对人们生活中所遇到的地质问题进行解决，在该学科中，主要是通过对工程场地的地质条件进行勘查，从而了解当地的地质情况，并选择最合适的区域进行工程施工。而对于存在问题的工程区域，需要对该问题可能造成的建筑物问题进行分析，并制定对应的解决措施，从而保证工程项目建设的顺利，提高工程项目质量。

对于工程地质勘查工作来说，其主要包含对当地岩土成分的确定以及力学等内容，通过这些内容的勘察了解，能够更好的了解当地地质环境对建筑物的影响，然后选择合适的处理方法对岩土建筑物的稳定性进行提高。通过工程地质勘查工作，能够对施工场地中存在的问题进行查明，然后分析地质问题可能造成的危害，然后选择合适的应对措施对地质问题进行解决，保证工程施工的安全、稳定和经济。

3、岩土水理性质

对于岩土水理性质，其指的是通过岩土和地下水之间的反映产生的不同性质，在进行岩土水理性质检测时，其同岩土的物理性质之间具有紧密的联系。通过对岩土的水理性质进行研究，能够更加准确的把握岩土的强度和形变情况，从而在进行建筑物工程施工的过程中能够更好的保证建筑物的稳定性，提高工程地质勘查的准确性。但对于我国的水文地质勘查工作来说，其大部分都是流于表面，很少有施工单位对地下水的情况进行详细的了解，从而导致岩土的水理性质检测达不到施工标准。

下面对岩土的水理性质以及检测方法进行了简单的分析。首先是地下水的赋存状态，地下水在岩土中以赋存状态存在时主要分为三种形式，分别是结合水、重力水以及毛细管水，而其中的结合水又能够根据其不用形式分为两种，一种是强结合水，这种形式的地下水能够牢牢依附在岩土颗粒的周围，并在岩土颗粒的表面形成一层水膜，这种水膜受到地下重力的作用，密度大约为普通水的两倍，这使得这种形式的地下水具有非常大的粘滞性和弹性，无法对静水压力进行传递。然后是弱结合水，这种结合水被称为弱薄膜水，随着外界压力的变化，其能够在不同颗粒之间进行缓慢的移动，但对于静水压力同样无法进行传递。

然后是毛细管水，这种地下水的形成主要是由于毛细管作用而产生的，主要为孤立毛细管水和真正毛细管水等，这一形式的地下水同时受到重力和毛细管力的作用，当其中一个力增大时，毛细管内的水位会随之发生相应的变化。然后是岩土的主要水理性质以及对应的测试方法，首先是软化性，这一性质指的是岩土在受到水分的侵袭后，其强度往往会降低，对于不同的岩土，其软化存在一个系数，通过软化系数能够对岩土的软化情况进行掌握。随着岩土的不断软化，其会在岩石层中形成一个软弱夹层，在这一夹层中含有粘性土层和泥岩等。

其次是透水性，对于这一水理性质，其指的是岩土中的水分会在重力的作用下透过岩土层，随着岩土层中颗粒的大小缩小，其透水性能逐渐降低，而对于坚硬的演示裂隙等位置，其透水性一般较强，对于岩土的透水性，其可以通过渗透系数进行表示，然后通过抽水试验对其进行确定。最后是给水性，这一性质是由于重力的作用而产生的，指的是沿途中的水分在达到饱和状态后能够通过孔隙等位置进行流出，流出水分的数量采用给水度进行表示。对于给水度，其是含水层水文地质的重要数据，能够充分代表当地的岩土特性，对于该参数的'测定，其采用的是实验室测定。

4、地下水引起的岩土工程危害

对于地下水的岩土工程危害，其主要分为两种，一种是地下水位升降所导致的工程变化，另一种则是由于地下水流动产生的压力对建筑物的稳定性产生影响。

地下水升降带来的岩土工程危害

对于地下水位的变化，其主要是两个方面的原因造成，一方面是人为因素，主要是过量开采地下水，另一方面则是自然因素，无论什么因素导致的地下水变化，其都会对建筑物的质量造成较大的危害。首先是地下水位上升造成的危害，对于地下水的水位上升，其影响因素非常多，像地质变化和人为因素等，通过这些因素的综合作用，最终导致地下水的水位上升，随着地下水的水位上升，其对岩土建筑物的腐蚀程度也会逐渐增加，其不仅对建筑物的使用寿命是较大的危害，同时还会产生崩塌等问题，加上岩土结构容易被软化，导致流沙问题逐渐扩大。然后则是地下水下降造成的为，其产生的原因同地下水水位上升相似，随着地下水的水位逐渐下降，岩土中的地下水含量将会逐渐下降，最终导致工程的整体质量受到影响。随着地下水的升降变化，很多工程项目在进行地质勘查的过程中往往很容易对其忽略，这使得地下水的岩土问题会影响工程施工质量，同时还会对建筑物的使用寿命等产生较大的危害。

地下水动压力导致的岩土工程危害

对于正常情况下的地下水，其若不被破坏影响，能够保证很长时间的正常流动，对建筑物的危害也非常大。但随着我国经济的发展，人们的生活和工业用水量逐渐增加，则使得岩土工程危害非常大。

5、总结

综合上述所说，对于水文地质工程勘查工作来说，其中的水文地质工作具有非常的影响。但由于我国当前的科技水平还不足，无法对当地的水文情况进行有效的了解，同时还会威胁人们的工程质量勘查原因。

参考文献：

[1]李明慧,李敬婧.浅谈水文地质在工程地质勘察中的作用[J].四川水泥,2015(2):323.

[2]张福水,史小龙,李辉.浅析水文地质在工程地质中的作用[J].知识经济,2013(2):110.

[3]高云.水文地质在工程地质中的作用分析[J].黑龙江科技信息,2013(27):70.