釘扎效應

砷化鎵原子層沉積法產(chǎn)生氧化鉿和氧化鋁閘極介電層 III–V半導體上使用的金屬氧化物半導體場效應晶體管（MOSFETs）和硅基器件相比有很多優(yōu)勢。高的載流遷移率會導致互補性金屬氧化物半導體（CMOS）邏輯運算更快，更高擊穿場強支持其在大功率/高溫方面的應用，能帶結(jié)構工程提供了設計靈活性，單片光電集成電路使可生產(chǎn)性提高。然而，高載流遷移率的基體復合半導體及鍺半導體上的金屬氧化物半導體場效應卻因缺乏高質(zhì)量的柵極絕緣層而不能利用， 很大程度上是由于穩(wěn)定鈍化的俱生氧化層的缺失，以及高密度界面缺陷（Dit）隨著沉積了氧化物（1）。例如，砷化鎵氧化的費米能級釘扎效應歸于氧誘導的表面砷原子的位移，而雙層氧原子

釘子上面站人是壓力還是壓強的原理

敘述的不夠清楚啊，釘子上站人的話如果說是雜技表演之類的就應該是壓強原理，釘子很多的話人和釘子的接觸面積就大，壓強就很小，所以沒有事。我把壓強壓力的概念告訴你吧， 物理學中，把垂直作用在物體表面上的[1]力叫做壓力。（一切物體表面受到壓力時，都會發(fā)生形變） 物理學中，把物體表面受到的壓力與受力面積的比 公式：P=F/S 固體壓強：物體由于外因或內(nèi)因而形變時，在它內(nèi)部任一截面的兩方即出現(xiàn)相互的作用力，單位截面上的這種作用力叫做應力。一般地說，對于固體，在外力的作用下，將會產(chǎn)生壓(或張)形變和切形變。因此，要確切地描述固體的這些形變，就必須知道作用在它的三個互相垂直的面上的力的三個分量的效果。這樣，

巖溶區(qū)土洞地基穩(wěn)定性分析

巖溶地基的穩(wěn)定性是巖溶區(qū)工程建設的重要問題之一，它直接關系到工程建設的可行性、安全性及工程造價等。目前，對土洞地基穩(wěn)定性的評價，定性評價較多，定量評價較少。定性評價主要是根據(jù)工作者的實踐經(jīng)驗，定性分析土洞地基的土層性質(zhì)與結(jié)構、地下水、巖溶發(fā)育程度等因素對土洞穩(wěn)定性的影響。定量評價的方法主要有：①根據(jù)土洞坍塌的穩(wěn)定條件進行評價；②根據(jù)試驗資料或塌陷因素進行評價。

前一種定量評價方法由于受計算邊界條件的影響，有時其計算結(jié)果誤差較大，而后一種定量評價方法需要較多的試驗資料，較繁瑣，實踐中用得較少。

從已有土洞塌陷的剖面形態(tài)來分析，可以判斷土洞塌陷的力學機制。目前主要的土洞塌陷的剖面形態(tài)有以下4種。

(1)井狀：塌陷坑壁陡立呈直筒狀；

(2)漏斗狀：口大底小，塌陷坑壁呈斜坡狀，狀如漏斗；

(3)碟狀：塌陷坑呈平緩凹陷，面積大，深度小，呈碟形；

(4)壇狀：口小肚大、塌陷坑壁呈反坡狀；

上述剖面形態(tài)為井狀、漏斗狀、碟狀的土洞塌陷，塌陷的力學機制應該屬于整體破壞型式，即土洞失穩(wěn)是從上到下整體同時產(chǎn)生的；而剖面形態(tài)為的壇狀土洞塌陷，塌陷的力學機制應該是屬于局部破壞型式，即該類土洞的塌陷首先是從土洞內(nèi)壁開始破壞，然后向周圍擴展，最后導致整個土洞地基失穩(wěn)塌陷，形成口小肚大的壇狀。

3.2.1 整體破壞型式土洞地基的穩(wěn)定性

3.2.1.1 坍塌平衡法

土體內(nèi)部形成空洞前，在垂直應力和水平應力作用下處于自然平衡狀態(tài)。隨著土洞的出現(xiàn)，上部土體失去支撐，應力狀態(tài)發(fā)生變化(圖3-1)。

圖3-1 土洞頂板穩(wěn)定性示意圖

Fig.3-1 Diagram for roof stability in soil cave

假若土洞平面范圍為長條形，作用在土洞頂板上的壓力為p₀，那么p₀主要由以下作用力組成：

p₀=G-2F (3-1)

式中：p₀為空洞單位長度頂板上所受的壓力(kN/m)；G為空洞單位長度頂板上土層的總重量(kN/m)，G=2aγH；a 為空洞長度的一半(m)；γ為土的重度(kN/m³)；H為地表至溶洞間土層厚度(m)；F為空洞單位長度側(cè)壁的摩阻力(kN/m)；

巖溶區(qū)溶洞及土洞對建筑地基的影響

式中：N為楔形體在側(cè)壁上的土壓力(可取為土的靜止土壓力)，N=K₀·γH。

因此，(3-1)式可變?yōu)椋?/p>

p₀=2aγH-γH²·K₀·tgφ-2cH (3-3)

由上式可以看出，當p₀=0時，亦即H增大到一定厚度時，頂板上方土體恰好處于基線平衡狀態(tài)，若將這時的H稱為臨界厚度H₀，有：

巖溶區(qū)溶洞及土洞對建筑地基的影響

當H＜H₀時，可認為頂板不穩(wěn)定。

若基底存在附加壓力R(如建筑物基底附加應力)，則式(3-1)變?yōu)椋?/p>

p₀=G-2F+2aR=2aγH-γH²·K₀·tgφ-2cH+2aR (3-5)

令p₀=0時，化簡式(3-5)得到臨界厚度H₀為：

巖溶區(qū)溶洞及土洞對建筑地基的影響

當土洞平面范圍為圓形時，作用在土洞頂板上的壓力p₀為：

p₀=G-F (3-7)

其中：

G=πa²γH；

巖溶區(qū)溶洞及土洞對建筑地基的影響

當土洞處于極限平衡狀態(tài)時，土洞頂板的壓力p₀=0，式(3-7)為：

πa²γH-(πaγH²·K₀·tgφ+2πa·cH)=0 (3-8)

化簡得土洞地基臨界安全厚度H₀為：

巖溶區(qū)溶洞及土洞對建筑地基的影響

對比長條形和圓形土洞地基臨界安全厚度H₀的式(3-4)和(3-9)，可以發(fā)現(xiàn)：圓形土洞比長條形土洞的臨界安全厚度要小，更有利于地基的穩(wěn)定性。

3.2.1.2 成拱分析法

發(fā)育于松散土層中的土洞，可認為頂板將成拱形塌落，而其上荷載及土體重量將由拱自身承擔。

此時破裂拱高h為：

h=B/f

其中：

巖溶區(qū)溶洞及土洞對建筑地基的影響

即

巖溶區(qū)溶洞及土洞對建筑地基的影響

3.2.2 局部破壞型式土洞地基的穩(wěn)定性^[36]

從桂林市土洞塌陷的調(diào)查來看，許多土洞塌陷的剖面形狀為上小下大的壇狀，這就表明該類土洞的破壞是從土洞內(nèi)壁開始，然后向周圍破壞，最后導致土洞地基失穩(wěn)塌陷。此外，前述土洞地基整體破壞失穩(wěn)評價，對地下水位變化對土洞穩(wěn)定性的影響考慮較少，而地下水升降又是土洞地基失穩(wěn)最主要的影響因素之一。根據(jù)桂林市的統(tǒng)計，有一半以上的土洞塌陷失穩(wěn)與地下水位變化有關?？紤]土洞地基局部破壞失穩(wěn)型式，從彈塑性力學理論出發(fā)，分析地基中土洞洞壁周圍土體的應力狀態(tài)，通過計算評價土洞地基的穩(wěn)定性。

3.2.2.1 土洞地基彈性理論應力分析

3.2.2.1.1 土洞中產(chǎn)生的次生應力

設距地面以下為h處有一半徑為a的圓形土洞(h＞6a)。設地基土層是均質(zhì)的、各向同性的彈性體，為此，可把在地基中的土洞周圍土體應力分布問題視作一個雙向受壓無限板孔的應力分布問題，采用極坐標來求解土洞周圍土體應力。此問題的求解應力公式同式(2-1)。

巖溶區(qū)溶洞及土洞對建筑地基的影響

圓形斷面土洞周邊(r=a)處的應力，根據(jù)(3-10)式，可得：

巖溶區(qū)溶洞及土洞對建筑地基的影響

由(3-11)式可知，在土洞周邊處，切向應力σ_θ最大，徑向應力σ_r=0，剪應力τ_rθ=0。

從表2-1可看出：當b? a，r=6a時，σ_r=0.97p，σ_θ=1.03p，與原始應力誤差僅為3%，從工程角度上來說，可滿足要求，故可認為其影響半徑為r=6a，即在彈性體中，對存在一孔洞，圓孔周邊產(chǎn)生應力集中的影響區(qū)域為6a半徑范圍，其余范圍可不考慮其影響，仍可按彈性體考慮其應力狀態(tài)。因此，只要基礎底面至土洞中心的距離h大于6a(a 為土洞半徑)，就可以用式(2-1)來解決土洞周圍土體中的應力分布。

同理，也由下式來求得：在建筑物荷載作用下，地基中土洞周圍土體的應力。

巖溶區(qū)溶洞及土洞對建筑地基的影響

式中符號意義同前。

3.2.2.1.2 不同土洞斷面形狀所產(chǎn)生的次生應力

(1)橢圓形斷面形狀所產(chǎn)生的次生應力：土洞若為橢圓形土洞，其長半軸為a(水平軸)，短半軸為b(豎直軸)，作用在土洞上的垂直應力仍為p，水平應力仍為q，那么，土洞周圍任一點的切向應力σ_θ、徑向應力σ_r和剪應力τ_rθ值的大小，可根據(jù)彈性理論，按橢圓孔復變函數(shù)解得。

巖溶區(qū)溶洞及土洞對建筑地基的影響

式中：m為橢圓軸比，m=b/a；θ為土洞周邊計算點的偏心角(與水平軸夾角)。

從判斷土洞穩(wěn)定性的觀點出發(fā)，只要找到土洞周邊極值點處的應力大小，看其是否超過土體的強度，即可判斷其穩(wěn)定程度。從研究圓形土洞周邊應力得知，橢圓形土洞周邊應力的兩個應力極值仍然在水平軸(θ=0、π)和垂直軸(θ=π/2、3π/2)上。

從式(3-13)中可見，當原始應力(p、q)為定值時，切向應力σ_θ值的大小是隨軸比m而變化的，即軸比m是影響應力分布的唯一因素。

例如，當已知垂直方向的原始應力為p，q=0.25p時，計算所得的切向應力隨軸比m=b/a的變化情況列于表3-1。

表3-1 橢圓形斷面土洞周邊應力隨軸比的變化　Table3-1 Stress variation in soil cave periphery of different axis ellipse

注：負值表示拉應力

(2)其他斷面形狀土洞所產(chǎn)生的次生應力：巖溶區(qū)地基中的土洞斷面形狀，除了圓形和橢圓形外，還有其他的形狀，如近似正方形、矩形、拱形、馬蹄形等。對于這些斷面形態(tài)的土洞，其周圍的應力狀態(tài)較復雜，很難用理論解來表示，目前常用光彈試驗或有限元方法等來確定其周圍的應力狀態(tài)。但對于土洞的穩(wěn)定性判別，只需要土洞周邊某些關鍵點的應力狀態(tài)，并可根據(jù)《巖土工程手冊》中的表10-4-2來計算查求，然后對這些關鍵點進行穩(wěn)定性判別。

3.2.2.1.3 土洞周圍土體穩(wěn)定性判別及塑性破壞邊界

由前述式(3-11)可知，在圓形土洞周邊r=a處，σ_r=0，τ_rθ=0，σ_θ值不僅與σ_θ、q有關，而且與θ值也有關。當p、q給定后，σ_θ值的大小將隨θ而變化。表3-2列出了圓形土洞周邊q=p、p/2、p/3、p/4等不同情況下的σ_θ隨θ變化值。

表3-2 圓形土洞不同p、q時σ_θ隨θ變化　Table3-2 The σ_θ values in different p、q with the variation of θ values in round soil cave

由式(3-11)知，在土洞周邊處，σ_r=0，σ_rθ=0。且土洞周邊上的應力以水平方向的左右兩點(θ=0，π)最大，土洞頂?shù)装逯醒霊ψ钚?，并有可能出現(xiàn)拉力。因此，判斷土洞周邊是否穩(wěn)定，可找出關鍵點處的應力值，判別其是否產(chǎn)生破壞，如果關鍵點處不會產(chǎn)生破壞，則可認為土洞是穩(wěn)定的；反之，土洞將產(chǎn)生破壞。例如，對圓形土洞而言，即 θ=0、π、3π/2、2π處的應力值是關鍵點的應力值。

圖3-2 土的極限平衡條件

Fig.3-2 The limit equilibrium condition of soil

(1)土洞周邊土體的莫爾—庫侖準則判別：根據(jù)極限應力圓與抗剪強度包線相切的幾何關系(圖3-2)，可建立以σ₁、σ₃表示土中一點的剪切破壞條件，即土的極限平衡條件。

巖溶區(qū)溶洞及土洞對建筑地基的影響

或

巖溶區(qū)溶洞及土洞對建筑地基的影響

在土洞周邊處，由于τ_rθ=0，

所以σ_θ，σ_r為大、小主應力，σ₁=σ_θ，

σ₃=σ_r=0，得到土的極限平衡條件式如下：

巖溶區(qū)溶洞及土洞對建筑地基的影響

(2)土洞破壞區(qū)塑性邊界：當p ≠ q時，土洞周圍土體塑性區(qū)的邊界為不規(guī)則形狀，要準確地確定塑性區(qū)邊界有一定的困難，目前尚無理論解，通常采用近似計算方法確定塑性區(qū)邊界。其原理為，首先按彈性理論求得土洞周圍土體應力，然后將此應力值代入塑性條件，滿足塑性條件的區(qū)域則為塑性區(qū)。這種方法只能近似地求出塑性區(qū)邊界，求不出塑性區(qū)的應力。具體解法如下：

按(3-10)式求出圓形土洞周圍土體中的某點處的應力σ_r，σ_θ，τ_rθ；若土洞為橢圓形，則用(3-4)式；若土洞為其他斷面形狀，可用本書的方法求得關鍵點處的應力值。

將求得某點的σ_r，σ_θ，τ_τθ代入式(3-16)得到該點處的大、小主應力σ₁、σ₃：

巖溶區(qū)溶洞及土洞對建筑地基的影響

最后，將求得的大、小主應力σ₁、σ₃用莫爾—庫侖準則進行判別。若土體有破壞的點，則由一系列破壞點所組成的區(qū)域為塑性破壞區(qū)。

3.2.2.2 應用舉例

(1)土洞穩(wěn)定性判別：某工程假設采用1.6m×1.6m的獨立柱基，基礎埋深為1m，基底以下為硬塑粘土，地下水為潛水，水位埋深為地面以下1.8m，硬塑粘土承載力標準值f_k=200kPa，粘土重度γ=18kN/m³，粘土飽和重度為γ_sat=18.5kN/m³，黏聚力為c=50kPa，內(nèi)摩擦角為φ=26°，基底附加應力p₀=180kPa，基礎底面以下5.0m處有一洞高為0.60m的土洞，土洞內(nèi)無充填物，硬塑粘土側(cè)壓力系數(shù)λ取0.5(圖3-3)。

為求土洞周邊處的應力，先求得距土洞中心6a處的垂直及水平作用力p、q。

經(jīng)計算得到式(3-12)各項所需的計算參數(shù)：

a_A=0.091；a_B=0.028

σ_CA=18.0×1.8+(18.5-10)×2.7=55(kPa)

σ_CB=18.0×1.8+(18.5-10)×4.5=71(kPa)

圖3-3 獨立柱基下的土洞應力計算

Fig.3-3 The stress calculation of soil cave in single foundation

硬塑粘土側(cè)壓力系數(shù)λ取0.5；基底附加壓力p₀=180kPa；

則由(3-12)式計算得到：p=72kPa；q=38kPa。

將其代入(3-11)式，得到土洞周邊的應力：σ_r=0，τ_rθ=0。

而σ_θ在土洞不同部位，其結(jié)果不同(表3-3)。

表3-3 圓形土洞周邊應力σ_θ計算結(jié)果　Table3-3 The result of σ_θ calculation in round soil cave periphery

由于地下水為潛水，其埋深為1.8m，土洞處于靜水壓力狀態(tài)，靜水壓力為P_w=γ_wh_w=10×4.5=45kPa，γ_w為水的重度(kN/m³)；h_w為潛水面至土洞中心的距離(m)。

因此，土洞周邊的徑向應力σ_r及環(huán)向應力σ_θ均應加上靜水壓力P_w=45kPa。那么，考慮地下水影響時土洞周邊的σ_r、σ_θ大小，應該在表3-3 結(jié)果的基礎上再加上P_w=45kPa，最終結(jié)果見表3-4。

表3-4 考慮地下水作用時土洞周邊應力　Table3-4 Stress in soil cave periphery with the action of groundwater

將上述結(jié)果σ_θ、σ_r代入極限平衡條件式(3-16)進行判別：

土洞周邊處應力最大的點，當θ=0時，σ_θ=223kPa。

；(安全)]]

(2)地下水位下降對土洞穩(wěn)定性的影響：對于前述工程，當?shù)叵滤幌陆档酵炼吹酌嬉韵聲r(如下降5m)，土洞周圍土體中的應力將發(fā)生變化，式(3-12)的各項計算參數(shù)如下：

σ_CA=1.8×4.5=81(kPa)

σ_CB=18×6.3=113.4(kPa)

a_A、a_B、λ、p₀等均不變，

由(3-12)式計算得到：p=97(kPa)；q=59(kPa)。并將其代入(3-11)式得到土洞周邊的應力σ_θ，見表3-5(其中σ_r=0，τ_rθ=0)。

表3-5 地下水位下降時土洞周邊σ_θ值(kPa)　Table3-5 The σ_θ values in soil cave periphery with the declining of groundwater(kPa)

據(jù)(3-16)式知，當θ=0°、15°、30°時；σ_θ=232kPa、222kPa、194kPa，其值均大于極限平衡條件：σ₁=σ_rtg²(45°+φ/2)+2c·tg(45°+φ/2)=160(kPa)。因此，由于地下水位的下降，土洞水平方向兩邊將出現(xiàn)較大范圍的破壞。

由以上分析可知，地下水位升降對土洞地基的穩(wěn)定性影響很大。前述例子便是由于地下水位下降致使土洞由穩(wěn)定變?yōu)槠茐氖Х€(wěn)。盡管其基礎底面距離到溶洞頂板距離達5m(大于3倍獨立基礎寬度3×1.6=4.8m)，也符合《巖土工程勘察規(guī)范》GB50021—2001的第5.1.10條第一款或《建筑地基基礎設計規(guī)范》GB50007—2002 的第6.5.2條規(guī)定：“在巖溶區(qū)，當基礎底面以下的土層厚度大于三倍獨立基礎底寬，或大于六倍條形基礎底寬，且在使用期間不具形成土洞條件時，可不考慮巖溶對地基穩(wěn)定性的影響”。但是由于地下水位的變化，土洞周圍土體中的應力狀態(tài)將產(chǎn)生改變，從而使下覆土洞破壞，導致地基失穩(wěn)。

由上分析可知，在巖溶區(qū)，對于土洞地基，地基在自重應力和附加應力的作用下，土洞周圍土體將產(chǎn)生應力集中。土洞地基的穩(wěn)定性分析評價，可利用本文中由彈性理論推求的有關方法，得到土洞周圍土體的應力狀態(tài)，再利用莫爾—庫侖屈服準則進行土洞周圍土體穩(wěn)定性計算判別。地下水位發(fā)生變化，將使土洞周圍土體的應力狀態(tài)產(chǎn)生顯著改變，并有可能最終導致地基破壞或失穩(wěn)。有些土洞地基，即使符合《巖土工程勘察規(guī)范》GB50021—2001的第5.1.10條第一款或《建筑地基基礎設計規(guī)范》GB50007—2002 第6.5.2條的有關規(guī)定，認為可不考慮土洞影響的地基，也還應該對土洞地基進行定量計算判別，尤其是存在地下水時，更應引起重視。建議對規(guī)范中該部分內(nèi)容再進一步研究并修訂。

土釘墻支護的土釘墻原理

土釘在復合土體內(nèi)的作用有以下幾點：
（1） 土釘對復合土體起箍束骨架作用制約土體變形并使復合土體構成一個整體。
（2） 土釘與土體共同承擔外荷載和土體自重應力，土釘起分擔作用，由于土釘有很高的抗拉抗剪強度，所以土體進入塑性狀態(tài)后，應力逐漸向土釘轉(zhuǎn)移，土釘分擔作用更為突出。
（3） 土釘起著應力傳遞與擴散作用推遲開裂區(qū)域的形成和發(fā)展。
（4） 坡面變形的約束作用，在坡面上設置的與土釘在一起的鋼筋網(wǎng)噴射砼面板限制坡面開挖卸荷而膨脹變形，加強邊界約束的作用。

土釘墻技術的特點和工作原理？

土釘墻支護技術的本質(zhì)就是一種把原位土進行加固的一種新的技術手段，是由原位土體和設置在原位土當中的土釘以及噴射混凝土層這三部分組成的。它不僅充分的利用了原位土體自然穩(wěn)定的能力，能夠比較明顯的提高邊坡土體部分的抗傾覆、抗變形以及抗滑移的能力，有效的減小了土體側(cè)向的變形，增加了整體的穩(wěn)定性，而且和其他的深基坑的抗邊坡方面的支護相比，土釘墻支護的施工周期很短、施工方便還有就是不用花費大量的資金土釘墻的工作原理可以簡單地分為以下幾部分： 第一，土釘對復合型土體進行骨架箍束的作用； 第二，土釘分別承擔載荷的作用； 第三，土釘在承受應力時的應力傳遞以及擴散的作用； 第四，土釘對面層約束的作用。 更多關于工程