分布压力

分布压力（精选九篇）

分布压力 篇1

1 空调水系统的阻力的组成

这里所谈的闭式空调冷水系统的阻力组成, 如图1所示。

图1中, 1为冷水机组阻力, 由机组制造厂提供, 一般为60~100 kPa。2为管路阻力, 其中单位长度的摩擦阻力即比摩阻取决于技术经济比较。若取值大则管径小, 初投资省, 但水泵运行能耗大;若取值小则反之。目前设计中冷水管路的比摩阻宜控制在150~200 Pa/m范围内, 管径较大时, 取值可小些。3为空调末端装置阻力, 是由制造厂经过盘管配置计算后提供的, 一般在20~50 kPa范围内。4为调节阀阻力。空调房间通过在空调末端装置的水路上设置电动二通调节阀是实现室温控制的一种手段。二通阀的规格由阀门全开时的流通能力与允许压力降来选择的。阀门全开时的压力降占该支路总压力降的百分数被称为阀权度。水系统设计时要求阀权度S>0.3, 于是, 二通调节阀的允许压力降一般不小于40 kPa。

根据以上所述, 可以估计一栋约100 m高的高层建筑空调水系统的压力损失, 即循环水泵所需的扬程。

(1) 冷水机组阻力:取80kPa (8 m水柱) 。

(2) 管路阻力:取冷冻机房内的除污器、集水器、分水器及管路等的阻力为50 kPa;取输配侧管路长度300 m与比摩阻200 Pa/m, 则摩擦阻力为300×200=60 kPa;如考虑输配侧的局部阻力位摩擦阻力的50%, 则局部阻力为60×0.5=30 kPa;系统管路的总阻力为50+60+30=140 kPa (14 m水柱) 。

(3) 空调末端装置阻力:组合式空调器的阻力一般比风机盘管阻力大, 故取前者的阻力位45 kPa (4.5 m水柱) 。

(4) 二通调节阀的阻力:取40 kPa (4.0 m水柱) 。

于是, 水系统的各部分阻力之和为:80+140+45+40=305 kPa (30.5 m水柱) 。

(5) 水泵扬程:取10%的安全系数, 则扬程H=30.5×1.1=33.55 m。

根据以上估算, 可以基本掌握同类规模建筑物的空调水系统的压力损失值范围, 防止因未经计算, 而将系统压力损失估计过大, 水泵扬程选得过大, 导致能量浪费。

2 空调水系统的定压点及压力

定压点确定的最主要原则是:保证系统内任何一点不出现负压或者热水的汽化。在空调水系统中, 定压点的最低运行压力应保证水系统最高点的压力为5 kPa以上。以图3来说明, 其中A点为系统最高点。

一般来说, 采用 (a) 的方式是最常见的, 其特点是稳定可靠, 这时对最低定压压力的要求为:PAmin=5 kPa。 (b) 的方式也是常用方式之一, 这时对最低定压压力的要求为:PBmin=H+5+△HAB (kPa) , 式中△HAB为设计状态下, 从A点到水泵吸入口B点的水流阻力, kPa;H为系统最大高差 (折算为压力单位kPa) 。

3 空调水系统的压力分布分析

了解空调水系统在停运与运行时系统各点的压力分布, 对保证设备与管路安全, 系统正常使用是非常重要的。如下a、b说明图2中水系统中各典型压力点的静压力值 (以m计) 。

(1) 水泵不运行时:PA=h1;PB=h1+h2;PC=h1+h2;PD=h1+h2;PE=h1。

(2) 水泵运行时:PA=h1;PB=h1+h2-AB段阻力;PD=PC-C D段阻力;PE=PD-h2-D E段阻力。

由以上, 可以得到如下认识。

(1) 膨胀水箱 (EXT) 接入点A处 (定压点) 的静压值, 不管水泵是否在运行, 总是等于膨胀水箱水面与A点之间的高度h1 (m) 。

(2) 水泵不运行时, 系统中任一点的静压力等于该店与膨胀水箱水面之间的高度差。

(3) 水泵运行时, 定压点A处与水泵吸入口之间管路 (A-B-C) 上任一点的静压值, 等于该点的静水高度值减去从A点到该店管路的压力损失值;水泵出口处与A点之间管路 (C-D-E-A) 上任一点的静压值, 等于水泵扬程与该点静水高度值之和减去从A点到该点管路的压力损失值。

(4) 如果将冷水机组置于水泵的吸入管路中, 机组的承压值就与水泵的扬程无关。正因为如此, 在高层建筑的水系统中, 常将机组置于水泵的吸入管中, 以减小机组的承压值。

4 结语

空调水系统的压力分析, 主要是能使设计中能更详细了解整个水系统的压力分布情况, 解决设备和构件的承压问题, 空调冷水机组的蒸发器、冷凝器的承压能力有一定要求, 不同厂家略有不同。所以设计中必须清楚知道各个部分的压力分布情况, 才能使所做的设计更加合理, 更加优化。

摘要：本文通过空调水系统阻力的组成、定压点及空调水系统的压力分布的阐述, 说明了空调水系统压力分布的情况以及设计中应注意的关键。

关键词：空调水系统,阻力组成,定压点,压力分布

参考文献

[1]陆耀庆.实用供热空调设计手册[M].2版.北京:中国建筑工业出版社, 2008.

分布压力 篇2

灌丛沙堆表面压力分布特征的实验研究

风成沙丘表面压力分布特征直接反映沙丘表面风蚀风积特点,因而是研究沙丘表面地貌过程的.重要依据.依据风沙运动实验相似性理论,以新疆和田河流域实测柽柳沙堆为基础,按一定比例缩小制作成四组模型,选用起沙风速区间在6～14 m/s的5组不同风速分别对四组模型在风洞中作纯气流表面压力的模拟实验.结果表明,无植物覆盖的半球形沙堆和圆锥形沙堆的表面压力分布特征存在着较大差异,其中半球形沙堆迎风坡下部有较明显反射涡流,丘顶存在高压剪切气流区域,圆锥形沙堆则不存在这种风压变化,此外半球形和圆锥形沙堆两翼的高低压风蚀区域分布特点也不一致.人工“植物”引发的沙堆丘顶和背风坡区域表面风压的显著变化有利于截留沙尘、保护沙堆免受风蚀并促进沙堆增长.

作 者：武胜利 李志忠 惠军 肖晨曦 孙秋梅 WU Sheng-li LI Zhi-zhong Hui Jun XIAO Cheng-xi SUN Qiu-mei  作者单位：武胜利,WU Sheng-li(华东师范大学资源与环境科学学院地理系,上海,62;新疆师范大学生命与环境科学学院,新疆,乌鲁木齐,830054)

李志忠,惠军,肖晨曦,孙秋梅,LI Zhi-zhong,Hui Jun,XIAO Cheng-xi,SUN Qiu-mei(新疆师范大学生命与环境科学学院,新疆,乌鲁木齐,830054)

刊 名：干旱区地理  ISTIC PKU英文刊名：ARID LAND GEOGRAPHY 年，卷(期)： 29(6) 分类号：P931.3 关键词：人工植被   灌丛沙堆   风洞实验   表面压力  

儿童足底压力分布特征比较研究 篇3

当今, 中国很多家庭都是“4+2+1”模式, 即四位长辈、一对小夫妻再加一个孩子, 孩子自然是家庭中的重中之重, 父母对孩子最大的期望是“健康成长”。童鞋作为儿童生活必需品, 在其成长过程中扮演着非常重要的角色。

儿童期是脚最为脆弱的生长期, 婴儿从学习站立开始就进入了脚的脆弱生长期, 稚嫩的小脚非常容易受到伤害。儿童期脚部骨骼具有很强的可塑性, 任何不适宜的压力和外伤很容易引起脚的畸形, 如发生弯曲和变形, 出现扁平足、踝关节韧带损伤、拇外翻、足外翻、内八字等问题。如果未能及时矫治, 脚部的畸形会引起下肢承重力线的改变, 导致膝部、髋部、甚至腰部的疾病。统计资料表明, 我国约有7亿左右的人罹患脚疾, 已成为影响大众生活品质的病因之一, 而脚部疾患中只有少数是先天性的, 大部分则是由于在儿童期受到外伤或穿鞋不当造成的。

纵观当前中国童鞋市场, 多数生产商更为关注童鞋的款式、配色、材料和价格, 而很少对儿童脚的运动机理进行深入研究, 童鞋生产企业中缺乏专业研究儿童足部生理机能的技术人员和相应的足部生物力学研究设备, 导致设计师无法根据儿童足部的生理发育规律、生物力学特点进行产品研发。

本文从足部生物力学角度对儿童足底压力分布特征进行比较研究, 测量分析儿童在赤足、穿鞋两种情况下, 进行站立、正常步行、慢跑三种状态时的足底各部位压力分布特征及其规律, 为童鞋及鞋垫设计提供参考。

1 实验部分

1.1 主要仪器和材料

Pedar-X鞋垫式足底压力测量系统 (德国Novel公司, 传感器数量:99个/垫, 采样频率:400 Hz) , 如图1所示;电动跑步机 (英派斯公司) ;身高测量尺;体重秤等。

为了减少实验用鞋帮面结构、鞋底硬度和厚度以及穿用舒适性等因素对实验结果的影响, 本次实验用鞋选择同一款式不同型号的平底帆布鞋。其帮面为旋转袢带粘扣式结构, 可以调整鞋腔跖围及跗围尺寸, 帮面材料透气性好, 鞋底硬度适中, 可有效避免由于鞋子不舒适给受试儿童心理造成的影响。

1.2 实验对象

本次实验测试共筛选6~10岁之间的12名儿童, 其中男、女童各6人, 平均体重27.2 kg, 平均身高133.8 cm。测试对象身心健康, 无足部畸形、异常步态和足部外伤史, 测试期间足踝关节活动正常, 无神经系统疾病。经过监护人同意, 了解实验目的及内容, 志愿参加实验。

由于实验测试对象年龄较小, 为保证实验顺利进行, 需要对受试者进行培训。培训流程包括熟悉实验室环境, 了解Pedar-X仪器, 了解实验测试流程, 与测试员良好沟通, 在跑步机上进行常速自然行走及慢跑等环境适应性训练等环节。

1.3 实验方法

本次实验采用控制变量法和客观分析法结合进行。

控制变量包括实验用鞋、袜款式统一, 步行速度为2.0~2.8 km/h, 慢跑速度为4.0~5.0 km/h。

客观分析法即采用Pedar-X鞋垫式足底压力测量系统采集足底各部位压力分布数据, 再使用SPSS统计软件进行数据统计与分析。

测试中, 将足底分为8个区域, 区域划分及对应部位名称如表1所示。

2 结果与讨论

2.1 足底各部位压力测试及分析

由图2 (a) 可知, 儿童在赤足和穿鞋两种情况下静止站立时, 足底各部位压力测试结果为:脚趾及第1跖趾部位压力大小基本一致, 第2~5跖趾部位及中足部位压力为赤足状态大于穿鞋状态, 后跟部位压力为穿鞋状态略大于赤足状态。

由图2 (b) 可知, 儿童在赤足和穿鞋两种情况下正常步行时, 第1脚趾及后跟内侧部位压力为穿鞋状态大于赤足状态, 第2~5脚趾、第1跖趾及后跟外侧部位压力大小基本一致, 第2~5跖趾及中足部位压力为赤足状态大于穿鞋状态。

由图2 (c) 可知, 儿童在赤足和穿鞋两种情况下慢跑时, 脚趾、第4~5跖趾及后跟内侧部位压力为穿鞋状态大于赤足状态, 后跟内侧尤为明显;第1~3跖趾、中足及后跟外侧部位压力为赤足状态大于穿鞋状态。

整体来看, 在赤足及穿鞋两种状态下, 儿童足底各部位压力变化趋势是一致的。随着运动速度的增加, 足底各部位压力也逐渐增加。赤足状态下, 跖趾部位和后跟部位主要受力, 且受力部位相对比较集中;穿鞋状态下, 足底受力变化幅度不明显, 足底各个部位受力相对均匀, 这说明穿鞋之后, 鞋垫会使儿童足底受力面积增大, 足底各部位所受到的力相对减少。穿鞋之后, 脚趾部位受力比赤足状态大, 且这种变化随着速度的增大而增大, 说明儿童在运动过程中, 为了感觉能更好的抓地、使鞋子跟脚, 脚趾会下意识的用力。

2.2 足底各部位峰值压强测试及分析

由图3 (a) 可知, 儿童在赤足和穿鞋两种情况下静止站立时, 足底各部位峰值压强测试结果为:第1脚趾、第1跖趾、后跟内侧部位峰值压强为穿鞋状态大于赤足状态, 第2~5脚趾、第2~5跖趾、中足和后跟外侧部位峰值压强为赤足状态略大于穿鞋状态。

由图3 (b) 可知, 儿童在赤足和穿鞋两种情况下正常步行时, 足底各部位峰值压强测试结果为:第1脚趾、第1跖趾、后跟内侧部位峰值压强为穿鞋状态大于赤足状态, 第2~5脚趾、第2~5跖趾、中足和后跟外侧部位峰值压强为赤足状态略大于穿鞋状态。第2~3跖趾变化尤为明显。

由图3 (c) 可知, 儿童在赤足和穿鞋两种情况下慢跑时, 足底各部位峰值压强测试结果为:脚趾和后跟内侧部位峰值压强为穿鞋状态明显大于赤足状态;第4~5跖趾和中足部位大致相等;第1~3跖趾、后跟外侧部位峰值压强为赤足状态略大于穿鞋状态。

2.3 足底各部位压强时间积分测试及分析

压强时间积分表明了足底部与地面接触时间的差异效应。由图4 (a) 可知, 儿童在赤足和穿鞋两种情况下正常步行时, 足底各部位压强时间积分测试结果为:第1脚趾、第1跖趾、后跟内侧部位压强时间积分为穿鞋状态大于赤足状态, 说明穿鞋走路时, 大拇指会短时间内用力蹬地;第2~5脚趾、第4~5跖趾、中足部位压强时间积分基本一致, 第2~3跖趾、后跟外侧部位压强时间积分为赤足状态大于穿鞋状态。赤足步行时, 足底各部位压强时间变化要比穿鞋状态更为明显, 其中第2~3跖趾部位数据最大。

由图4 (b) 可知, 儿童在赤足和穿鞋两种情况下慢跑时, 足底各部位压强时间积分测试结果为:脚趾、第4-5跖趾、中足、后跟部位压强时间积分为穿鞋状态大于赤足状态, 第1~3跖趾部位压强时间积分为赤足状态大于穿鞋状态。

穿鞋步行或慢跑时, 大拇指处压强时间积分明显增大, 目前没有文献或研究具体解释这一现象。可能的原因是:穿鞋步行或运动时, 在离地的那一瞬间, 脚要蹬地, 而大拇指处于鞋腔内的最前端, 脚和鞋之间有一定的摩擦, 要不自觉的用力使鞋子一起运动, 此时拇指处压强时间积分自然就比赤足状态下大。

3 结论与建议

(1) 儿童在站立状态下, 脚后跟为主要受力部位 (赤足:61.6%, 穿鞋:64.3%) , 前掌次之, 中足和脚趾几乎不受力;运动状态下, 跖趾部位和中足部位受力明显增加。

(2) 当儿童穿鞋运动时, 跖趾部位峰值压强、压强时间积分均小于赤足运动。

(3) 在同一状态下, 足底各部位压力和压强变化呈现相同趋势, 赤足时后跟外侧部位受力比较集中, 穿鞋运动时脚趾受力普遍增大。

参考本次实验结论, 建议童鞋设计时注意以下几个问题:

(1) 鞋楦头式尽量设计成宽圆头, 帮面结构采用可调节围度的形式 (如系带、旋转粘扣等) 进行设计。

(2) 童鞋内垫设计应具有前掌减震、后跟缓冲的功能。从实验结果来看, 儿童在运动状态时跖趾部位和后跟受力较多, 可以选择特殊材料 (如弹性、透气性好的乳胶等) 。

(3) 鞋底要选用具有缓冲和弹性, 能稳固的接触地面的材料。鞋底过软或过硬均易产生疲劳, 需保证足弓部位硬挺而在前掌弯曲部位柔软易弯折。使儿童在穿鞋时既能对脚有稳定、保护的作用又能保持赤足时的运动状态。

参考文献

[1]侯景国, 丘理.健康儿童始于足下[M].中国轻工业出版社, 2010.

[2]王玫, 邹晓峰.7岁健康男童裸足行走足底压力分布特征研究[J].吉林体育学院学报, 2008, 24, (4) .

[3]周安艳, 李海, 李运冬.正常学龄前儿童步行时的动态足底压力特征[J].中国临床康复, 2001, 6.

[4]王明鑫.正常中国成年人足底压力分析[J].中国矫形外科杂志, 2008, 5.

分布压力 篇4

双三角翼的翼面压力分布与空间涡态相关分析

本文将双三角翼翼面测压试验结果与空间涡态观察测量结果进行了定性的相关对比分析,分析表明:垂直于双三角翼翼面的典型横截面上压力系数Cp展向分布与空间涡态有明显的对应关系,Cp分布的峰值数目反映了双三角翼的.双涡态和单涡态,Cp峰值随α变化反映了涡强随α的变化,Cp峰值所在展向位置反映着涡核的展向位置,Cp峰形的平坦反映了涡的破裂.

作 者：冯亚南 郑波 权少平Feng Yanan Zheng Bo Quan Shaoping  作者单位：北京航空航天大学流体力学研究所,北京,100083 刊 名：空气动力学学报  ISTIC EI PKU英文刊名：ACTA AERODYNAMICA SINICA 年，卷(期)：1999 17(2) 分类号：V211.41 关键词：大迎角   分离流   双三角翼   压力分布  

高填方暗道土压力分布规律数值分析 篇5

关键词：高填方,土压力,数值分析

0前言

涵洞、涵管等地下结构物, 多用作水利水电工程泄洪洞、公路铁路涵洞等。对于高填方暗道, 其结构尺寸及刚度都显著增大, 且周围覆盖深厚岩土体, 在巨大土压力荷载作用下, 设计中如何估算结构物周边土压力, 这在暗道结构设计中是一个非常重要的问题。对于土压力的分布, 众多学者进行了研究, 前苏联克列恩[1]教授于1946年提出坝下泄洪洞的土压力计算方法, 并著有《地下管计算》一书, 在高填土涵洞的土压力计算方面, 提出了很多值得借鉴的理论观点;孙长生[2]针对我国黄土地区大量冲沟下深埋结构物, 经过大量实地调查指出, 涵洞上方的新填土和隧道地层中的土体存在很大的差别;顾安全和赵玉琼[3,4,5]认为, 涵洞顶土压力随填土高度线性增长, 影响结构物顶部土压力分布的原因是, 土体刚度和结构物刚度的巨大差异, 导致结构顶部土体、内土柱与外土柱沉降差;冯居忠[6,7,8,9]根据现场材料实测, 采用回归分析计算了大型沟埋式管道的侧向土压力, 给出了相应的计算公式;娄奕红、王秉勇[10,11]对公路铁路有关填土荷载计算规范进行比对, 针对不同土质提出了各自的计算方法, 但目前对高填方土压力计算没有统一的计算理论, 鉴于此, 本文依托某实际工程, 采用有限元数值模拟, 分析高填方输煤暗道土压力的分布规律。

1 工程概况

该工程位于山西省北部朔州市, 处于山西、陕西、内蒙国家能源化工基地。地貌为典型的黄土高原沟壑地带, 冲沟发育。地质条件复杂, 覆盖土层依次为深厚冲填土、中等湿陷性黄土、粉质黏土、泥岩碎屑岩和砂岩。暗道所处位置原先地貌为一个冲沟, 开挖完成后, 暗道深度达近40 m, 下层地基土软弱, 且有地下水渗出。暗道西起产品煤槽仓, 东至西岸台地与铁路装车站栈桥, 整个结构物全长230 m, 自西向东1°33'41″, 设计断面为直墙半圆拱形, 净宽5 400 mm, 净高4 200 mm。暗道结构横断面宽7 100mm, 高7 650 mm, 北侧距离边坡6~8 m, 坡角45°~55°;南侧距离边坡6~8 m, 坡角45°~55°, 断面形式为宽胸腔对称沟埋式。现场回填采取震动碾压、分层多阶段完成, 最终回填到地面高度。输煤暗道断面尺寸图如图1。

2 数值模拟分析

根据实际工程, 建立有限元模型如图2所示, 地基处理深度为地下15.0 m, 该深度已经达强风化岩层, 所以建立有限元模型时, 选取结构基础下20 m为深度计算范围。数值分析时, 为了使单元划分不当对计算准确性的影响降到最低, 网格划分采用K-线面映射四边形网格。

填土材料参数分为两类, 从暗道地基面至暗道结构顶部的回填土为粘性黄土;从暗道结构顶部至地基以上30 m高为矿坑渣土和黄土混合形成的杂填土。由于回填料粒径大且级配不均匀, 为了尽可能反映现场实际情况, 回填土参数值选取时, 结构顶面以上回填土粘聚力c取5k Pa, 内摩擦角φ取较大值, 并且假设材料受剪切时不发生剪胀破坏, 所以材料剪胀角φf取为零。材料模拟参数取值如表1所示。

2.1 暗道顶竖向土压力分布规律

暗道顶土压力随填土高度变化情况如图3所示。

A、B、C、D断面是沿巷道纵轴线分布的四个不同位置横断面。从图3可看出暗道结构顶部中心处, 土压力随顶部填土高度增大而增大。土压力增长曲线基本为线性, 且顶部中心处竖向土压力大于土柱法计算结果, 即认为在暗道顶部土体一定范围内中存在应力集中。

经过进一步分析认为, 随着填土高度增加, 暗道顶部土体中没有出现“减荷拱”, 与顾安全的理论相符合。分析认为, 工程中暗道地基经过处理, 当回填高度较大时, 暗道沉降大于两侧土体存在沉降差。此时暗道相对于两侧土体, 有一定下移空间, 有“减荷拱”产生的可能。工程研究理论指出, 回填土中形成“卸荷拱”必须具备两个基本条件:首先必须具有较大的填土高度;其次在土体高压固结后, 顶部及结构周围填土与涵洞或涵管本身存在位移差。而本工程中, 回填土性质差异很大, 颗粒级配不均匀, 且暗道顶部回填土体未经压实, 密实度很差。加之覆土没有经过长时间高应力固结作用, 抗拉强度低。所以即使暗道与周围土体存在沉降差, 上覆土体亦不能自稳而发生破坏, 作用在结构顶部的荷载随填土增高基本呈线性增加, 没有形成“减荷拱”。且实测数据显示, 当填土高度达到顶部以上22.5 m时, 在随后的半个月时间内, 填土高度未变, 但作用在暗道中心处的土压力缓慢增大, 这进一步验证了对于新填未固结土, 暗道结构顶部不能形成“减荷拱”的结论。

2.2 暗道顶平面内土压力分布规律

暗道顶部平面内, 土压力分布不均匀, 在顶部平面以上一定高度内, 结构顶部范围内土压力明显大于结构外侧土压力, 并且在暗道顶部平面内这种现象随着填土高度增加而加剧。

(1) 暗道顶填土高度变化时, 顶部平面内土压力分布规律如图4所示。

从图4可看出, 在暗道顶平面内竖向土压力, 随着填土高度增加而增大。压力分布在暗道中心处最大, 向两侧递减, 到与沟槽边坡接触部位又略微增大。当填土高度增大, 这种现象加剧, 说明在暗道顶部存在应力集中现象, 且应力集中程度与填土高度相关。在与两侧边坡接触部位, 由于摩擦力的作用, 位移相对较小。

(2) 回填至顶部以上22.5 m高度后, 暗道顶部填土内不同高度处土压力分布规律如图5所示。

从图5可看出, 暗道顶部土压力分布向结构中心部位集中的现象, 从暗道表面向地表递减。在暗道顶部附近, 这种集中现象十分显著。在顶部以上13 m高度位置, 这种土压力分布不均现象很弱, 可将暗道顶部13 m高度平面假定为等沉面。

2.3 暗道侧土压力分布规律

暗道侧部竖向土压力与侧向土压力变化关系曲线如图6所示。

通过图6实测数据分析可知, 受暗道侧部沟槽边坡摩阻力影响, 暗道侧竖向土压力在地基面上2 m最大, 地面处最小, 分布呈“D”形。暗道侧部侧向土压力, 在距离地基面2 m左右数值最大, 地面最小。

数值模拟结果与测试结果类似, 分析认为造成这种差异的原因是, 回填土荷载在向下传递过程中, 受到边坡的摩阻力作用只有有限的土体荷载作用到了地基上。而在结构底部暗道基底沉降大于两侧, 在土体荷载下, 结构沉降大于两侧土体。由于结构面摩擦效应未及时传递到结构表面, 导致底部接近地基面处土压力最小。

从图7可以看出, 暗道侧部侧向土压力与竖向土压力比值总保持在0.47~0.55之间, 在地基面处最小, 向结构顶部增大。侧向土压力系数相比可列恩的经验系数和朗肯主动土压力系数偏大, 与静止土压力系数最接近。

3 结论

通过有限元对高填方输煤管道工程数值模拟, 研究了土压力分布规律, 笔者得出了3个结论:

1) 由于暗道结构与回填土间的刚度差异, 沉降发生后回填土内外土柱间的摩擦和拖拽力, 使暗道顶面以上土体位移, 两边大, 中间小;顶部土压力分布中间大, 两侧小。当回填到顶部以上13 m高度后, 这种分布不均现象消失, 即认为达到我们所说的“等沉面”。

2) 暗道顶填土高度较低时, 顶部中心处土压力集中系数呈增大趋势, 当填土高度较大时, 土压力集中系数开始减小, 最终趋向稳定。

3) 填土高度较大时, 暗道侧部水平向、竖向土压力随填土高度增加变化很小, 水平向土压力与竖向土压力比值保持在0.47~0.55之间, 与静止土压力系数接近。

参考文献

[1]克列恩.散粒体结构力学[M].陈万佳, 译.北京:中国铁道出版社, 1983.

[2]孙长生.黄土地区公路跨越深沟建筑物问题的探讨公路[J].岩土工程学报, 1983, 5 (12) :10-15.

[3]顾安全.上埋式管道及洞室垂直土压力的研究[J].岩土工程学报, 1981, 3 (1) :3-15.

[4]顾安全, 赵玉琼.关于“黄土地区公路跨越深沟建筑物问题的探讨”一文的讨论[J].岩土工程学报, 1983, 5 (12) :22-24.

[5]郭婷婷, 顾安全.减荷措施下涵洞土压力与填土变形数值计算[J].交通运输工程学报, 2010, 10 (5) :12-16.

[6]冯忠居, 顾安全.大型沟埋式管道侧向土压力的研究[J].西安公路学院学报, 1995, 15 (1) .

[7]冯忠居.大型沟埋式蛋型管道土压力的非线性有限元分析[J].西安公路交通大学学报, 1996, 16 (4) .

[8]冯忠居.路基中涵洞结构物受土压力作用机理分析[J].内蒙古公路与道输, 2000, 25 (1) .

[9]冯忠居, 张新占.涵洞土压力与填土沉降差关系分析[J].内蒙古公路与运输, 2002, 27 (1) .

[10]王秉勇.涵洞顶填土压力的讨论及计算[J].铁道工程学报, 2002, 19 (2) :50-54.

井间地层压力分布预测方法及应用 篇6

在油田开发中能够获取井间地层压力分布的准确性尤为重要[1]。从国内外来看,王庆魁等人利用密度与声波测井资料,运用等效深度法预测油藏的地层压力分布,但是精确性一般[2,3]。在国外确定平均地层压力的方法基本上都是关井测压力恢复曲线,然后再用MBH法、MDH法、Dietz法和扩展的Muskat法确定[4,5,6]。这都需要压力恢复的相关数据,或者局限于拟稳态及生产时间很长,所以不可避免会有一定的误差。

1井间地层流压分布模型

无限大地层中存在等产量一源一汇,B和A。井半径为RW,产量用q表示,两井相距2a,汇的井底压力PW,源的井底压力PH,地层压力Pe,单相不可压缩液体,服从达西定律稳定渗流规律。

根据势叠加原理可写出地层中任意一点M的势

$\Phi {}_{{\rm M}}=\frac{q}{2\text{π}}\ln \frac{R{}_1}{R{}_2}+C(1)$

R1,R2—分别为M点至生产井和注水井的距离。

在A井井壁上$Ф=Ф{}_w‚\Phi {}_w=\frac{{\rm K}}{\mu }{\rm P}{}_w‚R{}_1=R{}_w$, 由于Rw<<2a ,因此可取R2≈2a,则有:

$\Phi {}_w=\frac{q}{2\text{π}}\ln \frac{R{}_W}{2a}+C(2)$

在B井井壁上, Ф=ФH , R1≈2a, R2=Rw,得:

$\Phi {}_{{\rm H}}=\frac{q}{2\text{π}}\ln \frac{2a}{R{}_w}+C(3)$

式(3)减去式(2)得:

$q=\frac{\text{π}(\Phi {}_{{\rm H}}-\Phi {}_w)}{\ln \frac{2a}{R{}_w}}；Q=\frac{\text{π}{\rm K}h({\rm P}{}_{{\rm H}}-{\rm P}{}_w)}{\mu \ln \frac{2a}{R{}_w}}(4)$

式(4)为生产井的产量公式。

若将点M放在供给边缘上,则ΦM=Φe,R1=R2=Re,因此有:

$\Phi {}_e=\frac{q}{2\pi }\ln \frac{R{}_e}{R{}_e}+C；\Phi {}_e=C(5)$

式(5)代入式(3)得:

$q=\frac{2\text{π}(\Phi {}_{{\rm H}}-\Phi {}_e)}{\ln \frac{2a}{R{}_w}}(6)$

也可用式(6)计算产量。根据以上的相关公式求出压力分布

用式(1)减去式(2)得:

$\begin{array}{l}\Phi {}_{{\rm M}}=\Phi {}_w+\frac{q}{2\text{π}}\ln \left(\frac{R{}_1}{R{}_2}\frac{2a}{R{}_w}\right)(7)\\ {\rm P}{}_{{\rm M}}={\rm P}{}_w+\frac{Q\mu }{2\text{π}{\rm K}h}\ln \left(\frac{R{}_1}{R{}_2}\frac{2a}{R{}_w}\right)(8)\end{array}$

用式(1)减去式(3)得:

$\begin{array}{l}\Phi {}_{{\rm M}}=\Phi {}_{{\rm H}}+\frac{q}{2\text{π}}\ln \left(\frac{R{}_1}{R{}_2}\frac{R{}_w}{2a}\right)(9)\\ {\rm P}{}_{{\rm M}}={\rm P}{}_{{\rm H}}+\frac{Q\mu }{2\text{π}{\rm K}h}\ln \left(\frac{R{}_1}{R{}_2}\frac{R{}_w}{2a}\right)(10)\end{array}$

用式(1)至式(10)的每一个公式均可计算一源一汇时任意一点M处的压力或势[7]。

2注、采井井底流压分布模型

2.1注水井井底流压模型

根据破裂压力计算的是注水井井底流压的最高上限值,而井底流压和注水量的实际对应关系可以根据式(11)求得。

${\rm P}{}_{wf}={\rm P}{}_t+\frac{\rho {}_w{\rm H}}{101.972}-\frac{1}{4.696\times 10{}^{11}}\frac{\lambda {\rm H}\rho {}_{w}Q{}_w^2}{2gD{}^5}(11)$摩阻系数λ由雷诺数和相对粗糙度来确定。

当Re≤2 000时:λ=64/Re。

当2 000<Re≤59.7/ε8/7时:$\lambda =0.3164/\sqrt[4]{Re}$;

当59.7/ε8/7<Re<(665-765lgε)/ε时:

$1/\sqrt{\lambda }=-1.811g[6.8/Re+(\text{Δ}/3.7D){}^{1.11}];$

当Re≥(665-765lgε)/ε时:

$\lambda =1/\left(21g\frac{3.7D}{\text{Δ}}\right){}^2$。

其中:ε=2Δ/D。

2.2抽油井井底流压模型

抽油井流动压力的测算,可按API抽油井参数计算方法计算。根据不同含水阶段的泵口压力、泵挂深度与油层中部深度,用逐次迭代法求得合理的井底压力。

Pwf=(Pt+0.101 34)e11.4×10-5Ld·rg+0.009 806 65×

[(Le-Ld)ro+(Lb-Le)rLFx+(LH-Hb)rL] (12)

式(12)中,$F{}_x=A{}_1+{\displaystyle \sum _{i=2}^{13}A}{}_{i}X{}^{i-1}$。

A1～A13为常数,分别为:

A1=0.330 264 4,A2=-0.464 329 55,A3=

2.382×10-2,A4=-1.181 994,

A5=-1.404 045 243,A6=8.630 592 656,A7=22.453 885 14,

A8=8.297 3262 54,A9=-36.516 294 36,A10=-64.313 187 01,

A11=-49.956 202 48,A12=-21.102 228 02,A13=-0.437 799 816 8,

X=1g3.111 66×10-6Qg/A${}_p^{0.4}$,

p=(pt+0.101 34)e11.4×10-5Ld·rg+0.009 806 65×

[(Le-Le)·r0+(Lb-Le)rLFx]。

其中泡点深度Lb采用试算法得到,取初值Fx=0.4。

3地层压力分布预测方法及应用

3.1地层压力分布预测技术

利用前面的理论研究,编制地层压力分布预测计算机程序语言和计算模块,通过建立数学模型进行求解,从而获得计算公式,最后利用协同克里金等精简参数预测技术,建立井间真实的压力场数据。井间地层压力预测技术的步骤具体如下:

(1)获得地层压力分布计算公式。通过建立复杂非均质油藏压力响应数学模型,并且通过对数学模型求解,从而得到压力分布公式。

(2)获取地层压力、油水井井底流压等参数。优选出垂直两相管流压降模型,利用该垂直管两相流动压降计算公式来求取压力参数[8]。

(3)建立注采井间压力分布关系曲线。利用从现场中所获得的压力数据和压力分布数学模型建立关系曲线。

(4)建立真实的压力场数据。利用协同克立金等井间参数预测技术来建立压力场。

3.2二区七断块的现场应用

根据本文建立的井间压力场分布预测技术,绘制了二区七断块历年压力场分布图,从历年分布图可以得出以下几个特点。

(1)随CDG向地层深部推移,注CDG后地层压力有所上升,而注水压差存在先升后降的特点。

在注入量变化不大、没有措施的影响以及周围邻井工作制度等没有变化的情况下,在注CDG后地层流体流动能力明显变困难,联浅2-15、联浅2-13-3、联浅3-14K等多口井井口压力呈上升趋势,且上升幅度较大(升幅在2-3.0 MPa之间),地层压力保持程度越来越高,油井产液能力得到一定程度的改善。

在CDG剂向地层推进过程中,CDG剂残余阻力下降,无因次压力导数曲线呈下降趋势,CDG剂增油能力将受到一定程度影响,后期应适当进行补充。

(2)受井网完善程度和控制程度的影响,地层压力东北部高西南部低。

从二区七断块油水井分布状况来看,区块东北部地层压力保持程度较高,基本形成了排状注水格局;而西南部水井较少,西北方向基本没有水井控制。受注采井网不完善影响,地层压力东北高、西南低,后期注采调整过程中应加强西南部注水,同时建议港1-54-1井转注。

4结论

(1)利用测井资料解释分析可以预测出油藏的地层压力分布,但对于非均质性严重油藏平均地层压力常规方法不适用。

(2)搞好地层压力预测技术,可为钻井泥浆比重设计提供科学依据,大幅度节约钻井成本,缩短钻井周期。

(3)该方法通过对理论模型研究,克服以往井数少而难以获得准确地层压力分布的缺点,在预测井间地层压力分布时能够获得准确的数据,为油田开发提供了准确的参数依据。

参考文献

[1]李刚毅.地层压力预测技术及应用研究.成都:成都理工大学,2009

[2]彭真明,肖慈询,杨斌,等.地震、测井联合预测地层压力的方法.石油地球物理勘探,2000;35(2):170—174

[3]孙武亮,孙开峰.地震地层压力预测综述.勘探地球物展,2007;30(6):428—432

[4] Matthews C S,Brons F,Hazebroek P:A method for determination ofaverage pressure in a boundary reservoir.Trans,AIME,1954;201:182—191

[5] Miller C C,Dyes A B,Hutchinson C A Jr.The estimation of permea-bility and reservoir pressure from bottom-hole pressure build-up Char-acteristics.Trans,AIME,1950;189:91—104

[6] Dietz D N.Determination of average reservoir Pressure from build-upsurveys.JPT,Aug,1965:955—959

[7]葛家理,宁正福,刘月田,等.现代油藏渗流力学.北京:石油工业出版社,2001

分布压力 篇7

本文运用理论分析和数值模拟的方法, 研究回采过程中煤体顺层钻孔对瓦斯压力分布的影响, 为完善工作面瓦斯防治体系提供参考依据。

1 煤层瓦斯吸附模型

应用较为广泛的瓦斯吸附模型为Feundlich模型。Feundlich模型是研究多孔介质吸附的一个经验规律[3], 其方程如下:

其中, a、n为常数。Feundlich模型是在大量的试验和经验推导得来的, 其优点在于使用方便, 但是其没有明确的物理意义。

2 建立模型

2.1 多物理场耦合软件COMSOL-Multiphysics介绍

COMSOL-Multiphysics的最大特点就是可以对多种物理场进行耦合计算, 借助COMSOL-Multiphysics的多物理场功能, 用户可以随意选择自己需要的物理场, 并且定义物理场之间的作用关系, 用户也可以输入自己的偏微分方程 (PDE) , 并指定它与其他方程或物理之间的关系。

2.2 模型几何尺寸

本模型以某矿为基础。煤层平均倾角为7°, 因此模型中煤岩层按水平来建立。模型为二维模型, 模型尺寸不受工作面长度的影响, 长×宽=190m×55m, 两个边界煤柱均为50m。

3 模拟结果分析

分析回采过程中煤体瓦斯压力变化曲线与超前支承压力变化曲线主要有以下几个特点:

(1) 钻孔超前煤壁距离为15m时, 钻孔与煤壁之间的区域, 煤体瓦斯压力在靠近工作面煤壁的位置达到峰值 (瓦斯压力峰值为2.4MPa, 距离煤壁4m) , 然后随着与煤壁距离逐渐减小而缓慢减小;在钻孔附近, 煤体瓦斯压力突然减小, 并且越接近钻孔的区域瓦斯压力减小速度越大 (具体反映在曲线斜率上) , 最后随着与钻孔距离逐渐增大, 煤体瓦斯压力又逐渐恢复到1.5MPa。

(2) 钻孔超前煤壁距离为9m时, 距离煤壁3.5m的位置, 煤体瓦斯压力达到峰值 (2.2MPa) , 峰值之后没有出现瓦斯压力缓慢下降的过程, 而是随着与钻孔距离的减小, 瓦斯压力急剧下降, 并且越接近钻孔瓦斯压力减小速度越大, 最后随着与钻孔距离逐渐增大, 煤体瓦斯压力又逐渐恢复到1.5MPa, 因为此时钻孔周围煤体瓦斯渗透率较大, 钻孔附近煤体瓦斯压力减小和增大的幅度均大于超前距离为15m的钻孔。

(3) 钻孔超前煤壁距离为7m时, 距离煤壁3m时煤体瓦斯压力达到峰值 (1.4MPa) , 随着与钻孔距离的减小, 与钻孔超前煤壁距离为9m时相比, 瓦斯压力下降更加剧烈, 并且越接近钻孔瓦斯压力减小速度越大, 最后随着与钻孔距离逐渐增大, 煤体瓦斯压力又逐渐恢复到1.5MPa。可以看出, 此时钻孔位于超前支承压力峰值处, 瓦斯压力由于钻孔的卸压作用而明显减小。

(4) 钻孔超前煤壁距离为5m时, 距离煤壁3m时煤体瓦斯压力达到峰值 (1.1MPa) , 随着与钻孔距离的减小, 瓦斯压力下降更加剧烈, 并且越接近钻孔瓦斯压力减小速度越大, 最后随着与钻孔距离逐渐增大, 煤体瓦斯压力逐渐增大, 直到达到第二个峰值 (超前工作面7m处, 为1.8MPa) 之后, 又开始缓慢下降到1.5MPa, 第二个峰值是因为超前支承压力集中引起的, 因为垂直应力峰值的位置也是位于超前工作面7m处。

(5) 钻孔超前煤壁距离为1m时, 距离煤壁0.7m时煤体瓦斯压力达到峰值 (0.7MPa) , 随着与钻孔距离的减小, 瓦斯压力下降更加剧烈, 并且越接近钻孔瓦斯压力减小速度越大, 最后随着与钻孔距离逐渐增大, 煤体瓦斯压力逐渐增大, 直到达到第二个峰值 (超前工作面7m处, 为2MPa) 之后, 又开始缓慢下降到1.5MPa。

4 结论

通过分析工作面回采过程中, 顺层钻孔对煤体瓦斯压力的影响, 得出钻孔超前工作面<7m时, 瓦斯压力降低幅度显著, 瓦斯抽采效果较好。

摘要：本文以某矿己15-12050工作面为研究对象, 运用COMSOL-Multiphysics数值模拟构建顺层钻孔抽采瓦斯模型, 分析回采过程中顺层钻孔周围煤体瓦斯压力分布情况。论文研究结果为采煤工作面顺层钻孔拆除时机提供了科学依据, 对完善工作面瓦斯防治体系具有一定参考价值。

关键词：顺层钻孔,瓦斯压力,瓦斯治理

参考文献

[1]周凤增, 殷作如.深部采煤工作面瓦斯涌出受采动影响数值模拟的研究[J].中国煤炭, 2005, 34 (11) :44-46.

[2]朱万成, 等.基于数字图像处理技术的煤层瓦斯渗流过程数值模拟闭[J].煤炭学报, 2009, 34 (l) :18-23.

支承压力分布的采厚与时步效应 篇8

因此，深入研究支承压力的分布特点，掌握其分布规律，这样才能充分发挥大采高的优势，实现高产高效。

支承压力是上覆岩层运动的结果，支承压力的分布特征和上覆岩层的结构密切相关，二者是一因果关系。当受采动影响后，煤壁前方支承压力一般随着采场的推进呈动态变化。

工作面推进速度与推进距离影响着上覆岩层运动结构，进而影响着支承压力分布;同时，采高加大后，煤壁加高，上覆岩层结构也会发生改变，支承压力分布也会受到影响。因此，本文以潘三矿1771(3)面地质条件为工程背景从不同采高、不同推进速度、不同推进距离研究1771(3)煤壁前方支承压力分布规律。

1 1771(3）面煤层赋存条件

潘三矿1771(3)综采面走向长1118m，倾向长161m，地面标高为+18.4～+20.2m，工作面标高-556～-607m，该面回风巷布置在上区段采空区。

平均煤厚为4.7m，煤层倾角4～9°，平均6°。该面煤层结构稳定，但普遍发育二层炭质泥岩或泥岩夹矸。该面回风巷采用5m左右的煤柱护巷，上下平巷均采用锚网索支护。该面采用后退式走向长壁一次采全高大采高综采开采方法。

2 工作面前后支承压力分布特点

采煤工作面前后的支承压力分布如图1所示。

A—原岩应力区;B—应力增高区;C—应力降低区;D—应力稳定区

可将其分为原岩应力区、应力降低区、应力增高区，其分布特点如下:

1)工作面前方煤壁几乎支承着整个采场上方断裂带及其上覆岩层绝大部分重量，因此，煤壁前方支承压力值的大小远比采场后方处支承压力大。

2)在断裂带内形成了以煤壁和采空区上方冒落矸石带为前后支承点的拱式平衡结构，因此，整个采场作业空间都是处于卸压带范围内。

3)采场前方煤壁和采空区上方冒落带是随着开挖距离和开挖时间不断向前移动的，因而煤壁前方支承压力也随着开挖不断向前移动，最终趋于稳定。

3 数值模拟

为了获得工作面煤壁前方支承压力分布规律与采高及时步的关系，本文利用有限差分程序FLAC3D进行数值模拟。模拟不同采高、不同推进速度度下，工作面上方老顶中垂直应力变化情况。

3.1 模型建立

为了全面、系统分析工作面前方支承压力采厚与时步效应，以潘三矿1771(3)工作面地质和开采技术条件为背景，建立FLAC[3]D三维计算模型进行数值模拟。模型沿走向长100m，沿倾斜宽200m，模型建立高度60m。模型中包括煤层及顶底板岩层，煤层厚度5m，工作面倾斜长度160m。三维模型共划分有300000个三维单元，共333720个节点，图2是三维计算模型网格图，模型侧面限制水平移动，模型底面限制垂直移动，模型上部施加垂直载荷模拟上覆岩层的重量。

3.2 数值模拟结果分析

由于工作面的开采将会引起应力场重新分布，在工作面前方会形成垂直应力和水平应力集中，垂直应力集中后形成超前支承压力。

3.2.1 不同采高条件下煤壁前方支承压力分布

由FLAC3D数值模拟结果，并提取个单元计算的应力变化值可以得到不同采高条件下煤壁前方支承压力分布曲线图，如图3所示。

从图3分析可得：

1)大采高工作面当采高为3m时，支承压力峰值点位置在煤壁前方9～13m处，支承压力集中系数约为1.2～1.6;当采高为4m时，支承压力峰值点位置在煤壁前方11～15m左右，支承压力集中系数为1.23～1.62，变化不大。采高5m时，支承压力峰值点位置在煤壁前方15～19m处，支承压力集中系数为1.2～1.66。因此，大采高工作面随着采高的增加，支承压力峰值点位置前移，支承压力集中系数则不发生明显变化。

2)采高3 m时，支承压力的剧烈影响范围为煤壁前方5～30 m内;采高4m时，支承压力的剧烈影响范围为煤壁前方8～38m内;采高5m时，支承压力的剧烈影响范围为煤壁前方11～43m，因此，大采高工作面随着采高的增加，支承压力的剧烈影响范围不断增大。

3.2.2 开挖步数与煤壁前方支承压力的关系

在高产高效矿井中，大采高工作面随着机械化程度提高，工作面推进速度就会加快，采动后达到稳定的时间就会缩短，煤壁前方支承压力就会存在滞后的情况。本论文通过模拟大采高工作面采高为5m，推进距离为10m时，研究不同的稳定步数与煤壁前方支承压力的变化关系，结果如图4所示。

从图4分析可以得到：

1)大采高工作面，当稳定时间步数为5000步时，支承压力峰值点处的应力集中系数1.19;当稳定时间步数为6000步时，支承压力峰值点处的应力集中系数1.22;当稳定时间步数为7000步时，支承压力峰值点处的应力集中系数1.27。因此，当工作面推进速度加快时(也就是稳定的时间变短)，煤壁前方支承压力就会降低;随着稳定时间步数增加，支承压力集中系数大小就会增加，但是支承压力值的大小增加的并不明显。

2)大采高工作面，当稳定时间步数为5000步时，未受采动影响区范围为煤壁前方35～60m处;当稳定时间步数为6000步时，未受采动影响区范围为煤壁前方36～61m处;当稳定时间步数为7000步时，未受采动影响区范围为煤壁前方34～62m处;因此，随着开挖后稳定时间步数的增加，采场煤壁前方支承压力最后都会趋于一致，支承压力的大小接近于原岩应力值。

4 结论

1)一次采高的大小对工作面煤壁前方支承压力分布有明显影响，随煤层一次开采高度的增加，开采扰动的范围和支承压力分布的范围扩大，支承压力峰值随着采高的增大，逐渐向煤壁深处前移，超过峰值点后，支承压力曲线就会单调下降趋势。

2)大采高工作面采高加大后，原老顶位置处的岩层就不再形成砌体梁结构，相反会发生滑落失稳，最后破断像直接顶一样垮落，冒落带范围就会增大，相应的裂隙带的高度也会增加。采高增大后，工作面矿压显现更加剧烈，随着采高的增加，直接顶冒落的范围也会增大。

3)工作面的推进速度会影响到煤壁前方支承压力的分布，推进速度很快的工作面矿压显现不剧烈，这样就有助工作面的支护。

摘要：以潘三矿1771(3)工作面地质条件为研究背景,采用FLAC3D数值模拟程序对不同采高(3m,4m,5m)以及不同的稳定时步(5000,6000,7000)进行模拟研究。研究表明:不同采高工作面围岩支承压力分布规律存在明显差异,随着煤层一次采高的增加,工作面煤体内支承压力峰值呈下降趋势,峰值位置超前工作面距离增大,工作面推进速度的快慢将影响到超前支承压力的显现,快速推进的工作面矿压显现不明显。

关键词：大采高开采,支承压力,数值模拟,采厚与时步效应

参考文献

[1]钱鸣高,石平五.矿山压力与岩层控制.徐州:中国矿业大学出版社,2003.

[2]弓培林.大采高采场围岩控制理论及应用研究.太原:太原理工大学博士学位论文,2006.

[3]谢广祥.采厚对工作面及围岩应力壳的力学特征影响研究[J].煤炭学报,2006.

[4]蒋金泉.采场围岩应力与运动.北京:煤炭工业出版社,1993.

[5]陈忠辉,谢和平.综放采场支承压力分布的损伤力学分析[J].岩石力学与工程学报,2000.

分布压力 篇9

关键词：女童,肥胖,足底压力

前言

全世界约有16亿的儿童,其中超重与肥胖的儿童超过总人数的10%[1],而多达70%的儿童期肥胖有发展成为成人肥胖的趋势[2]。

对肥胖儿童的研究始于儿童肥胖可影响下肢骨骼肌肉的发育、改变步态特征和足型结构[3,4,5]。

目前,国内外对于富营养儿童的足底压力研究主要是与成人进行对比研究[6,7];对肥胖儿童的足底压力研究主要集中在时—空参数、运动学参数、肌电图分析以及足底压力参数[8,9,10,11]。对于不同年龄段人群的研究目前鲜有所见。

国内王永慧等[12]做过有关青年人、中年人和老年人的足底压力对比分析,发现年龄是影响足底压力的因素之一。

乔刚等[13]的研究发现青年人与老年人足底压力无明显差异。

Filippin[14]认为健康人的足底压力与年龄、体重、步速等密切相关。

目前,尚未有研究显示,不同年龄段正常儿童与肥胖儿童的足底压力是否存在差异,为排除性别差异,本研究仅探讨年龄对肥胖女童的足底压力的影响,旨在发现不同年龄段肥胖女童的足底压力是否存在规律性变化,为肥胖女童的医疗保健、肥胖控制以及鞋楦底样设计,提供可靠的数据支撑。

1 试验方法及过程

1.1 试验对象

注:B1:偏瘦;B2:正常;B3:超重;B4:肥胖;组1,B1和B2 (偏瘦和正常,对照组)组2.B3和B4 (超重和肥胖,试验组)。

从山东某小学和某中学随机选取197名女童,年龄在7～13岁之间,无重大疾病史,下肢无病变且活动正常。

排除由于测试故障、扁平足造成的失效样本共计19例,有效样本数为178例。

将所有有效受试者划分为7个年龄段,并根据中国肥胖工作组对中国学龄儿童超重、肥胖筛查BMI(体重指数,body mass index)的标准进行分类,将受试儿童分为非肥胖组(组1,对照组)和肥胖组(组2,试验组),见表1。

表2为各年龄段两组受试儿童的基本信息。本试验完全遵循《赫尔辛基宣言》,不涉及个人隐私及权利,受试者均自愿参与试验且签署知情同意书。

1.2 试验仪器

利用身高体重测量计,对每位受试者的身高和体重进行严格的测量,精确到小数点后1位。

足底压力测试采用Footscan足底压力测试板(Rscan公司,比利时)。测试板基本参数:板长为1m,板宽为0.4m,传感器个数为4个/cm2,采样频率为425Hz,测试量程0～200N/cm2,见图1。

1.3 试验方法及过程

测试前,受试者需除去鞋袜,在试验人员的指导下练习几次。

试验方法采用“两步法”,即受试者以正常步态通过测试板,必须保证左右脚各有且仅有一次踩在测试板的感应区内。每位受试者均记录3～5次完整有效的试验过程。

1.4 数据处理

采用Footscan 7 gait 2nd generation (V7.97),对足底进行分区,根据试验所需,将足底分为10个解剖学区域,见图2。

每位受试者选取右足3次有效的试验数据,导出试验所需的压力、压强、压强变化率、压强—时间积分以及冲量数据,均表示为均值±标准差()的形式。

采用SPSS 17.0医学统计软件,对数据进行分析。用单样本Kolmogorov-Smirnov (K-S),检验数据是否服从正态分布,再用独立样本T检验,进行组间分析;当数据不服从正态分布时,则采用非参数Mann-Whitney检验,进行组间分析;用Pearson相关分析,计算变量间的相关性。

注:**、*,在p=0.01、p=0.05的水平上,具有显著性差异

2 试验结果

2.1 各年龄段女童足底压强特征

从表3中可以看出,对于两组儿童的各分区压强峰值,均表现为第2～4跖骨区域(M2～4)所受压强最大,其次为足跟区域(HM,HL),第2～5趾骨区域(T2～5)以及中足区域(MF)所受压强最小。

注:同表3

总体来说,各年龄段试验组各区域的压强峰值均大于对照组,并且显著性差异主要集中在第3～5跖骨区域(M3～5),中足区域(MF)和足跟区域(HM,HL)。

表4为压强变化率,两组儿童足底各区域的变化顺序为,对照组:HL>HM>M2～4>MF>M5>T1>M1>T2～5;试验组:HL>HM>M2～4>MF>M1>T1>M5>T2～5。

从数值上来看,除第2～5趾骨区域(T2～5)、足跟区域(HM,HL),其余部位均表现为试验组大于对照组,然而在足跟区域(HM,HL),有多个年龄段的儿童表现为对照组大于试验组。总体来说,并无显著性差异存在。