Підвищення стійкості підземних виробок шляхом формування нових геотехнічних властивостей прилеглих шарів методом роликового ущільнення

Purpose. To create a model reproducing the process of forming geotechnical properties of the rock massif adjoining circuit of underground excavation by roller compaction method incorporating hardening and creating the zone of slow plastic deformation. Methods. Modelling the main technological parameters of manufacturing process as for adjoining circuit of the tunnel: distribution of normal pressures and heights of the core seal depending on the main strength and deformation properties of rock massif, geometry and characteristics of the contact area of roller working body with the working medium. Findings. The choice of the computational model simulating the formation of adjoining mountain contour properties by roller method has been justified taking into account the processes caused by soil deformation: appearance of elastic and plastic deformation, change of soil characteristics, formation of compaction core. The main stages and parameters interrelations in modelling the processing of the tunnel adjoining zone are shown. Originality. Scientific novelty is referred to the development of a method to analyze contact interaction of the roller working body of a molding machine with the massif, considering changes in the process of the treated medium physical and mechanical properties stabilization, with the aim to predict the required stress and depth of the formed layer. Practical implications. The research allowed to infer theoretical fundamentals for the formation of geotechnical properties inherent to the adjoining contour of underground excavation by roller method, taking into account peculiarities of soil deformation and contact interaction of the working body with the environment which allows to improve the tunnel construction technology by strengthening the carrying capacity of the marginal massif. The obtained results are instrumental in determining parameters of the elastic and plastic deformations zone with the view to establishing its height and stresses.Мета. Створення моделі процесу формування геомеханічних властивостей прилеглого контуру гірського масиву підземної виробки методом роликового пресування з урахуванням зміцнення і створення зони уповільнененої пластичної деформації. Методика. Змодельовані основні технологічні параметри процесу обробки прилеглого контуру тунелю: розподіл нормальних тисків і висоти ядра ущільнення у залежності від основних характеристик міцності та деформаційних властивостей гірського масиву, геометрії й особливостей зони контакту роликового робочого органу з оброблюваним середовищем. Результати. Обґрунтовано вибір розрахункової моделі процесу формування властивостей прилеглого контуру гірського масиву роликовим методом з урахуванням виникаючих процесів при деформації ґрунтів: виникнення пружної та пластичної деформацій, зміна характеристик ґрунту, виникнення ядра ущільнення. Показані основні етапи та взаємозв’язки параметрів при моделюванні процесу обробки прилеглої зони тунелю. Наукова новизна. Наукова новизна полягає у розробці методу аналізу контактної взаємодії роликового робочого органу формуючого агрегату з масивом із урахуванням зміни в процесі стабілізації фізико-механічних властивостей оброблюваного середовища, метою якого є прогнозування необхідних напружень і глибини сформованого шару. Практична значимість. Створено теоретичні основи формування геотехнічних властивостей прилягаючого контуру підземної виробки роликовим методом з урахуванням особливостей деформації ґрунтів та контактної взаємодії робочого органу з оброблюваним середовищем, які дозволяють удосконалити технологію будівництва тунелів шляхом посилення несучої здатності приконтурного масиву. Отримані результати дозволяють визначити параметри зони пружних і пластичних деформацій з метою встановлення її висоти і виникаючої напруги.Цель. Создать модель процесса формирования геотехнических свойств прилегающего контура горного массива подземной выработки методом роликового прессования с учетом упрочнения и создания зоны замедленной пластической деформации. Методика. Смоделированы основные технологические параметры процесса обработки прилегающего контура тоннеля: распределение нормальных давлений и высоты ядра уплотнения в зависимости от основных прочностных и деформационных свойств горного массива, геометрии и особенностей зоны контакта роликового рабочего органа с обрабатываемой средой. Результаты. Обоснован выбор расчетной модели процесса формирования свойств прилегающего контура горных массива роликовым методом с учетом возникающих процессов при деформации грунтов: возникновения упругой и пластической деформации, изменение характеристик почвы, возникновение ядра уплотнения. Показаны основные этапы и взаимосвязи параметров при моделировании процесса обработки прилегающей зоны тоннеля. Научная новизна. Научная новизна заключается в разработке метода анализа контактного взаимодействия роликового рабочего органа формующего агрегата с массивом с учетом изменения в процессе стабилизации физико-механических свойств обрабатываемой среды, целью которого является прогнозирование необходимых напряжений и глубины сформированного слоя. Практическая значимость. Созданы теоретические основы формирования геотехнических свойств прилегающего контура подземной выработки роликовым методом с учетом особенностей деформации грунтов и контактного взаимодействия рабочего органа с обрабатываемой средой, которые позволяют усовершенствовать технологию строительства тоннелей путем усиления несущей способности приконтурного массива. Полученные результаты позволяют определить параметры зоны упругих и пластических деформаций с целью установления ее высоты и возникающих напряжений.The authors express their gratitude to the staff of the Department of Computer Material Engineering of Superhard Composite Materials at V. Bakul Institute for Superhard Materials of the National Academy of Sciences of Ukraine for providing test instrumentation system

A new class of photo-catalytic materials and a novel principle for efficient water splitting under infrared and visible light - MgB2 as unexpected example

Water splitting is unanimously recognized as environment friendly, potentially low cost and renewable energy solution based on the future hydrogen economy. Especially appealing is photo-catalytic water splitting whereby a suitably chosen catalyst dramatically improves efficiency of the hydrogen production driven by direct sunlight and allows it to happen even at zero driving potential. Here, we suggest a new class of stable photo-catalysts and the corresponding principle for catalytic water splitting in which infrared and visible light play the main role in producing the photocurrent and hydrogen. The new class of catalysts based on ionic binary metals with layered graphite-like structures which effectively absorb visible and infrared light facilitating the reaction of water splitting, suppress the inverse reaction of ion recombination by separating ions due to internal electric fields existing near alternating layers, provide the sites for ion trapping of both polarities, and finally deliver the electrons and holes required to generate hydrogen and oxygen gases. As an example, we demonstrate conversion efficiency of 27 percent at bias voltage bias 0.5 V for magnesium di-boride working as a catalyst for photo-induced water splitting. We discuss its advantages over some existing materials and propose the underlying mechanism of photo-catalytic water splitting by binary layered metals

Precise and ultrafast molecular sieving through graphene oxide membranes

There has been intense interest in filtration and separation properties of graphene-based materials that can have well-defined nanometer pores and exhibit low frictional water flow inside them. Here we investigate molecular permeation through graphene oxide laminates. They are vacuum-tight in the dry state but, if immersed in water, act as molecular sieves blocking all solutes with hydrated radii larger than 4.5A. Smaller ions permeate through the membranes with little impedance, many orders of magnitude faster than the diffusion mechanism can account for. We explain this behavior by a network of nanocapillaries that open up in the hydrated state and accept only species that fit in. The ultrafast separation of small salts is attributed to an 'ion sponge' effect that results in highly concentrated salt solutions inside graphene capillaries

Hydrophobization of Track Membrane Surface by Magnetron Sputter Deposition of Ultra-high Molecular Weight Polyethylene

Method for the formation of polymer coatings on the poly(ethylene terephthalate) track-etched membrane surface by magnetron sputter deposition of ultra-high molecular weight polyethylene in a vacuum is considered. The surface morphology and chemical structure of nanoscale coatings have been investigated. It is shown that the application of the ultra-high molecular weight polyethylene-like coatings leads to hydrophobization of the membrane surface, the degree of which depends on the coating thickness. Besides, the usage of this modification method leads to smoothing of structural inhomogeneity of the membrane surface, a decrease in pore diameter, and alteration of pore shape. The investigation of the chemical structure of deposited coatings by XPS method showed that they contain a significant concentration of oxygen-containing functional groups. The composite membranes of the developed sample can be used in the process of desalination of seawater by the method of membrane distillation

Singular-phase nanooptics: towards label-free single molecule detection

Non-trivial topology of phase is crucial for many important physics phenomena such as, for example, the Aharonov-Bohm effect 1 and the Berry phase 2. Light phase allows one to create "twisted" photons 3, 4 , vortex knots 5, dislocations 6 which has led to an emerging field of singular optics relying on abrupt phase changes 7. Here we demonstrate the feasibility of singular visible-light nanooptics which exploits the benefits of both plasmonic field enhancement and non-trivial topology of light phase. We show that properly designed plasmonic nanomaterials exhibit topologically protected singular phase behaviour which can be employed to radically improve sensitivity of detectors based on plasmon resonances. By using reversible hydrogenation of graphene 8 and a streptavidin-biotin test 9, we demonstrate areal mass sensitivity at a level of femto-grams per mm2 and detection of individual biomolecules, respectively. Our proof-of-concept results offer a way towards simple and scalable single-molecular label-free biosensing technologies.Comment: 19 pages, 4 figure

Impermeable Barrier Films and Protective Coatings Based on Reduced Graphene Oxide

Barrier films preventing permeation of gases and moistures are important for many industries ranging from food to medical and from chemical to electronic. From this perspective, graphene has recently attracted particular interest because its defect free monolayers are impermeable to all gases and liquids. However, it has proved challenging to develop large-area defectless graphene films suitable for industrial use. Here we report barrier properties of multilayer graphitic films made by chemical reduction of easily and cheaply produced graphene oxide laminates. They are found to provide a practically perfect barrier that blocks all gases, liquids and aggressive chemicals including, for example, hydrofluoric acid. In particular, if graphene oxide laminates are reduced in hydroiodic acid, no permeation of hydrogen and water could be detected for films as thin as 30 nm, which remain optically transparent. The films thicker than 100 nm become completely impermeable. The exceptional barrier properties are attributed to a high degree of graphitization of the laminates and little structural damage during reduction. This work indicates a close prospect of thin protective coatings with stability and inertness similar to that of graphene and bulk graphite, which can be interesting for numerous applications

Сучасні "західні" та "східні" революції: класична складова і особливості здійснення

Наумкіна С. М., Кравець Г. В. Сучасні "західні" та "східні" революції: класична складова і особливості здійснення / С. М. Наумкіна, Г. В. Кравець // Актуальні проблеми політики зб. наук. пр. / редкол.: С. В. Ківалов (голов. ред.), Л. І. Кормич (заст. голов. ред.), М. А. Польовий (відп. секр.) [та ін.] ; НУ «ОЮА», Південноукр. центр гендер. проблем. – Одеса : Фенікс, 2015. – Вип. 56. – С. 173-181.Розглядається здійснення сучасних революцій, в межах яких виявляється те спільне, що поєднує сучасні та класичні революції, а також виявляє те нове, що привнесли «кольорові» революції в світовий політичний процес останніх десятиліть