不稳定性范文

不稳定性范文（精选12篇）

不稳定性 第1篇

关键词：内燃机,二甲醚,射流,雾化机理,不稳定性,闪急沸腾

0概述

近年来,二甲醚(DME)作为一种清洁代用燃料受到了人们的普遍关注。研究表明[1],二甲醚发动机具有与直喷式柴油机几乎相同的热效率,无需加入着火改善剂或增加辅助点火装置,燃烧噪声低,且无需催化后处理装置即可达到超低排放标准。

众所周知,燃油的射流雾化过程本身很复杂,因此对射流雾化机理的认识仍不十分清楚。在射流稳定性分析方面出现的众多理论中尤以线形稳定性分析法最为成熟而获得了广泛的应用。本文利用线形稳定性理论,建立了二甲醚射流的不稳定色散方程,详细讨论了正常喷射条件下的射流速度、液体粘度等因素对二甲醚射流不稳定性的影响,同时,考虑到二甲醚具有较高的饱和蒸汽压,在喷射过程中容易出现闪急沸腾现象,为此还分析了闪急沸腾效应对二甲醚射流不稳定性的影响。

1色散方程的推导

假定一圆柱形油柱以均匀的速度u0射入气相介质中,油柱的初始半径(喷孔半径)为a,并假定受扰动的基流状态就是半径为a的圆柱体。现取一柱坐标(r,θ,z)固结在运动的油柱上,Z轴的方向与油柱的流向相反。在该坐标系中,实际上相当于油柱静止,空气以相反的速度u0相对于油柱运动。

为将问题简化,本文作如下假定:周围气体介质为无粘理想气体,且初始状态保持静止;液态射流为不可压流体;忽略重力对射流的影响;射流为轴对称流动,因此只考虑流体在r-z平面内的运动情况。

在上述参考坐标中,经过线性化处理后的小扰动N-S方程和连续性方程分别为

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式中,下标1和2分别为液体和气体;undefined和p分别为速度扰动和压力扰动;ρ为密度;μ为粘度。

对于气相,因无粘,可认为无旋,则速度有势,速度可由速度势φ2唯一确定,即

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将式(5)代入式(3)和式(4),得

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ᐁ2φ2=0 (7)

对于液相,因有粘,速度可分解为无粘项与有粘项之和,即

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式中,φ1为液相速度势;undefined,ψ1为r-z平面上的流函数。这里仅考虑了r-z平面上粘性的影响,因相对速度u0处于该平面内。

将式(8)代入式(1)和式(2),得

令式(9)中的无粘项和有粘项分别相等,得

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利用简正模态法,考虑到射流的轴对称性,φ2、φ1和ψ1分别取如下形式

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式中,k为r-z平面上的波数,β=βr+iβi,其实部βr代表了波幅增长率,undefined、undefined和undefined分别为各自扰动的初始振幅。

将式(13)～式(15)分别代入式(7)、式(10)和式(12),经变换后可化为贝塞尔方程,考虑到轴心处(r=0)的扰动量为有限值以及无穷远处(r∞)的扰动量为零,故其解为

φ2=AK0(kr)eikz+β t (16)

φ1=BI0(kr)eikz+β t (17)

ψ1=CrI1(lr)eikz+β t (18)

式中,undefined,I0(kr)和K0(kr)分别为虚宗量零阶第一类和第二类贝塞尔函数;I1(lr)为虚宗量一阶第一类贝塞尔函数;A、B、C为待定常数,由气液界面处的边界条件决定。

在r=a的气液交界面处,设η为界面的径向扰动位移量,记η0为初始振幅,η同样可表示为η=η0eikz+β t,于是界面处的气相和液相应满足的运动学和动力学边界条件为

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式中,σ为表面张力。

将undefined、undefined和undefined代入式(19)～(22),经简化,得到r=a处的边界条件

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通过这些边界条件并代入式(6)和式(11)可确定A、B和C,并得到如下关系式

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将undefined代入上式,经整理后得到

式(28)即为粘性射流表面扰动发展所满足的色散方程,该式反映了气液密度、相对速度、表面张力、粘度及轴向波数与不稳定波幅增长之间的关系,是分析燃油射流的不稳定性及其雾化机理的基础。

若令μ1=0,ρ2=0,则式(28)可转化为

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式(29)即为瑞利(Rayleigh)低速无粘射流的色散方程[2]。

为使问题更为一般化,对式(28)进行无量纲化处理,将无量纲参数undefined和undefined代入式(28),经整理后得到色散方程的无量纲形式

2结果与分析

本文采用数值迭代法对方程(28)进行求解。记解为β=βr+iβi,代入式(28)中,令虚部与实部分别相等,得

式(30)中βr的迭代初值由理想流(μ1=0)的结果给出

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二甲醚的物性参数根据文献[3,4,5]计算得到(300.15 K),计算中所用参数见表1。

图1示出了射流速度对射流不稳定性的影响。图中的横坐标和纵坐标分别为无量纲化后的不稳定扰动的波数和波幅增长率。由图1可知,在相同的波数下,射流速度越大,射流表面不稳定扰动的波幅增长率越大,并且最大的射流速度具有最大的波幅增长率;射流速度越大,不稳定波数的范围越大,且最不稳定扰动朝着大波数方向移动,这说明高速射流时短波增长最快,而气动力雾化机理认为,射流将在波幅增长最快的不稳定扰动作用下发生破碎雾化,因此,提高射流速度可以加剧射流表面的不稳定性,促进雾化效果和减小雾化粒径。

图2和图3示出了表面张力对射流不稳定性的影响。据式(33)分析,当1-(ka)2>0时,表面张力的增大会促使波幅增长率的提高(图2),从而促进雾化效果;当1-(ka)2<0时,表面张力增大会促使波幅增长率下降,使射流液柱更趋于稳定(图3)。因此,表面张力对射流液柱的影响较为复杂需具体分析。

图4示出了液体粘度对射流不稳定性的影响。由图4可知,粘度越大,不稳定波数的范围和最大波幅增长率都相应减小,且最不稳定扰动朝着小波数即大波长方向移动,这意味着液体粘性抑制不稳定波的增长,对短波的抑制作用更强,从而使雾化效果恶化。从能量的观点来看,因为粘性总是要耗散能量,所以粘性对雾化总起着阻尼作用。

图5示出了环境气体密度对射流不稳定性的影响。随着空气密度的增加,不稳定波数和最大波幅增长率都大幅度增大,这表明环境气体密度越大,雾化发生越迅速,生成的液滴也越小,反映在工程应用中就是气相环境背压的提高可以促进雾化分裂。然而Hiroyasu[6]的试验结果却与这一结论相反,文献[7]认为,这主要是由于试验气体存在粘性,当液柱在气相介质中运动时,气液界面会存在粘性边界层,边界层内的气体可近似认为是附着在液柱表面随其一起运动,使得气液两相间相对速度下降,气体密度越大,这种作用越明显,因而对雾化反而起到抑制作用。由此可见,环境介质的作用对射流雾化过程的影响较为复杂,需作进一步的研究。

图6示出了二甲醚射流与柴油射流的不稳定性比较。柴油在300.15 K时的密度、粘度和表面张力分别为848 kg/m3、2.936E-3 Pas和2.689E-2 N/m。由图6可知,二甲醚射流的不稳定波数的范围和最大波幅增长率要比柴油射流大得多,这说明在相同的喷射条件下,二甲醚射流比柴油射流破碎得更快,雾化效果更好。

在闪急沸腾状态下,二甲醚射流内部将产生大量的气泡,气泡的出现使射流变为气液两相流,此时射流的密度和粘度可表示为[8]

ρ1=αvρv+(1-αv)ρl (34)

μ1=αvμv+(1-αv)μl (35)

式中,下标v和l分别为气相和液相;αv为气相体积分数。

图7示出了气体体积分数αv对射流不稳定性的影响。由图7可知,在相同的波数下,气体体积分数越大,波幅增长率越大且向大波数(小波长)方向移动。由此可见,闪急沸腾效应促进不稳定波幅的增长,对短波的促进作用更强,这也是实际工程应用中,闪急沸腾喷雾较之普通喷雾能极大地改善喷雾锥角、油滴索特平均直径(SMD)、喷雾蒸发速率、喷雾贯穿度等喷雾特性参数,从而改善油气混合过程[9]的重要原因之一。

3结论

(1) 在正常条件下,提高射流速度和减小液体粘度可促进二甲醚射流的雾化效果和减小雾化粒径,而表面张力和环境气体密度对二甲醚射流的不稳定性影响则相对复杂,需要作进一步的研究。

(2) 与柴油射流相比,在相同的喷射条件下,二甲醚射流更不稳定,具有更好的雾化特性,这也是由其自身的理化性质所决定的。

(3) 在闪急沸腾条件下,闪急沸腾效应越明显,二甲醚射流越不稳定,这也是闪急沸腾喷雾较之普通喷雾能获得更好的雾化效果的重要原因之一。

参考文献

[1]张煜盛,常汉宝,张亚?.柴油机高效清洁燃料二甲醚(DME)的研究及其发展[J].内燃机工程,2001,22(1):17-22.Zhang Y S,Chang H B,Zhang Y J.Study and development ofDME as high efficiency clean fuel for diesel engines[J].ChineseInternal Combustion Engine Engineering,2001,22(1):17-22.

[2]Rayleigh L.On the instability of jets[C].Proc.London Math.Soc.,1879(10):4-13.

[3]吴江涛,刘志刚,潘江.二甲醚热物理性质的研究[J].西安交通大学学报,2004,38(11):1160-1164.Wu J T,Liu Z G,Pan J.Research on thermophysical proper-ties of dimethyl ether[J].Journal of Xi’an Jiaotong Universi-ty,2004,38(11):1160-1164.

[4]王斌,吴江涛,刘志刚.二甲醚热力学性质的计算[J].西安交通大学学报,2004,38(9):916-919.Wang B,Wu J T,Liu Z G.Thermodynamic properties of dim-ethyl ether[J].Journal of Xi’an Jiaotong University,2004,38(9):916-919.

[5]Yaws Carl L.Matheson气体数据手册[M].北京:化学工业出版社化学与应用化学出版中心,2003.

[6]Hiroyasu H,Arai M.Structure of fuel sprays in diesel engines[C].SAE 900475.

[7]徐海涛.直喷式柴油机喷雾混合机理、建模及三维数值模型[D].武汉:华中理工大学,1998.

[8]Yuan W X,Schnerr G H.Numerical simulation of two-phase flowin injection nozzles:interaction of cavitation and external jet forma-tion[J].Journal of Fluids Engineering,2003,125(6):963-969.

不稳定性 第2篇

自燃推进剂火箭发动机燃烧不稳定性研究

发展了自燃推进剂(MMH/NTO)火箭发动机燃烧不稳定性的.综合分析模型.以蒸发作为燃烧速率控制过程,研究了燃烧不稳定性的机理.提出了轴向声腔模型并对其抑制不稳定燃烧的特性进行了数值模拟研究,得到了声槽特性频率对燃烧不稳定性的影响规律,描绘出声腔影响燃烧不稳定性的具体场景,数值模拟结果与理论分析及试车结果是相符的,对轴向声槽的分析设计将具有广泛的指导意义.

作 者：聂万胜 庄逢辰 NIE Wan-sheng ZHUANG Feng-chen  作者单位：装备指挥技术学院,北京,101416 刊 名：推进技术  ISTIC EI PKU英文刊名：JOURNAL OF PROPULSION TECHNOLOGY 年，卷(期)： 21(4) 分类号：V511 关键词：液体推进剂火箭发动机   自燃火箭推进剂   推进剂燃烧   燃烧稳定性   数值仿真   Liquid propellant rocket engine   Hypergolic rocket propellant   Propellant combustion   Combustion stability   Numerical simulation  

关于电力系统继电保护不稳定性分析 第3篇

【关键词】电力系统；继电保护；不稳定性

1.引言

电力系统的有序运转是一项复杂性的工程，过程中涉及诸多因素。因此，来自内外部任何因子的变化和异常，都有可能出现线路故障，带来各类型短路，以及两相接地和三相接地，影响正常运作，导致系统瘫痪。其中，最常见的系统异常状态主要体现在：过负荷，过电压，非全相运行，振荡，次同步谐振，同步发电机短时失磁异步运行等[1]。关于电力系统继电保护不稳定的分析，是对于整个系统的故障和异常运作的预警性调控，及时发现运作中潜藏危险因子，便于快速排除故障，消除异常状况的一种重要的自动化电力技术手段。

2.继电保护系统不稳定性表现

继电保护系统是一个高精密度的运作系统，其自身有着独特的稳定性特征，如果出现故障，将会影响其稳定性，主要体现为以下三个方面：

1）缺乏灵敏性。主要表现为：一旦电力系统出现任何微弱问题和故障，继电保护装置度不能够第一时间检测，也无法自动切断相关运行程序。

2）缺乏速度性。主要表现为：电力系统出现故障后，继电保护装置不能够迅速定位，无法检测到电力系统发生故障的位点并及时解决。

3）缺乏选择性。主要表现为：当电力系统出现故障时，继电保护装置度不能够采取隔离故障措施，无法确保系统的其他部位稳定运行。

3.继电保护系统不稳定性的影响因素

1）人为因素。查阅现有的因继电保护出现不稳定致使事故的调查记录中，我们可以发现目前几乎有一半以上的事故原因属于人为因素。分析下来主要是由于工作人员缺乏相应的专业技能，在检修和接线等操作上出现错误，导致事故频发[2]。

2）管理因素。继电保护系统的管理维护，需要密切联系各电路区域的特征，根据实际情况进行制定。方法上要邀请电力学专家来进行指导，同时进行深度实地考察，在充分的论据的支撑下，研究并制定维护继电保护系统稳定性的方案。如果缺乏科学的指导，管理系统的不完善，整个继电保护系统稳定性能是无法得到保障的。

3）环境因素。外在高温或低温环境条件，都会对继电保护系统的稳定性产生较大影响。如果外界温度较高，将会导致继电保护原件表皮会出现融化；倘若外界温度较低，又将会导致密封化合物的泄露，使得元器件整体性能迅速下降，从而对继电保护系统稳定性构成不利影响。

4）继电保护系统设备因素。继电保护系统设备通常由四个主要构成部分组成：主机保护，后备保护，辅助保护，异常运行保护。在整个继电保护系统中，这四部分相辅相成，密切协作，共同维护系统的正常有序运行。关于这四大保护构件装置，从结构和功能上来看，它们都有着各自相应的性能和特质，在运行系统中，四大部件彼此依存，同时又保持各自独立，完成了整体和部分的集中和分散功能。这样的功能状态也是维持系统稳定性的一个重要保障。倘若由于各种突发状况下带来的激烈冲击，持续振动，则必然性地导致装置内多项电子元件的损坏和失灵，由于元件的变形，弯曲，锻炼等，致使继电保护系统稳定性能被破坏，影响整个系统的有序运行[3]。

5）电磁干扰因素。随着世界电子信息科学技术的迅速发展和不断突破，整个电力系统继电保护装置也在不断更新和完善，性能上也更具整体性和完备性，稳定性系数也较高。其中，最为突出的就是将微机保护装置植入继电保护系统，通过这项技术的运用，大幅度提升了整个系统的稳定性能和安全效用。虽然一定程度上，微机保护装置的植入，带来了较好的优势应用，但这其中也存在一定的问题，即为微机保护装置应用中所采用到的主要技术为微电子技术，在整个工作运行过程中不可避免地会出现电磁感性效应的问题，而电磁感应会对系统产生波动干扰，影响继电保护装置的稳定性能。此外，在电能输送的过程中，也会因电磁感性效应产生一定的干扰影响，由于辐射出的电磁波较多，对继电保护裝置的运行产生干扰，影响其稳定性。因此，针对这些问题的解决方案就是设置一个大型电容屏蔽器，过滤到整个系统中的电磁干扰源，保证继电保护装置的高效稳定运行。

4.提高继电保护稳定性的措施

继电保护装置稳定性的管理维护是一项重要而又艰巨的系统化任务。它在整个电力系统的维护中占据核心位置，所以提高继电保护装置稳定性，制定完善的提升措施，是整个系统良性运转的重要关键。继电保护装置稳定性受到了人为因素，管理因素，环境因素，继电保护系统设备因素，电磁干扰因素等影响，整个过程具有复杂性。因此，秉承防范未然的思想观念，制定科学合理的安全保护措施及相关事故管理条例，对于系统的有序化管理具有重要价值意义[4]。

1）完善技术团队管理。继电保护装置的管理维护必须要由专业化的管理队伍来实施完成。现行的管理体制中，应当成立专业化的继电保护装置管理技术小组，并对其进行针对性的培训和指导。专业化队伍的建设应当是根据各线路区域的实际情况和需求以及员工的专业属性来划分相应的岗位职责，调整电力，维修，养护等专业队伍，实现人尽其才，建立专业化素质人才。继电保护的工作人员不论是在安装、调试还是在具体运行维护工作当中，都应该严格按照相关技术规程与流程操作。

2）强化继电保护装置质量监管。继电保护装置内部元器件的质量保证，是继电保护稳定性的重要保障。所以，必须对其元器件的性能上进行严格监管和把控，通过正确的使用方法和养护措施，使其寿命周期和报废率都得到较好的延长和控制。因此，继电保护装置质量监管需要做到几下几个方面：（1）要对继电保护装置的厂家的生产许可证和质量证书进行检验；（2）审核法定检测单位对厂家出具的相关性能测试报告；（3）继电保护装置进入应用时，必须进行随机样本的抽查检测。

3）优化电路设计。由于微机保护装置植入继电保护系统，带来了相应的电磁效应，该效应会对电力系统产生干扰，影响继电保护系统的稳定性。对于这一问题的解决方案便是优化电路设计，通过噪声电路的设计，来消除和抑制继电保护系统内部干扰源。关于噪声电路的设计，需要遵循一定的规范准则，尽量采用密集度较高的网状布线结构，材料上采用型号短粗的电线。由于不可避免地会出现瞬间切断电路，造成大电流的瞬时击穿现象，所以在设计时必须要有配备高频电容的位置，此外继电保护装置要与高压线路隔离[5]。

5.结束语

继电保护系统是国家电网安全化建设的重要保护性屏障，对电力系统的良性有序运行起着决定性作用。因此，开展对继电保护系统性能的稳定性能的研究，价值和意义均是重大的。我国的电力企业，需要对此进行制度化的管理，科学化的设计，法制化的规范，从根本上确保我国电网事业的长足发展。

参考文献

[1]赵凯.继电保护和安全自动装置技术规程[J].中国电力教育，2013（4）：19.

[2]李响.电力系统可靠性评估[J].电力系统自动化，2012（3）：22.

[3]张琦.电力系统安全防御措施综述[J].电力科技，2012（8）：9-11.

[4]彭爱慧，赵剑涛.浅议综合自动化变电站的安全运行[J].科技创新导报，2014（1）：27.

关于电力系统继电保护不稳定性分析 第4篇

继电保护系统具有速度性、选择性与灵敏性三个特征:

其一, 速度性, 当电力系统出现故障问题, 继电保护装置能够迅速检测到电力系统故障发生的位置并及时解决;其二, 选择性, 电力系统发生故障时继电保护装置能够保证其他正常部位的稳定运行, 隔离故障;其三, 灵敏性, 指电力系统出现问题或故障, 继电保护装置能够第一时间检测到故障。

当前, 电力系统应用较为广泛的继电保护稳定性计算方法主要由故障树法、Markov模型法等。

1.1 人为因素作用与影响

调查发现, 继电保护事故中几乎有一般以上的事故都是由于人为因素造成的。较多的体现在工作人员专业素质水平不高, 如检修不到位、接线错误等现象。

1.2 继电保护设备稳定性差

继电保护设备一般是由主保护、后备保护、辅助保护欲异常运行保护四个部分共同组成的, 在整个继电保护设备整体当中, 四种保护装置有各自的保护功能与使用范围, 四部分在运行当中各为主体、互不干扰, 因此在一定程度下此种状态也成为了继电保护这边运行稳定性的影响因素。

1.3 电磁干扰因素影响

近年来随着科学技术的迅速发展, 电力系统继电保护装置越来越先进, 促使整个电力系统的稳定性有了大幅度提升。例如微机保护装置在继电保护中的应用, 能够有效提高整个电力系统的安全性、稳定性, 这一点是传统继电保护装置不论是从安全、稳定性还是性能角度都不可比拟。但仍然需要注意的是, 微机保护装置中所应用的技术主要为微电子技术, 因此在具体的运行过程当中难免会出现电磁感应等问题, 很容易对电力系统的正常稳定运行造成干扰, 影响到机电保护系统的运行稳定性。

1.4 外部环境等因素

1.4.1 温度影响。

一般来说, 外界温度的升高或降低都会对几点保护保护装置造成印象。在高温条件下, 继电保护原件表皮会逐渐融化;而在低温环境当中, 很容易会导致密封化合物的泄露, 元器件的整体性能会迅速下降, 从而对继电保护系统的稳定性构成不利影响。

1.4.2 冲击、振动作用。

如果继电保护装置受到猛烈的冲击、振动, 必然会造成装置内电子元器件的损坏, 如弯曲、形变、断裂等问题, 继电保护装置内部元件损坏, 那么无疑会极大的影响到继电保护装置的性能。

1.4.3 滤波干扰。

继电保护装置电源输送电量时一般会出现电磁感应等物理现象, 发射出较多电磁波对继电保护装置的运行形成干扰。因此在条件允许的情况下最好设置一个电容器, 过滤干扰源确保继电保护装置的高效、稳定运行。

2 继电保护事故处理的方法

2.1 微机故障信息记录

2.1.1 故障录波和时间记录。

通过微机故障信息记录的方式能够在继电保护系统出现故障时发出信号灯警告, 提醒工作人员查找故障问题。然后工作人员通过计算机所记录的事故发生时间、故障波形图对事故进行判断分析, 找出原因并及时处理。

2.1.2 科学处理人为事故。

在一些情况下, 继电保护故障发生原因很难在第一时间找出, 虽然这一问题同信号灯未及时发出有部分关系, 但是从根本上将仍然是由于工作人员工作态度不端正、处理问题不及时所造成的。不仅如此, 大多数情况下工作人员仅仅向上级主管领导报告是因为设备问题才导致继电保护事故的出现, 而人为事故往往被隐瞒不报, 极大的影响了事故的抢修工作, 因此不论是何种原因影响, 都应该如实上报, 确保事故问题能够得到及时和恰当的处理。

2.2 继电保护事故的检查方法

2.2.1 顺序检查法。

顺序检查法即在普通逻辑检查方法失效的情况下, 通过按顺序调试的方法找出故障所在, 并通过检验、调试找出故障的根本原因。

2.2.2 逆序检查法。

一般情况下计算机系统几率的故障波形图与事件其实并不能够在第一时间内找到故障原因所在, 在这一情况下就可以通过利用逆序检查法的方式从事故结果出发, 倒序查找事故原因, 在一些较为复杂的故障处理中运用这一方法能够有效节省时间, 提高效率。

2.2.3 整组试验法。

整组实验法所运用的范围并不是针对故障原因, 它主要是针对故障所在的保护装置。采用整组试验法能够在非常短的时间内找到故障设备, 然后通过故障还原等具体措施找出故障原因。

3 提高电力继电保护系统稳定性的具体对策

要想彻底确保电力继电保护系统的运行稳定性, 就必须要在继电保护装置运行的全过程采取科学、合理、有效的应对措施。众所周知, 继电保护装置稳定性在整个继电保护系统处于核心地位, 因此做好继电保护装置的稳定性维护对于确保整个电力继电保护系统的稳定性尤为必要。

3.1 严格把关材料选购

选择和采购继电保护装置、相关元器件时必须要从适用范围、使用功能、使用寿命、质量、材料等多个角度严格把关, 确保继电保护装置及元器件在使用当中的高效率和稳定性。

3.2 科学设计继电保护系统

继电保护装置中晶体管所运用的技术为微电子技术, 因此在实际运行当中不可避免的会出现电磁感应, 进而产生电磁波对整个电力系统造成干扰, 影响到继电保护系统规定运行稳定性。因此科学设计继电保护系统, 最大限度的消除继电保护系统内部的干扰对于提高电力系统继电保护稳定性非常有效。

3.3 强化线路隔离措施

在晶体管保护装置的运行当中, 一旦遭受高电压轻则会造成由于电流过大而击穿晶体管的问题, 重则甚至会造成保护电路短路的严重后果, 因此做好继电保护装置与高压线路的隔离工作非常关键。

3.4 提升人员专业素质

电力系统继电保护工作人员不论是在安装、调试还是在具体的运行维护工作当中都应该严格按照相关技术规程与流程操作, 并通过不断学习提高自身专业素质水平, 切实保证自身安全、提高电力系统继电保护稳定性。

4 结束语

电力系统继电保护是维护电力系统正常、稳定、高效运行的关键所在, 因此加强继电保护的各项研究工作, 切实提高其稳定性是非常重要的。只有真正落实好安全管理工作、加强运行维护检修管理、防止安全事故的出现, 才能够真正取得电力系统零事故的良好效果, 这对于维护电网稳定、提高运行效率具有极为重要的意义。

摘要：随着我国社会经济的迅速发展, 国家电网建设取得了可喜的成绩。但不可忽视的是, 电网日益发达的今天, 电力事故却频频上演, 给人民的生产生活、社会经济发展造成了极为不利的影响。对此, 文章就电力系统继电保护不稳定性进行简单的分析与思考, 并提出一些可供参考的意见与措施。

关键词：电力系统,继电保护,稳定性

参考文献

[1]继电保护和安全自动装置技术规程.GB14285-93.

[2]李响.电力系统可靠性评估[J].电力系统自动化, 2012 (3) .

地基稳定性分析 第5篇

《岩土工程勘察规范》(GB 50021-2001)(2009年版)4.1.11第3款规定应“分析和评价地基的稳定性„„”，由于该部分内容在规范中较分散，各位同行在岩土工程勘察报告编写时，往往感到无从下笔，现归纳如下，供参考，不当之处望不吝赐教。

一、地基稳定性

地基稳定性是指主要受力层的岩土体在外部荷载作用下沉降变形、深层滑动等对工程建设安全稳定的影响程度，避免由此地基产生过大的变形、侧向破坏、滑移造成地基破坏从而影响正常使用。按照(GB 50021-2001)(2009年版)14.1.3、14.1.4规定，岩土体的变形、强度和稳定应在定性分析的基础上进行定量分析。评价地基稳定性问题时按承载力极限状态计算，评价岩土体的变形时按正常使用极限状态的要求进行验算。

二、地基稳定性分析评价内容

影响地基稳定性的因素，主要的是场地的岩土工程条件、地质环境条件、建（构）筑物特征等。一般情况下，需要对经常受水平力或倾覆力矩的高层建筑、高耸结构、高压线塔、锚拉基础、挡墙、水坝、堤坝和桥台等建（构）筑物进行地基稳定性评价。

通常情况下，涉及到主要的内容有：（1）岩土工程条件包括组成地基的岩、土物理力学性质，地层结构。特别是有特殊性岩土，隐伏的破碎或断裂带，地下水渗流等特殊情况；（2）地质环境条件包括是否建造在斜坡上、边坡附近、山区地基上，建（构）筑物与不良地质作用、特殊地貌的关联度和可能引起地基破坏失稳的各种自然因素或组合。如岩溶、滑坡、崩塌、采空区、地面沉降、地震液化、震陷、活动断裂、岸边河流冲刷等。按照《岩土工程勘察规范》(GB 50021-2001)(2009年版)、《高层建筑岩土工程勘察规程》(JGJ72-2004)和《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)规定，对山东地区该问题常见的几种情况罗列如下：

1、地基承载力计算与验算

验算地基稳定性实质上就是验算地基极限承载能力是否满足要求。应严格按照《建筑地基基础设计规范》(GB 50007-2011)5.2和《高层建筑岩土工程勘察规程》(JGJ 72-2004)8.2.6~8等条款执行。

2、变形验算

建筑物的地基变形计算值，不应大于建筑物地基允许变形值。在勘察阶段往往建筑物特征参数不明确，一味要求勘察报告中能有准确的结论也勉为其难，但在岩土工程勘察报告中应提供符合规范要求的岩土变形参数，供上部结构计算条件具备时按照(GB 50007-2011)5.3、(JGJ 72-2004)8.2.9~12和《建筑地基处理技术规范》(JGJ 79-2002)有关条款计算。

3、基础埋置深度的确定

对高层建筑和高耸构筑物基础的埋置深度，应满足地基承载力、变形和稳定性要求。位于岩石地基上的高层建筑，其基础埋深应满足抗滑稳定性要求。天然地基上的箱形或或筏形基础埋置深度不宜小于1/15H；桩箱或桩筏基础不宜小于1/18H，H为建筑物高度。

4、位于稳定土坡坡顶上的建筑

应根据建（构）筑物基础形式，按照(GB 50007-2011)5.4.1~2有关规定确定基础距坡顶边缘的距离和基础埋深。需要时，还应按照《建筑边坡工程技术规范》(GB 50330-2002)5.1～3有关规定验算坡体的稳定性。验算方法对均质土可采用圆弧滑动条分法，发育软弱结构面、软弱夹层及层状膨胀岩土时，应按最不利的滑动面验算。当坡体中分布膨胀岩土时应考虑坡体含水量变化的影响；具有胀缩裂缝和地裂缝的膨胀土边坡，应进行沿裂缝滑动的验算。

5、受水平力作用的建（构）筑物

①山区应防止平整场地时大挖大填引起滑坡；

②岸边工程应考虑冲刷、因建筑物兴建及堆载引起地基失稳。

6、土岩组合地基

该类地基下卧基岩面为单向倾斜时，应描述岩面坡度、基底下的土层厚度、岩土界面上是否存在软弱层（如泥化带）。

7、岩石地基

①地基基础设计等级为甲、乙级的建筑物，同一建筑物的地基存在坚硬程度不同，两种或多种岩体变形模量差异达2倍及2倍以上，应进行地基变形验算；

②地基主要受力层深度内存在软弱下卧岩层时，应考虑软弱下卧岩层的影响进行地基稳定性验算； ③当基础附近有临空面时，应验算向临空面倾覆和滑移稳定性。

岩土工程勘察报告中，应提供岩层产状、岩石坚硬程度、岩体完整程度、岩体基本质量等级，以及软弱结构面特征等。

8、软弱地基

首先，应判定地基产生失稳和不均匀变形的可能性；当工程位于池塘、河岸、边坡附近时，应验算其稳定性。其次，其承载力特征值应根据室内试验、原位测试、当地经验结合地层物理力学特征和建（构）筑物特征以及施工方法和程序等多因素综合确定。该类地基应按照(GB 50007-2011)第7章和《软土地区岩土工程勘察规程》(JGJ 83-2011)7.2~4有关规定分析评价其稳定性；抗震设防烈度等于或大于7度的厚层软土分布区，应按照(JGJ 83-2011)第6章判别软土震陷的可能性和估算震陷量。

9、存在液化土层的地基

地面下存在饱和砂土和饱和粉土时，除6度外，应进行液化判别。按照(GB 50011-2010)4.3.3~6规定进行。

10、岩溶和土洞

在碳酸盐岩为主的可溶性岩石地区，当存在岩溶（溶洞、溶蚀裂隙等）、土洞等现象时，应考虑其对地基稳定的影响。按照(GB 50021-2001)5.1.10~12和《建筑地基基础设计规范》(GB 50007-2011)6.6的规定分析评价地基稳定性。

11、填土

当地基主要受力层中有填土分布时，如填土底面的天然坡度大于20%时，应验算其稳定性。

12、桩土复合地基

对需验算复合地基稳定性的工程，提供桩间土、桩身的抗剪强度。

13、桩基

①应选择较硬土层作为桩端持力层。

②嵌岩桩深度应综合荷载、上覆土层、基岩、桩径、桩长诸因素确定；

③嵌岩灌注桩桩端以下3倍桩径且不小于5m范围内应无软弱夹层、断裂破碎带和洞穴分布，且桩底应力扩散范围内应无临空面。

④当基桩持力层为倾斜地层，基岩面凹凸不平或岩土中有洞穴时，应评价桩基的稳定性，并提出处理措施的建议。

14、箱形基础

箱形基础地基的破坏形式，除地基内饱和松砂在地震液化和局部软弱夹层侧向的问题外，它的破坏形式主要表现在偏心时水平荷载下的整体倾斜或倾覆。

一般情况下，该类基础形式均匀地基同时满足以下条件时，可不进行地基稳定性分析评价： ①基础边缘最大压力不超过地基承载力特征值20%；

②在抗震设防区，考虑了瞬时作用的地震力，同时基础埋置深度不小于1/10H； ③偏心距小于或等于1/6b。

特殊条件下，应根据地基岩土条件和地质环境条件进行分析评价。

15、地下水的影响

当场地内地下水位升降时，应考虑可能引起地基土的回弹、附加沉降和附加的托浮力对地基的影响；对软质岩石、强风化岩石、残积土、湿陷土、膨胀岩土和盐渍土，应评价地下水的聚集和散失所产生的软化、崩解、湿陷、胀缩和潜蚀的有害作用。

四、地基稳定性验算方法

1、地基整体稳定性验算方法

在竖向和水平荷载共同作用下，当不能确定最危险滑动面时，对于均匀地基，一般采用极限平衡理论的圆弧滑动条分法。应满足下式要求：

MR/MS≥FS

MR——抗滑力矩（kN•m）MS——滑动力矩（kN•m）

FS——抗滑稳定安全系数。当滑动面为圆弧时，取1.2；当滑动面为平面时取1.3。

2、抗水平滑动验算

对于承受较大水平推力、地基可能发生侧向滑动的建（构）筑物，应满足下式要求： E/H≥FS

E——水平抗力（kN）

H——作用于基础底面的水平推力（kN）

FS——抗滑稳定安全系数。当滑动面为圆弧时，取1.2~1.3。

目前国际上关于刚性桩复合地基支承路堤的稳定分析方法是英国加筋土及加筋填土规范（《Code of practice for strengthened/reinforced soils and other fills》BS8006：1995）[107]对于桩-网支承路堤的整体稳定性提出了建议方法，即仍采用传统的复合地基稳定分析方法进行计算，当桩体和加筋垫层存在时，将滑动面经过的桩的作用按下法考虑，如图1-12所示，即将滑动面以下桩的竖向承载力作为阻滑力作用在滑动面上，而不是考虑桩体截面的抗剪强度，对于加筋垫层考虑其最大张拉力提供抗滑贡献，具体计算模式见图1-12。采用传统的复合地基稳定分析方法计算时，通常采用有效应力参数，并考虑孔隙水压力，但如果进行短期稳定分析，则应采用不排水条件下的参数。为保证路堤的整体稳定性，需要满足如下条件：

MDMRSMRPMRR

式中，MD为土体滑动力矩；MRS为土体抗滑力矩；MRP为桩体提供的抗滑力矩；MRR为加筋垫层提供的抗滑力矩。

其中土体滑动力矩MD为：

MD[(Wibiwsi)sini]Rd

土体抗滑力矩MRS为：

MRS[{cibiseci((Wibiwsi)cosiuibiseci)tancvi}]Rd

桩体提供的抗滑力矩MRP为：

MRPFPiXPi

加筋垫层提供的抗滑力矩MRR为：

MRRTYi

式中，Wi为条块i的自重；bi为条块i的宽度；i为条块i的切线与水平线的夹角；ci为条块i的粘聚力；cvi为条块i的内摩擦角；ui为作用在条块i的平均孔隙压力；wsi为路堤顶面的均布荷载；Rd为圆弧滑动面的半径；FPi为第i根桩的竖向承载力，这里取滑动面与桩相交处桩的轴力；Ti为加筋垫层的最大张拉力；XPi为第i根桩到滑动中心的水平距离；Y为加筋垫层到滑动中心的竖向距离。

银杏达莫治疗不稳定性心绞痛30例 第6篇

不稳定性心绞痛（UA）：是指介于稳定性心绞痛和AMI之间的临床状态，包括除稳定型劳力性心绞痛以外的初发型、恶化性劳力性心绞痛和各型自发性心绞痛。心绞痛、非ST段抬高性心肌梗死和ST段抬高性心肌梗死合称为急性冠脉综合征（ACS），其中UA是ACS中常见类型，UA如未得到积极的治疗及控制则易发展成为急性心肌梗死，而引发各种心律失常，心功能不全，甚至引起猝死，威胁患者生命。因此，为了降低患者的病死率及提高人民的生活质量，应积极主动治疗不稳定性心绞痛。现将我院应用银杏达莫治疗不稳定性

心绞痛30例疗效满意，报告如下：

1 资料与方法

1.1资料：临床病例，选用我院2008年10月—2010年10月不稳定性心绞痛病例60例。此病例诊断均符合世界卫生组织WHO标准，心绞痛发作3个月内进行性加重，发作频繁持续时间长，并且每次发作持续时间至少15分钟，有缺血性ST段压低。心肌酶学无异常变化，除外孕妇及慢性肝肾功能不全患者。将病例随机分为治疗组和对照组。治疗组30例，男性17例，女性13例，年龄34—68岁，平均41.5±19.7岁。对照组30例，男性16例，女性14例，年龄30—70岁，平均43.4±21.6岁，两组病例性别、病情变化上无显著差异，具有可比性。

1..2 治疗方法：对照组与治疗组病例均给予常规治疗，其中治疗组应用银杏达莫25毫升+0.9%生理盐水150毫升，日1次静滴，疗程14天，治疗过程中及随后2周严密监测心电图等，并观察患者症状变化情况。

1.3 疗效判断：治疗2周后：如患者心绞痛完全消失、胸闷、气短、心悸、乏力等伴随症状完全消失，心功能恢复正常。观察2周后无复发为显效。（2）如患者心绞痛发作持续时间和发作次数显著减少，但未完全消失，胸闷、气短、心悸、乏力等伴随症状明显减轻但未消失，心功能恢复60%以上，观察2周无反复，为有效。（3）如果患者心绞痛发作持续时间和发作次数无改变，，胸闷、气短、心悸、乏力等伴随症状无明显减轻，心功能无改变，观察2周反复发作或有加重，为无效。

心电图判定标准：（1）心电图恢复或大致正常，早搏消失为显效（2）ST段下降治疗后回升0.005MV，但未达正常水平，主要导联T波平坦变直立，或倒置的T波变浅达50%以上，早搏明显减少为有效。（3）心电图与治疗前无明显变化为无效。

治疗结果：总有效率=显效+有效

1.4 统计学处理：数据资料采用SPSS11.0软件进行统计分析，统计方法采用T检验、x2检验，P＜0.01表示差异具有统计学意义。

2 结果

三、讨论

不稳定心绞痛的病理生理基础是冠状动脉粥样斑块糜烂和破裂、血小板粘附、聚集和释放，凝血系统激活形成血栓，同时伴有血管痉挛、收缩，进而导致血管腔明显狭窄或闭塞，引发不稳定性心绞痛。因此，对不稳定心绞痛而言，给予扩冠、活血，增加心肌供血、抗凝、抑制血小板聚集等治疗是十分必要的。

不稳定性 第7篇

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取本院骨科在2008年1月-2010年12月收治的不稳定性骨盆骨折患者56例, 其中男32例, 女24例, 年龄18~78岁, 平均37.2岁。致伤原因:交通事故伤31例, 高空坠伤14例, 重物压砸伤9例, 其他2例;其中46例患者伴有合并损伤:10例患者严重失血性休克;合并胸腹部损伤患者7例, 四肢骨折6例, 膀胱破裂11例, 尿道损伤3例, 腰骶丛损伤9例;所有患者按照Tile骨折分型标准:B型 (单纯旋转不稳定型骨折) 患者33例, 其中B1型10例, B2型15例, B3型8例;C型 (旋转和垂直不稳定型骨折) 患者23例, 其中C1型11例, C2型9例, C3型3例。

1.2 方法

患者在入院后首先积极对危及生命的损伤进行处理, 对失血性休克患者补充血容量, 并积极止血;对具有合并损伤的患者进行积极对症处理。并在术前进行常规的X线和CT扫描, 对骨折的部位进行再次确认, 并行股骨髂上或胫骨结节骨牵引, 在患者的全身状况稳定后, 一般在伤后的4~7 d施行手术[2]。所有患者均取仰卧位, 根据患者情况选用局麻或连续硬膜外麻醉, 对B1型 (开放损伤) 骨折患者行骶髂关节前方入路, 取髂骨内侧行一长约10 cm的弧形切口, 充分显露骶髂关节, 复位后均用4孔钢板跨越骶髂关节平行固定于髂骨和骶骨, 用较长的螺钉固定, 固定时注意骶骨上的螺钉可向尾侧倾斜, 髂骨上的螺钉可向头侧倾斜, 以加强固定面;对B2 (侧方挤压) 、C1 (单侧损伤) 、C2 (两侧损伤, 但一侧旋转不稳定, 另一侧旋转、垂直均不稳定) 患者行骶髂关节后方入路, 采用骶骨后正中纵行一长约12~14 cm切口, 在筋膜上向两侧做锐性分析, 并充分显露髂后上棘, 根据骨折情况分别行骶髂关节加压螺钉固定、骶骨固定和钢板螺钉固定, 可将2块重建钢板口在左右髂后上棘上, 并调整钢板的弯度, 使钢板贴服, 最后用皮质骨螺钉固定钢板的两端;对C3 (两侧损伤, 且旋转和垂直均不稳定) 行骨折患者行双侧连成一体的骶髂关节前方入路, 使用钢板固定并搭配使用空心钉固定。

1.3 术后处理

术后进行负压引流, 2~3 d后拔除, 并常规应用抗生素5~7 d以抗感染。术后3~4 d可进行关节的主动活动锻炼, 术后4周可拄拐行部分负重锻炼, 术后3个月根据情况逐渐弃拐进行负重行走的练习。

1.4 疗效判定标准

根据Matta疗效判定标准: (1) 优秀:骨折移位小于4 mm, 步态正常, 无局部疼痛; (2) 良好:骨折移位4~10 mm之间, 步态正常但是会有轻微疼痛; (3) 尚可:骨折移位在11~20 mm之间, 步态有轻度的跛行, 正常行走时局部略痛; (4) 差:骨折移位大于20 mm, 有明显的跛行并且行走时疼痛强烈。

2 结果

本组56例患者, 手术时间90~230 min, 平均140 min, 术中出血量300~1000 m L, 平均560 m L;术后2例患者出现切口感染, 1例患者一侧下肢发生深静脉血栓, 并发症的发生率为5.35%。对所有患者均进行6个月~3年随访, 平均18个月, 随访率为100%, 其中48例 (85.7%) 患者为一期愈合, 8例 (14.3%) 患者二期愈合, 随访过程中, 3例患者出现切口皮肤渗液 (换药后愈合) , 2例患者出现部分神经功能受损, 1例患者术后出血髋臼异位骨化, 1例患者出现右下肢外旋畸形, 其余49例患者均未出现明显骨盆畸形, 无骨不连、双下肢不等长、皮肤坏死、脂肪栓塞、跛行等并发症。根据Matta判定标准, 优秀34例, 良好17例, 尚可3例, 差2例, 优良率为91.1% (51/56) 。

3 讨论

骨盆骨折往往遭受的暴力较大, 因此造成损伤的范围大、失血量多、病情发展迅速, 并且还常合并其他各种损伤, 严重的骨盆骨折还会严重威胁患者的生命。对于骨盆骨折患者的治疗应优先处理对患者生命危及最大的并发症, 其中由骨折引起的创伤性失血性休克是最严重的并发症, 应行急诊抗休克的对症处理, 若存在合并循环不稳定的患者输血补液的对症治疗, 待病情稳定以后再对骨折和其他损伤进行处理[3]。

骨盆的结构主要包括骶髂关节、骶结节韧带、耻骨联合和骶棘韧带组成。不稳定性骨盆骨折行手术治疗的主要目的是恢复患者原来骨盆的解剖结构, 以及骨盆的稳定性和完整性, 同时可使患者进行早期的功能锻炼, 促进骨折的愈合[4]。术前应根据X线片明确骨盆骨折发生的方向以及程度, 并对X线片进行仔细的辨别, 必要时也可行CT扫描以对损伤的情况进行精确的评估, 并进行明确的Tile分型, 再确定合适的治疗方案[5]。对于不稳定性骨盆骨折患者的手术治疗一般包括外固定支架、切开复位内固定和内固定复合外固定3种方式, 外固定支架是严重骨盆骨折患者早期治疗的一种有效方式, 在对患者进行抢救处理后, 可先选择简易的外固定支架处理, 尤其对于严重性失血性休克患者, 外固定支架可有效控制出血, 利于患者复苏[6]。切口复位内固定是近年来临床中治疗各种骨折患者较为理想的方法, 其符合人体生物力学的特点, 患者可进行早期活动, 降低病残率[7]。内固定术是根据患者不同的骨折类型行不同的固定方式, 以使患者尽可能地进行早期活动, 减少卧床时间, 促进骨折愈合为目的。在不稳定性骨盆骨折中, 骨盆的前后环均有损伤, 其中后环的损伤程度决定稳定程度[8]。骶、髂置钉固定术治疗骨盆后环损伤, 具有创伤小, 固定确切的特点;对于骨盆后环损伤的处理的关键是恢复恢复后环结构的连续性和稳定性, 采用双侧连成一体的骶髂关节前方入路, 可在直视的条件下一次性的完成骨折的整复固定[9]。

切开复位内固定治疗不稳定性骨盆骨折患者可有效减少出血和并发症的发生, 并对降低死亡率也具有重要的作用[10]。同时对于内固定手术治疗的手术时机的选择也非常重要, 作者认为一般在伤后的4~7 d内最佳, 过早术中出血较多, 尤其是对于C型骨折患者在短期内往往不能耐受手术, 而过晚则会加大术中复位的困难[11]。内外复合固定技术是在早期进行外固定, 待病情稳定后行内固定, 且术前进行有效的牵引以解决垂直方向上的错位, 可增加手术时的复位效果[12]。

骨盆骨折前后环损伤, 在Tile分型中常见于B型和C型骨折, B型骨盆骨折中骶髂关节韧带为不完全损伤, 常为骶髂前方韧带损伤而骶髂后方韧带完整, 或骶髂后方韧带损伤而骶髂前方韧带完整, 表现为骨盆旋转不稳定而垂直稳定。C行骨折患者常为后环骶髂关节韧带复合体全部断裂, 或后环髂骨完全骨折, 表现为骨盆不但旋转不稳定而且垂直不稳定[13]。对于不稳定骨盆患者行内固定手术指征包括: (1) 旋转或垂直不稳定骨折; (2) 骨盆环骨折合并髋臼骨折移位; (3) 耻骨联合分裂大于2.5 cm; (4) 外固定后残存移位或闭合复位失败; (5) 骨盆严重内 (外) 旋畸形导致下肢外 (内) 旋功能丧失[14]。同时术中还应该密切操作, 注意对周围血管、神经、精索 (女性为子宫圆韧带) 等组织的保护, 同时还更应注意骨折处韧带的完整性, 防止术后出现下腹壁松弛的现象, 对较为肥胖的患者还可采用无张力疝修补术对患者的腹股沟管后壁进行修补[15]。对于不稳定性骨盆患者的还注意加强术后的处理, 术后应嘱患者绝对的卧床休息, 且大小便时不要污染切口, 术后进行常规的抗感染、维持水电解质和酸碱平衡, 更重要的是还应加强对患者功能恢复训练的指导, 术后早期就应鼓励患者进行上肢主动功能的锻炼和下肢肌肉的被动锻炼, 一般在术后的3个月内应避免负重行走, 3个月后根据X线检查的情况再行负重行走的练习[16]。

在本组的资料中, 对56例不稳定性骨折患者根据不同的骨折类型行相应的入路和固定方式, 所有患者均顺利完成手术, 术后3例患者出现并发症, 并发症的发生率为5.35%。术后进行6个月~3年的随访, 49例 (87.5%) 者基本恢复了伤前水平, 可正常行走, 无跛行, 疗效确切, 根据Matta判定标准, 优34例, 良17例, 可3例, 差2例, 优良率达90.0%以上。综上所述, 对于不稳定性骨盆骨折患者在术前应注意手术适应证和手术时机的把握, 并根据骨折的类型进行相应的内固定的治疗, 确保患者可进行早期的功能锻炼, 是取得良好疗效的关键。

摘要：目的:探讨不稳定性骨盆骨折的临床手术治疗方法。方法:选取本院骨科在2008年1月-2010年12月收治的56例不稳定性骨盆骨折患者, 对所有患者均行切开复位内固定的方法治疗, 对B1型骨折患者行骶髂关节前方入路, 应用钢板固定;对B2、B3、C1、C2型患者行骶髂关节后方入路, 应用加压螺钉固定;对C3型患者行双侧连成一体的骶髂关节前方入路, 应用钢板加空心钉固定。结果:本组56例患者, 手术时间平均为140 min, 术中出血量平均为560 mL;根据Matta判定标准, 优秀34例, 良好17例, 尚可3例, 差2例, 优良率为91.1%。结论:对于不稳定性骨盆骨折患者应根据患者的具体情况选择合适的入路和固定方式, 以使患者尽可能地进行早期活动, 促进骨折的愈合, 提高治愈率。

不稳定性 第8篇

1 资料和方法

1.1 资料:

2011年4月-2013年5月共收集白内障患者508人,为老年性白内障和代谢性白内障,男264例,女244例,年龄52-76岁,视力:光感-0.05共324例,0.05-0.1 (含0.1)共186例,0.1-0.2(不包括0.2)124例,晶状体核的硬度以Emery标准分级见表1。

1.2 手术方法:

2%利多卡因注射液10ml进行局麻,压迫眼球3分钟,开睑器开眼睑,庆大霉素注射液冲洗结膜囊,预置缝线固定上直肌,于上方作以穹隆部为基底的结膜瓣,距角巩膜缘3.5mm处作一弦长约为5-6mm的反眉状切口,深度约1/2巩膜厚度。隧道刀向前潜行分离至透明角膜缘内1-1.5mm,于上方12:00处前房穿刺刀穿刺进入前房。向前房注入粘弹剂,于1:30或10:30处做侧切口,环形撕囊或截囊,将晶状体核旋入至前房内,软核可以直接用双腔冲洗管冲洗娩出。3-5级硬核在晶状体与后囊膜之间及晶状体与角膜之间注入适当粘弹剂,一般有足够空间和前房密闭性,或双手法将晶状体核劈裂成横向或纵向两瓣或多瓣。将劈开的核移之巩膜隧道切口内,轻压切口后唇。用晶状体娩核圈套器娩出晶状体核,将残留的皮质注吸干净,囊袋内注入粘弹剂,植入后房一片式人工晶体(眼力健或亮视PC-5.5×12.5mm)。卡巴胆碱注射液0.5-1ml缩瞳,侧切口角膜层间注水至轻度发白,巩膜隧道切口闭合良好,患眼涂复方妥布霉素眼膏,包扎患眼患者安返病区。

2 结果

2.1 术后视力恢复情况:

第一天视力≥0.5有462只眼(90.94%),术后一周视力≥0.5有473只眼(93.11%),术后一月复诊视力≥0.5有482只眼(94.88%)。同期白内障超声乳化术498眼术后视力恢复≥0.5有458只眼(91.96%),术后一周视力≥0.5有464只眼(93.17%),术后一月复诊视力≥0.5有469只眼,(94.17%),两种手术术后视力恢复相比无明显差异(P>0.05)。1月后脱盲率为95.08%,低视力为3.34%,盲为1.56%。6只眼中3例为高度近视视网膜病变,3例为糖尿病视网膜病变(3期),1月后脱盲率为95.08%.低视力为3.34%,盲为1.56%。

2.2 术后散光度数:

术后一周平均散光度为(0.672±6)D(0.65±23)D,一个月平均散光度在(0.32±25)D(0.32±22)D,由于密闭无缝线小切口,故术后一周及一月后散光小,术后各时段角膜散光无明显差异。(P>0.05)

2.3 手术后并发症:

术后角膜水肿为10只眼(1.96%)。术后感染3只眼(0.59%),术后继发青光眼4只眼(0.78%),术后人工晶体偏位为5只眼(0.98%),术后瞳孔变形4只眼

2.1对比治疗后随访两组患者的优良率

治疗后,对照组患者的优良率为73.68%,观察组患者的优良率为89.47%,组间比较差异显著(P<0.05)。比较详情如表1所示。

2.2对比治疗后两组患者的死亡情况

治疗后,对照组患者的死亡率为15.76%,观察组患者的死亡率为5.26%,组间比较差异显著(P<0.05)。比较详情如表2所示。

3 讨论

盆骨骨折在骨科疾病中属于一种严重外伤,且具有较高的致残率。据统计,在所有骨折患者中,盆骨骨折患者占其总比例的1%至3%,其中,严重挤压伤3%至6%,高处堕落上8%至10%,汽车车祸造成50%至60%。

针对不稳定性骨盆骨折患者采用手术内固定方法治疗,能对患者的畸形病症予以矫正,降低患者骨盆不稳或者末期骨不连现象的发生,从而实现无痛且功能恢复效果满意的目的[4]。对盆骨骨折的原因构成威胁的主要来源是,并发症损伤或者顽固性出血等。随着当下医疗技术水平的提高与介入治疗的广泛应用,大部分患者都将生命危险期平安度过[5]。当前,多数医疗机构在治疗不稳定性骨盆骨折病症时,都会选用手术方法治疗。有研究表明,对盆骨骨折患者及早实施手术内固定治疗,能够使患者的输血量降低至27.2%,而且还能避免病死率与并发症现象的发生,促进患者病症恢复。本次研究结果显示,治疗后,随访观察组和对照组患者的优良率比较(P<0.05);关于治疗后死亡率情况比较,观察组明显低于对照组(P<0.05)。通过上述对不可发现,手术内固定治疗法的实施,能使盆骨的稳定性增强,帮助患者及早负重行走。

总之,采用手术固定方法对不稳定性骨盆骨折患者实施治疗,不仅能使骨盆的稳定性增强,还能降低死亡率的发生,促进临床治疗效果。

摘要：目的:探析不稳定性盆骨骨折的手术治疗效果。方法:选取我院收治的76例不稳定性骨盆骨折患者为研究资料,按照入院时间顺序的先后分两组,每组38例。在所有患者中,予以对照组非手术方法治疗,予以观察组手术内固定方法治疗,对两组患者的临床治疗效果进行评价。结果:治疗后,随访观察组和对照组患者的优良率比较(P<0.05);治疗后,观察组的死亡率明显低于对照组(P<0.05)。讨论:对不稳定性骨盆骨折患者实施手术固定方法治疗,其治疗效果明显优于非手术方法治疗,不但能提高患者治疗后的优良率,而且还能降低死亡率的发生,值得临床推广和应用。

关键词：不稳定性盆骨骨折,手术内固定,临床疗效

参考文献

[1]应凯,迟晓飞,王文辉.骨盆前外固定术在不稳定性骨盆骨折治疗中的应用效果观察[J].山东医药,2015,55(06):89—90.

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不稳定性踝部骨折的手术治疗分析 第9篇

1 资料与方法

1.1 一般资料

本组100例, 男49例, 女51例;年龄18~81岁, 平均50岁。按Danis-Weber分型, A型7例, B型58例, C型35例。按Lauge-Hansen分型, 旋前-外旋型21例 (Ⅲ度7例, Ⅳ度14例) , 旋前-外展型Ⅲ度8例, 旋后-外旋型64例 (Ⅲ度9例, Ⅳ度55例) , 旋后-内收型Ⅱ度7例。本组入选病例已排除踝关节的开放性骨折和Pilon骨折患者。其中内、外踝固定术外, 行后踝固定术者31例, 下胫腓联合固定者9例, 内侧三角韧带深层断裂修补4例。手术时机:皮肤条件允许, 水疱尚未完全长出前予以急诊手术, 或二期肿胀消退皮肤皱褶症出现后手术, 一般为一周左右。

1.2 手术方法

腰麻或连续硬膜外麻醉, 患者取仰卧位, 患肢驱血后于大腿根部以气囊止血带止血, 大腿近端气压止血带维持在350 mm Hg。

1.2.1 外踝骨折

标准踝外侧切口, 显露骨折端后纠正外踝短缩、外旋和外移, 恢复腓骨的长度, 骨折复位后用外踝解剖型锁定钢板内固定, 外踝远端撕脱不稳定者可给予BOLD钉固定, 近端腓骨骨折给予1/3半管型钢板固定, 如无移位给予闭合髓内弹性钉内固定。伴后踝骨折需手术者, 行后外侧切口, 注意避免腓肠神经的损伤, 于踇长屈肌和腓骨短肌间隙入路显示后踝Volkmann结节, 螺钉固定。伴下胫腓前联合损伤需修复的可选用外踝前切口, 注意避免腓浅神经的损伤, 可显露Chaput结节和Wagstaffe结节给予螺钉固定。

1.2.2内踝骨折

内踝前切口入路, 复位后一般采用2枚3.5~4.0 mm中空拉力螺钉固定, 骨折块太小就采用克氏针张力带钢丝固定, 旋后内收型的内踝垂直型骨折则选用抗滑钢板技术固定。后踝骨折块如与内踝相连, 需要固定则采用后内侧入路, 注意保护胫后血管神经, 给予螺钉固定。

1.2.3 后踝骨折

后踝骨折大于10%有移位或大于25%无移位的一般采用踝前小切口由前向后在C型臂机影像监视下打入1~3枚克氏针, 位置满意后置入4.0~4.5 mm空心拉力螺钉固定。后踝骨折大于25%移位无法满意复位或粉碎性者采用后外侧入路T型钢板内固定术。

1.2.4 下胫腓联合损伤

内、外踝复位固定后, 常规行Cotton试验, 牵拉腓骨, 活动度大于4 mm提示下胫腓联合不稳, 于踝关节水平上方1~3 cm采用1~2枚直径3.5~4.0 mm的皮质骨螺钉, 踝关节背伸5°~10°, 平行于胫距关节面且从后向前倾斜25°~30°, 贯穿腓骨双侧, 胫骨外侧三层皮质固定, 螺钉顶端位于胫骨髓腔内, 恢复踝穴原有的宽度。

1.2.5 三角韧带深层断裂的修补

术前非负重踝穴位X线片、CT提示距骨向外移位, 内踝间隙增大4 mm以上, 内侧结构明显不稳时予以探查修补。Colonna手术入路, 手术根据探查断裂的部位可行距骨止点重建, 用克氏针从距骨止点内侧面斜穿距骨体和颈部至距骨窦钻2骨孔, 用1号丝线缝合韧带后固定残端, 丝线引入骨孔到对侧, 骨性固定完毕后收紧缝合线固定。内踝止点重建术在内踝上开骨孔后引出丝线结扎固定于内踝内侧。体部断裂直接缝合。

1.3 术后处理

患肢抬高, 三角韧带深层修补者患肢石膏托固定6周。康复师制定个体化患踝训练计划, 患趾术后第2天开始活动锻炼。拆除石膏后开始踝关节的活动锻炼, 6周后拄拐下床非负重活动, 3个月后开始逐步负重活动。术后1个月、3个月、半年、一年复查X线片。

2 结果

随访时间为4~26个月, 平均14个月, 骨折愈合时间为12~16周, 平均为12.6周。根据美国矫形足踝协会踝与后足评分标准进行功能和疗效评估, 包括疼痛 (40分) 、功能 (50分) 、对线 (10分) 评价指标:90~100分为优, 80~89分为良, 70~79分为可, 小于等于69分为差[2]。本组评分68~100分, 平均88.6分;优37例, 良49例, 一般13例, 差1例, 优良率为86%。

典型病例为一46岁男性患者, 左踝旋前-外旋Ⅳ度损伤, 内踝骨折、腓骨高位骨折、下胫腓联合撕裂腓骨脱位、后踝骨折。手术前后影像学资料见图1~2。

3 讨论

踝关节的稳定性是通过三个结构来维持的:a) 内侧结构 (内踝、距骨内侧面及三角韧带) ;b) 外侧结构 (腓骨远端、距骨外侧面及外侧韧带复合体) ;c) 下胫腓联合 (下胫腓韧带和骨间膜) 。何勇等[3]认为踝关节内外侧结构和下胫腓联合, 三者中一方损伤并不影响踝关节的稳定性。我们定义不稳定型踝关节骨折为:通过X线片显示踝环有两处以上结构损伤, 其中胫距关节对应关系改变者诊断为显性不稳定, 胫距关节对应关系未改变者诊断为隐匿性不稳定。

3.1 踝关节骨折治疗的目的

一是关节功能的恢复;二是无痛的关节。这建立于踝关节结构的完整, 而关节面的解剖复位和踝关节的生物力学稳定是基础。早在1976年Ramsey[4]通过胫骨和距骨接触面积的研究表明, 距骨向外移位1mm, 可造成胫距接触面积减少42%;距骨向外移位2 mm, 胫距接触面积减少65%。Goreham-Voss等[5]通过三维有限元研究报道, 如果骨折线部位存在大于等于2 mm的台阶, 无论骨折稳定 (固定) 与否, 均会存在关节压力分布异常和峰值压力出现。关节生物力学环境的不稳定和应力的变化可加速关节软骨的损伤破坏, 这些是导致踝关节快速退行性变和创伤性关节炎的病变基础。治疗时踝关节的移位必须完全纠正, 关节内骨折面台阶大于1 mm即应予纠正。

正确的手术方案制定和操作是不稳定性踝关节骨折外科手术治疗成功的关键。晏波[6]通过回归分析指出影响踝关节骨折术后功能的主要因素为年龄和手术方式, 所以根据患者骨折情况选择恰当的手术方式是避免术后踝关节功能不良的关键。正确分析了解患踝损伤的机制可较好的作出踝关节骨折、隐匿性脱位和周围软组织复合体损伤程度的判断, 以决定是否需要手术, 怎样手术, 这是正确手术方案制定的基础。简单骨折的固定, 忽略了导致严重不稳定的韧带软组织复合体损伤的修复, 是手术效果不佳的主要因素。Lauge-Hansen分型是根据损伤机制来分型的, 可较好的初步了解踝关节损伤的程度。踝部损伤术前常规小腿全长X线片和踝关节的螺旋CT多维重建利于对踝关节的损伤作出总体判断, 完善手术方案的制定。

踝关节骨折的手术中内、外侧结构的妥善复位和固定是踝关节稳定的关键。在踝关节骨折手术修复过程中, 外踝的解剖复位和腓骨长度的恢复非常重要, 距骨随外踝外移, 外踝的固定可阻止距骨外移半脱位, 恢复下胫腓、胫距关节的解剖结构, 同时解剖复位固定外踝后, 后踝骨折块由于下胫腓后韧带的牵拉往往可得到满意的复位, 对踝穴正常结构的恢复、稳定起着重要的作用。踝关节内侧结构对于维持关节稳定同样具有重要意义, Brandser等[7]认为踝关节内侧结构完整, 距骨不会在踝穴内发生外移, 踝关节骨折则为稳定型。内侧结构中三角韧带浅层主要控制距骨的外翻、外旋, 三角韧带深层主要阻止距骨的外移。固定腓骨、修复三角韧带后, 由于恢复了内、外侧结构的完整性, 恢复了踝关节的正常生物力学环境和稳定性, 这时不固定下胫腓联合也可以获得踝关节的稳定[3,8]。踝关节骨折伴三角韧带完全断裂及下胫腓联合分离时, 李凡等[8]通过固定腓骨, 后踝固定或不固定, 修复深、浅层三角韧带, 未固定下胫腓联合对比固定腓骨及下胫腓联合, 三角韧带未行修复, 两种手术方法的术后疗效差异有统计学意义, 得出修复三角韧带比固定下胫腓联合重要。显示三角韧带是维持踝关节稳定的主要结构, 而三角韧带深层对踝关节维稳更为重要。Tometta[9]研究发现有26%的内踝撕脱骨折合并深层三角韧带损伤, 此时即使骨折块解剖复位固定, 也会出现三角韧带功能不良。Lübbeke等[10]对102例踝关节创伤后关节炎的相关危险因素随访18年的回顾性研究指出:与有症状的踝关节创伤后关节炎发生相关的显著性因素为Weber C型骨折和内踝骨折。我们在手术方案制定时必须重视内侧结构的恢复, 注意韧带和关节软骨损伤的处理。下胫腓联合损伤的手术指证[11]:a) 内踝三角韧带损伤未修复, 腓骨骨折线高于踝关节水平间隙上方3 cm;b) 下胫腓联合损伤合并未行固定的腓骨近端骨折;c) 陈旧性的下胫腓分离;d) 下胫腓联合复位不稳定。术中踝部骨折复位固定后, 我们常规行Cotton试验检查下胫腓联合的稳定性, 若牵拉腓骨有大于4 mm的活动度, 则行下胫腓联合固定。后踝骨折常见于外旋应力作用下的骨折, 所以骨折块一般小于胫骨远端关节面的25%, 骨折常伴随着外、内踝骨折的复位而复位, 治疗时一般采用踝前小切口自前向后螺钉内固定。De Vries等[12]认为后踝骨折块大于或等于胫骨远端关节面的10%时需要复位固定, 否则将改变关节内原有的接触应力, 增加创伤性关节炎的发生率。后踝骨折的复位固定有利于下胫腓稳定性的维持。Gardner等[13]通过生物力学和临床研究发现, 对于此类损伤, 固定后踝可以恢复70%的踝关节稳定性, 而单纯下胫腓螺钉固定仅恢复40%的踝关节稳定性。

3.2 手术注意事项

不稳定性 第10篇

1 资料与方法

1.1 一般资料

患者共35例, 男25例, 女9例, 年龄18～52岁, 平均35岁, 损伤原因为车祸18例, 高处坠落7例, 重物损伤5例, 建筑物倒塌4例, 应力损伤1例。复杂多处骨折14例, 简单耻骨联合分离10例;合并其他类型的损伤, 其中下肢骨折3例, 头颅外伤3例, 失血性休克4例, 腹腔脏器损伤3 (血胸、气胸、肋骨骨折、肠穿孔、脾破裂等) 例, 尿道损伤2例。受伤后均及时入院, 急诊手术10例, 5例入院时已发生休克。首先积极处理危及生命的损伤, 行髋关节制动、侧方沙袋挤压以及骨盆带捆扎, 维持生命体征的平稳, 待病情稳定后予以处理。患者均拍摄X线片及CT扫描, 17例行CT三维重建。

1.2 骨折的分型

全部行X线片检查初步评价骨盆的稳定性, 对可疑不稳定的行螺旋CT检查, 根据Tile[1]分型: (1) A型为稳定型损伤, 即骨盆前环、骨盆边缘或骶尾骨骨折, 但骨盆后环完整; (2) B型为单纯旋转不稳定型骨折, 即骨盆前环骨折合并骨盆后环部分损伤, 共20例, 其中B1型12例, B2型4例, B3型4例; (3) C型为旋转及垂直不稳定型损伤, 即骨盆前环骨折合并骨盆后环完全损伤, 共15例, 其中C1型7例, C2型5例, C3型3例。

1.3 治疗方法

患者入院后首先积极的处理危及生命的损伤、对失血性休克应补足血容量;对合并腹腔脏器损伤、尿道断裂、尿道损伤的患者, 行急诊探查修复术。患者均是仰卧位, 采用硬膜外麻醉或全麻配合呼吸麻醉, 对12例B1型 (开放性损伤) 患者骶髂关节脱位或骨折脱位, 行骶髂关节前方入路, 均用4孔钢板跨越骶髂关节固定髂骨及骶骨。对16例B2、C1、C2型损伤患者均由骶髂关节后方入路, 10例行骶髂关节4枚加压螺钉固定, 6例行骶骨固定, 2例髂骨后部垂直骨折行钢板螺钉固定;3例C3型损伤合并髋臼后壁、后柱骨折, 行骶髂关节前方入路联合K-L入路行钢板螺钉固定。另外对3例耻骨联合分离>2.5cm者, 行骶髂关节复位固定后;对5例合并髋臼骨折, 行切开复位钢板螺钉内固定;对4例合并双侧骨盆骨折的对侧髂骨翼骨折, 同样采取骶髂关节后方入路双钢板固定。

1.4 术后处理

手术后放置胶管进行负压引流, 48～72h后拔出。对患者均预防性应用抗生素, 待全身情况稳定后, 拍摄骨盆X线片, 复位固定满意者, 一般3～4d恢复坐位, 被动活动关节并行静力性肌收缩, 进行功能锻炼, 15d后主动活动踝膝关节, 4周可部分负重, 3个月后视具体情况负重行走。对于C2型及C3型骨折病人根据骨盆后环损伤类型于术后8～12周开始扶拐进行行走练习。

1.5 疗效判定

根据Matte[2]标准评定:优:术后骨盆X线平片测量骨折分离移位距离<4mm;良:术后骨盆X线平片测量骨折分离移位距离4～10mm;可:术后骨盆X线平片测量骨折分离移位距离10～20mm。

2 结果

随访时间5～23个月, 平均14个月。根据Matte的影像学评价标准, 经过手术治疗复位优20例, 良12例, 可3例, 优良率91.42%见表1。术后只有1例发生右侧髂窝感染, 经清创引流后得以恢复。患者从骨折复位程度、疼痛感、步态、肢体长度, 髋关节活动度均有不同程度的恢复, 下地行走最长时间6个月, 最短3个月。无明显盆部畸形, 无双下肢不等长, 无皮肤坏死、神经损伤、脂肪栓塞、下肢静脉血栓形成、骨不愈合等并发症。

3 讨论

不稳定型骨盆骨折的早期需要综合治疗, 因为骨盆环损伤常合并有其它系统的损伤, 因此, 早期的诊断、尽快复苏及早期骨折复位固定是控制出血、降低死亡率的关键。

3.1 早期的诊断

不稳定型骨盆骨折是骨折中比较严重的创伤, 由高能量损伤所致, 多是闭合伤、硬伤, 常由于肌肉强烈收缩发生撕脱性骨折, 又因盆腔壁内血运丰富, 盆内邻近脏器多, 常合并失血休克, 尿道的损伤, 直肠肛管损伤, 神经血管损伤, 以及其它部位的合并伤, 伤后患者常出现休克及其它合并症状, 是骨盆骨折中最严重的一种类型。目前对骨盆骨折的诊断并不困难, 但因其合并伤较多, 临床处理起来比较困难。因此, 必须优先处理危及患者生命的并发伤, 待患者病情稳定后, 再决定处理骨盆骨折及其他损伤或骨折。目前主要诊断依据为骨盆正位片、骨盆CT及骨盆三维重建CT, 骨盆正位片可基本明确半侧骨盆旋转方向和程度以及前环损伤性质和范围。CT扫描可精确估计损伤程度和性质, 评价骨盆环稳定性, 在予以方案处理。对于不稳定型骨盆骨折的治疗一直存在争议, 近些年来, 随着对骨盆骨折解剖和生物力学的不断探索和研究, 普遍认为早期盆骨骨折经过手术治疗、复位固定, 在减少出血、防止后期并发症方面具有重要作用。

3.2 手术治疗方法

骨盆骨折一般有外固定支架外固定、切开复位重建钢板内固定、内固定复合外固定3种方式。

严重骨盆骨折早期, 骨盆外固定支架的治疗是一种可选的方法。外固定架加压固定可以有效减少骨盆容积, 控制出血, 防止搬动过程中已凝集血栓脱落而再次出血, 有利于复苏, 同时为进一步诊断及相关处理提供可靠的帮助[3]。在对患者的生命体征和主要系统进行检查和抢救处理后, 对骨盆骨折类型初步诊断后, 应选择简易有效的外固定架来处理不稳定性骨盆骨折, 特别是出现失血性休克的患者, 外固定架在伤后应尽早安放。骨盆骨折的急救目标是血流动力稳定并使患者处于半卧位状态, 由于骨盆外固定通常只需要15～20min, 因此骨盆外固定应该作为一种急救措施应用, 同时既可作为最终治疗手段。

不稳定骨盆损伤后, 骨盆环的稳定性遭到破坏, 骨盆后环在骨盆的力学稳定中占主要作用, 大量研究表明, 骨盆骨折伴有明显的致残率, 骨折复位、固定、恢复并稳定血液流动是处理骨盆损伤、抗休克的重点原则。对不稳定性骨盆骨折, 只要条件允许, 前环、后环要尽量予以固定。而内固定是近些年来治疗骨盆骨折的的比较理想方法, 符合生物力学特点, 病人也可早期恢复活动及负重行走的能力, 在骨折复位及固定方面也有良好的效果[4], 也可实现盆骨环重建, 降低病残率。

外固定架主要适用于B型旋转不稳定骨盆骨折和伴有多发伤病人的早期固定。内固定对C型骨折有良好的固定作用。

不稳定骨盆骨折应首选复合固定技术治疗, 早期外固定, 病情平稳后10d左右行内固定治疗, 有利于骨折解剖复位。骨盆环损伤伴有骶骨骨折、肥胖及伴有粉碎性等严重骨折最好选择联合固定。术后可早期活动, 减少长期卧床并发症, 从而缩短住院时间, 更能降低晚期后遗症的发生。

综上所述, 对于不稳定骨盆骨折, 要根据个体及损伤的情况, 选择合理的方法, 在条件许可的情况下应在2周内进行手术治疗为最佳, 不仅可以提高复位率, 还对于早期进行功能的锻炼, 以及术后恢复有很大的帮助。

摘要：目的 探讨不稳定型骨盆骨折的临床手术的治疗方法。方法 选取我院自2008年6月至2009年6月共收治的35例经Tile分类后确定为不稳定型骨盆骨折的患者并进行手术治疗。采用前方钢板、骶髂螺钉及后路腰骶髂钉棒内固定系统固定骨盆后环, 配合骨盆前环固定治疗不稳定骨盆骨35例;术中使用重建钢板20例, 使用重建钢板联合拉力螺钉5例。结果 随访时间5～23个月, 平均14个月。根据Matte的影像学评价标准, 经过手术治疗复位优20例, 良12例, 可3例, 优良率91.42%。术后只有1例发生右侧髂窝感染, 经清创引流后得以恢复。下地行走最长时间6个月, 最短3个月。无明显盆部畸形, 无双下肢不等长, 无术后不良并发症等。结论 遵循个体化治疗原则, 选择适当的固定方法治疗不稳定骨盆骨折, 减少卧床的时间, 有利于功能的恢复, 多加锻炼, 从而取得良好的疗效。

关键词：不稳定型骨盆骨折,手术治疗方法

参考文献

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[3]彭扬国, 欧耀芬, 翁阳华, 等.骨盆骨折494例的流行病学特征及临床分析[J].中国骨与关节损伤杂志, 2007, 6.

不稳定性 第11篇

Treating unstable distal radius fractures by limited open reduction and combined with external fixators

Xu Chaoping

【Abstract】 Objective:To evaluate the minimally invasive surgical treatment of unstable distal radius fractures in clinical efficacy.Methods:The K-wire combined with external fixation in the treatment of 23 patients with 26 unstable distal radius fracture side.Results:The patients were followed up 3 to 24 months, an average of 6 months, all fractures healed and the right place to obtain a good postoperative wrist range of activities significantly improved efficacy of functional evaluation according to Dienst criteria assessment: excellent 19 side, good in 4 side, can be three side, the fine rate was 88%.Conclusion:The Kirschner wire with limited internal fixation combined with external fixation in the treatment of unstable distal radius fractures is a minimally invasive procedure, simple operation, reliable fixation, results were satisfactory.

【Key words】 Distal radius fractures Unstable Fracture External fixation

不稳定性桡骨远端骨折通常指闭合复位骨折后,用石膏或夹板无法维持桡骨远端良好对位和对线的骨折,其指标包括桡骨远端背侧粉碎、多个经关节骨折块、桡骨长度短缩超过5mm、桡骨远端关节面向背侧成角超过20度、合并尺骨骨折和下尺桡关节不稳定等。老年人常合并严重的骨质疏松,即使是低能量损伤也能导致桡骨远端不稳定性骨折;高能量创伤通常致桡骨远端粉碎性骨折,周围软组织受损严重。该型骨折手法复位后以石膏托或夹板固定往往不能维持复位,而出现桡骨短缩及骨折再移位,最终导致骨折畸形愈合,腕关节功能障碍。2004年8月到2008年9月,我科应用单侧外固定器跨腕关节有限切开复位克斯针结合外固定支架固定治疗不稳定性桡骨远端骨折,疗效满意。

1 资料与方法

1.1 一般资料。本组23例26侧,其中男15例,女8例,年龄23~75岁,平均54岁。致伤原因:跌倒致伤15例,高处坠落伤例,压砸伤5例,交通撞击伤3例。根据AO/SAIF分型: B1型2侧, B2型2侧, B3型3侧,C1型8侧, C2型7侧, C3型4侧。术前X线资料:掌倾角-55°~22°,平均-9.7°;尺偏角12°~-10°,平均1°;关节面破坏、移位>2mm。

1.2 治療方法。仰卧或侧卧位,于第2掌骨及骨折线近端桡骨干各固定2枚外固定针,其中远端2枚外固定针与掌骨额状面约成45°,垂直掌骨纵轴置于桡背侧,进针点分别距离掌骨两端1cm处,近端2枚外固定针垂直桡骨干置于其桡背侧,距骨折线3~4cm,第2掌骨和桡骨干上的针之间的角度为40~60°[1]。安装支架,在C型臂机透视下进一步牵引手法复位,对于关节面或骨块间不平整、有明显碎骨折块且无法通过手法牵引复位者,有限切开克氏针内固定,尽量使骨折恢复或接近生理解剖位置、桡骨长度、尺偏角与掌倾角,术中根据关节面是否平整、骨缺损和骨质疏松的程度,必要时可植入自体骨或异体骨,最后将外固定器各关节拧紧固定。

1.3 结果。26例术后随访3~24个月,平均6个月。术后6~10周,骨折愈合后拆除外固定器,拆除时间平均为7周。本组中,未发现钉道骨折、支架移位、血管、桡神经损伤等情况发生。6例局部钉孔发红、少量渗出,经局部涂碘伏,抗生素口服后很快好转。未见有严重的钉道感染发生。疗效依照Dienst功能评估标准进行评定:优19侧,良4侧,可3侧,优良率为88%。置外固定支架后2例有创伤性关节炎表现,1例有腕关节僵硬。去除支架后测量:掌倾角平均为12°,尺偏为22°。桡骨轴向缩短基本恢复正常,其中1例缩短2mm。

2 讨 论

2.1 腕关节作为全身最重要、活动频率高、功能恢复要求较高的关节之一。桡骨远端骨折治疗不当易导致腕关节慢性疼痛和僵硬,严重影响手的功能,特别是桡骨远端不稳定性骨折。目前普遍接受的复位标准是桡骨远端关节面移位小于2mm,背侧倾斜角度10°,桡骨缩短小于5mm[2]。对多数稳定型骨折者可以通过闭合复位后用夹板或石膏制动、克氏针固定及切开复位内固定等方法治疗大多效果满意。桡骨远端不稳定型

骨折为复杂的关节内骨折,石膏、小夹板对骨折端无牵引作用复位差,即使早期复位满意,仍然可能出现再次移位。切开复位接骨板内固定,往往存在暴露困难、因骨折粉碎,骨质疏松固定不可靠、术后制动时间长、破坏韧带及骨折血运等缺点。采用外固定支架治疗桡骨远端不稳定型骨折具有操作简单,复位满意,创伤小,调整方便,固定坚强等优点,并便于治疗软组织损伤。外固定支架由于有持续牵引作用,可避免骨折的再次移位并保证掌倾角、尺偏角的恢复。

2.2 外固定支架治疗桡骨远端不稳定性骨折的优缺点外固定支架治疗骨折的原理由Vidal等[3、4]提出,称之为“韧带牵拉复位”,即外固定支架通过牵拉骨折段两侧的周围正常软组织如肌腱、支持带、骨膜、韧带等提供的张力和外固定器所提供的适当牵引力与牢固稳定,维持已复的骨折直至愈合。其具有以下优点:①手术操作简单,创小,对骨折端的血供影响小; ②允许早期进行功能锻炼,助于减轻水肿并使关节面获得营养,减少关节僵硬和骨质松的发生; ③术后可根据患者具体情况进行再调整; ④无二次手术,门诊即可拆除外固定支架;⑤对软组织损伤小,特别是开放性污染创口。当然,超关节外固定支架治疗桡骨远端骨折仍有一些缺点,主要是钉道感染、钉道骨折、钉松动和桡神经炎等。只要重视术中操作,加强术后钉道常规护理,这些并发症大多可以避免。

2.3 外固定支架治疗桡骨远端不稳定性骨折的适应证。①不稳定的、关节外骨折伴后唇或双皮质骨粉碎性骨折;②不稳定性关节内骨折无掌侧骨块旋转;③关节面不平整、粉碎严重、

单纯内固定无法维持稳定固定者;④闭合复位、石膏固定失败的骨折;⑤桡骨远端开放性骨折,局部软组织损伤严重;⑥向背侧成角≥25度的粉碎性骨折;⑦桡骨短缩≥10mm;⑧双侧桡骨远端骨折;⑨陈旧性粉碎骨折伴不稳定骨折。粉碎严重、骨折块复位后不稳的患者,目前多主张采用有限内固定结合外固定治疗,以获得更好的疗效。

对于桡骨远端的不稳定性骨折,尤其是涉及关节内的粉碎性骨折,采用外固定支架进行复位和固定,适当结合有限切克氏针内固定术,术后早期进行功能锻炼,能够最大限度地恢复腕关节的的功能,避免出现创伤性关节炎和功能障碍。

参考文献

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不稳定性 第12篇

随着晶体管密度不断增加，通过提高主频的方式已经很难保证处理器速度按摩尔定律的方式发展。自2005年以来，CPU设计者更多地致力于通过增加核的数量来提升性能而非通过进一步加强单个核的计算能力[12]。然而，由于多核平台各个核之间的相互影响(如Cache一致性协议[13])资源竞争(总线、LastLevel-Cache等)以及操作系统调度等因素，导致并行程序(或者同一组程序的组合)在多次执行时性能表现出显著差异，这种现象称为不稳定性现象[1]。

为了尽可能利用多核平台的计算能力，分布式计算[14]和并行编程越来越普及[12]。多线程程序，例如数据库[2,3]和Web服务器[15]等已经是如今最为广泛使用的服务程序。当前以及未来计算机体系结构将更多地针对多线程程序加以设计[16]。因此，现在越来越多的并行程序被用于体系结构设计和系统评估[5,12]。由于并行程序的并发性和不可控性，不稳定现象在并行程序上体现的更为明显。据Alameldeen[1]统计，在多线程商业软件中，由不稳定性现象导致的错误体系结构或系统评估结论高达31%。

不稳定现象给多核平台各种评估造成了极大障碍。为了解决不稳定性问题，目前已存在很多相关的研究。具体主要集中在两个方向:基于统计的分析和消除不稳定性。基于统计分析的方法的不足在于为了得到可以接受的置信度有些情况下需要执行太多次测试以至于时间上难以接受。相比较，消除不稳定性的方法能够在满足实验时间要求的情况下给出较为准确的结论，然而目前算法并不能完全消除不稳定性。

本文详细介绍了这两种方法并讨论了它们的不足。在此基础上，全面分析了造成不稳定现象的因素，并提出一种能够较为彻底消除不稳定现象的算法，该算法针对每种因素进行逐一消除，最终实现全面消除不稳定性因素。实验数据显示，在对程序进行消除不稳定算法处理之后，能够将不稳定指数降低至1%以下。

1 多核执行的不稳定性

在多核系统中，不稳定性现象广泛存在，这使得研究者通过对比同一并行程序在不同平台上的性能数据来评估优劣的方式变得不可行。本节对不稳定现象进行详细描述。

不稳定性指的是同一个程序在多次执行时所获得的性能数据存在差异的现象，即使多次执行的时候所处的系统环境完全一致[1]。不稳定性通常是由于程序多次执行的路径并不完全一样造成的，因此，不稳定性反映了程序的性能对于程序执行路径的敏感度。尤其在并行程序中，任何微小的差异都有可能导致较大的性能差异。

不稳定性现象已经广为人知。通常研究者会通过执行多次足够长的测试并对结果取平均的方式来尽可能最小化不稳定性带来的影响。图1选自Alameldeen等人做的实验[1]结果，该实验在有着12个167 MHz主频的Ultra Sparc II处理器的Sun E5000多核机器上执行五次OLTP[2]测试程序并统计在不同的统计区间内每次执行中平均每个事务所消耗的时钟周期数(Cycles/Trans．)。图1(a)选择1 s的统计区间，展示了五次测试中每1 s内的Cycles/Trans．的平均值和误差条。图1(b)、图1(c)分别选取10 s和60 s的统计区间。选取的统计区间越长所测得的性能差异越小，但即使在10 s的统计区间内，多次执行的不稳定现象也非常显著。

很多情况下，由于设计空间过大，并且生产出对应设计的硬件代价高昂，研究者通常使用体系结构模拟器上执行不同的测试程序集来对不同的设计进行评估[17]。然而模拟器的速度相比于真机非常缓慢，最快的模拟器大概比真机慢100 000倍[4]，真实硬件上执行60 s的程序在模拟器上要执行69天，因此这种通过执行足够长的时间来降低不稳定性带来的影响是不现实的，而在有限测试区间上测试则不可避免面对不稳定性问题。

模拟器上的不稳定性现象也广泛存在。图2展示了同一个程序(matrix multiply)十次执行在同样配置的多核全系统模拟器上的时钟周期数据，对于同一程序的不同的执行次数有可能存在50%的性能差距，这使得通过对比不同配置执行同样程序的性能数据来评估硬件配置优劣的可信度大大降低。

图3显示了Alameldeen[1]的另一个实验实验，他们用模拟器测试了DRAM的延迟在80到90 ns之间分布时整个系统的性能曲线。直观上DRAM的延迟越大系统的性能越差，但是测得的结果却并非如此，比如DRAM延迟从81 ns增加到84 ns的过程中整体性能居然也是呈上升趋势。这种结果不正确的根源在于程序执行的不稳定性。具体的讲，在本次实验中，在DRAM延迟81 ns时程序所执行的路径结果比较差，而在延迟84 ns程序所执行的路径结果是比较好的，这就造成了DRAM延迟81 ns反而比84 ns性能差的假象。这种现象称为优劣关系方向偏差[1]。

不稳定现象不仅会导致得出错误的结论，还会影响结论的精确性，比如图3中延迟从81到80 ns的曲线斜率很大，性能提升了大概4%，这可能比实际提高了数个量级。这种现象称为差异量级偏差[1]。造成这种偏差的原因在于实验中80 ns延迟时执行的路径恰好比较好，而81 ns时执行的路径比较差。

综上所述，不稳定现象会造成评估过程中出现优劣关系方向偏差以及差异量级偏差，从而导致对系统评估的有效性造成障碍。

2 不稳定性解决方案

针对不稳定性导致无法获得正确结论的问题，研究者提出来各种方法来解决此问题。解决方案主要集中在两个方向:基于统计的分析方法以及致力于消除不稳定现象的方法。

基于统计的方法完全依赖统计分析，Alameldeen[1]采用的方法是该方向的典型，他们通过建立数学模型计算出为了获得达到某种置信度的结论所需测试的次数，然后测试足够多的次数并对结果取平均作为最终结论。

致力于消除不稳定现象的方法通过对操作系统、测试程序或者模拟器进行一定程度的修改，使得多次测试的时候能够尽可能执行相同的路径，从而消除不稳定性。

本节接下来的内容将详细介绍这两种方向。

2.1 基于统计的分析

多次试验取平均构成了传统试验设计的基础[10]。这种方法的依据在于扩大样本空间(执行的次数)会降低变异系数(多次执行性能的差异)。为了得到尽可能准确的结论，需要执行足够多的次数，来尽可能提升置信度，也即降低获得不正确结论的概率。

Alameldeen[1]在他们的统计分析方法中采用了两种技术:置信区间和假设检验来估算在对比两种体系结构设计优劣的时候得到错误结论的概率。在这种结论中存在两类错误:优劣关系的方向(即哪种设计更好)，以及差异量级(即两者之间差多少)。错误结论概率估计了得到错误的优劣关系方向的概率，也是Alameldeen研究的重点。置信区间技术给出的错误结论概率的上限相对保守，但它同时能够帮助估计差异量级;假设检验能够给出更加紧凑、更加精确的错误结论概率，但对于估计差异量级并没有帮助。本文仅对置信区间技术进行介绍，假设检验相关的更加详细的描述可在文献[1]中找到。

2.1.1 置信区间

置信区间定义为一个期望包含着某个总体参数(比如总体平均值)的范围[10]。置信度是真实值落在置信区间内的概率。例如，如果执行某个测试程序的平均时钟周期数落在4百万到5.5百万的置信区间的概率是99%，那么我们有99%的确信真实的平均时钟周期落在4百万到5.5百万之间。一个正态分布的无限总体的平均值的置信空间满足式(1)[11]:

其中，表示样品的平均值，s是样品标准差，n是样品大小，t是正态离差(和要求的置信度正相关，可以通过查询标准统计表得到)。从式(1)可知，可以通过增大样品空间，或者降低置信度得到更为紧凑的置信区间。

在比较两个体系结构设计优劣时，置信区间可以用来估算错误结论概率的上限。如果两个设计的置信区间不重合，则得到一个错误结论的概率最多是(1-p)，其中p是置信度。图4给出了置信度设为95%的情况下，两个不同的设计在选择不同的样品空间时的置信区间。这两种设计分别是重排缓冲器ROB(Reorder Buffer)容量分别取32和64的情况。

正如所期望的那样，随着样品空间增大，置信区间也随之收缩。当样品空间达到20时，两种设计的执行区间不重合，也即此时得到错误结论的概率小于5%。对于小的样品空间，它们的结论在95%置信度上并非统计显著[10]，因为它们的置信区间重合。注意到如果把置信度降为90%，则样品空间为15时就可以达到统计显著，但是那也意味着有10%的概率会得出错误的结论。

2.1.2 估计样品空间

当设计一次实验时，需要估计为了得到统计显著的结果需要执行的实验次数。假设总体无限，则样品空间大小可以根据总体参数以及要求的结论精确度估计得出。例如，如果要求把估计的总体平均值的误差限制为r，则需要的样品空间大小为:

其中，和S是总体的真实平均值和标准差，t是和要求的置信度相关的正态离差[10]。由于真实的平均值和标准差之前并不知道，可以使用样本的平均值和标准差来进行近似替换。置信度则根据要求的错误结论概率进行选择。

例如，如果要求置信度为95%(t=2)，时钟周期的相对错误小于4%(r=0.04)，并且使用近似值则需要测试的次数为(2×0.09/0.04)2=20。

2.2 消除不稳定性

Alameldeen[1]提出的基于统计的分析方法需要进行足够多次的测试来得到满足置信度的结论，但这种方法在某些情况下需要十几甚至几十倍次数的测试才能够达到要求。Lepak[9]在他们的实验中发现，使用统计分析的方法需要进行8100次模拟测试才能够得出满足置信度的结论，这在试验时间上是不可接受的。

为了更好地解决这个问题，Lepak[9]提出了了另一种互补的方法。不同于使用统计方法来限定误差，Lepak使用一种可控和防御式策略系统地移除引起不稳定性的因素，并对移除不稳定性带来的影响进行了量化，从而得到确定性的模拟。

在Lepak[9]的工作中，他们认为导致程序不稳定性主要是竞争和中断，他们的工作也集中在消除这两者引起的性能不稳定性上。在Lepak方法中，他们首先实现了一个确定性的模拟器:PHARMsim，然后在首次执行一个多线程程序时记录所观察到的执行轨迹，这个轨迹记录了中断信息和竞争信息．中断信息主要包括中断向量PC，中断类型，遇到该中断的指令范围以及执行中断处理程序的CPU，竞争信息则主要包括不同CPU访问内存的相对顺序。在此后的执行中，PHARMsim使用记录的轨迹信息重现首次执行的路径，从而只需要在不同的模拟器配置上执行同一个测试程序一次就可以通过比较输出数据来评估不同配置的性能优劣。

为了记录竞争，Lepak[9]方法需要记录所有处理器访问共享内存的地址。为了降低轨迹数据的大小所有的记录都只在Cache Line粒度。由于局部访问并不造成竞争，它们将被组合在一起来进一步减小轨迹数据尺寸。

针对遇到的每一次共享读，为了记录RAW依赖，轨迹数据中会记录该数据的第一个读者和最右一个写者。

由于共享写可能造成WAW或者WAR两种依赖，需要在轨迹数据中为每条共享写记录额外的信息。WAW依赖类似于RAW依赖，需要记录当前的写者和上一个写者。WAR则需要额外记录之前的所有读者。表1显示了具体的轨迹数据结构。

表2给出了一个有着三个处理器例子，该表记录了首次执行所观察到的轨迹。每一行代表观察到的内存访问记录。该表记录了两次RAW依赖(时间1,CPU2;时间2,CPU2)，两次WAR依赖(时间1,CPU2;时间2,CPU2)，以及一次WAW依赖(时间2,CPU2)。如表所示，发生在时间2,CPU2上的两次WAR/WAW依赖通过一条单独的共享写条目记录。此外，只有多个处理器访问共享数据时才会在轨迹中有相应记录，因此时间3,CPU1的LD A以及时间4,CPU1的ST A并不会记录在轨迹数据中。时间1,CPU1的LD A反应了首次的Cache Miss，因此也记录在轨迹数据中。

2.3 两种方法的比较和不足

基于统计的分析不需要对模拟器进行任何改动或限制，完全通过数学模型和要求的置信度计算所需要测试的次数，然后对所有的测试结果进行求平均即可。这种方法保持了真实条件下的不稳定性现象，并能够在保持这种真实度的情况下得出一定可信度的结论，但是针对某些场景来说，为了达到要求的置信度需要进行太多的测试以至于现实中是不可行的，比如，Lepak[9]的实验发现为了得到可接受的置信度需要进行8100次模拟测试，这在时间上是难以接受的。

相比于基于统计分析的方法，Lepak[9]的方法能够极大地消除必要的测试次数。然而，Lepak只针对数据竞争和同步竞争提供了解决方案，为了验证其他可能引起不稳定的因素，我们实现了一个没有任何竞争的微测试程序，测试时发现依然存在比较明显的不稳定性现象。

针对Lepak的局限性，我们对造成不稳定性现象的因素做了比较全面的分析，并在此基础上逐步消除不稳定性，最终得到比较稳定的结果。

3 不稳定性因素分析及消除算法

本节比较全面地分析了引起不稳定性的因素，并在此基础上逐步消除不稳定性。

3.1 不稳定性因素分析

影响不稳定的因素有很多，造成不稳定性的因素按其类型不同主要可以归为负载不均衡、调度和竞争三个类别，下面将对每个类别进行讨论。

3.1.1 负载不均衡

在一些多线程测试集程序中，程序的总体输入并非平均分配在各个工作线程上。当总的工作量并不能被工作线程数整除时，余下的工作通常会额外分配给一个工作线程。这种不平均的分配方式加重了性能不稳定性现象。比如，考虑PARSEC[5]基准测试集的swaptions程序，该程序源码中，当把128个工作负载分配给24个工作线程时，其中23个工作线程会各自分配到5个工作负载，而另外一个线程将分配到13个。为了解决这种情况，通常应该修改源码使得分配方式能够以一种更为平均的方式进行，比如可以给8个工作线程各自分配6个负载，另外16个线程各自分配5个工作负载。

在另外的程序中，各个工作线程以一种随机方式获得工作负载。比如Phoe-nix基准测试集中的pca程序。该程序为整体的工作负载维护了一个互斥锁，每当有工作线程需要拿工作时，先要获取此互斥锁，然后从剩下的工作负载中取得固定额度的负载后释放互斥锁。由于每次执行时各个工作线程获取锁的情况迥异，导致每次执行pca时的性能差异很大。图5显示了在模拟器上执行pca五次所得的性能参数。

3.1.2 线程调度

操作系统的调度是导致很多造成不稳定性的因素，本节主要讨论线程迁移，新建线程调度及上下文切换造成的不稳定性。

1)线程迁移

在多核系统中，操作系统调度器为了各个物理核的负载均衡而把线程从一个物理核迁移到另一个[18]。每次线程迁移中被迁移的线程相关的数据也会被移动到目的物理核上，线程迁移的开销通常很大[8]，因此频繁的线程迁移会导致性能的不稳定性。尤其是在NUMA机器上[19]，由于不同线程访问非本地内存的时间远大于访问本地内存，线程迁移带来的消极影响更加显著。

为了解释线程迁移带来的性能不稳定性现象，Pusukuri[8]在他们的实验中实现了两种类型的微测试程序(Microbenchmark):计算密集型和数据密集型，前者在一个循环里不停地执行算术运算，后者使用malloc调用申请很大的内存空间，读取并写入。这两个微测试程序都拥有两个线程，并且每个程序分别实现了线程迁移和无线程迁移两个版本。在无线程迁移版本中，每个线程绑定到一个固定的物理核;在有线程迁移版本中并没有做绑定核，线程调度交给操作系统完成。每个类型的每个版本分别执行100次。图6展示了四种情况的平均时间以及时间差异区间，四种情况分别代表计算密集-线程迁移，计算密集-无线程迁移，数据密集-线程迁移，数据密集-无线程迁移。

该图显示，允许线程迁移的程序比不允许线程迁移的程序不稳定性现象更加显著，并且由于每次线程迁移中被迁移的线程相关的数据也会被移动到目的物理核上，线程迁移对数据密集型程序带来的影响更大。

2)新建线程启动时间不稳定

多线程程序中，主线程创建线程之后新建线程会在主线程所在的物理核上等待操作系统将其调度到指定(如果显示绑定该线程到某物理核)或任意物理核上并开始执行。由于操作系统调度的不稳定性，多次执行同一程序时新建线程开始被调度的时机并不一致。在我们的实验中，在一个有着24个物理核的机器上实现了一个微测试程序，该程序在某一时刻由主线程创建24个工作线程，分配给每个工作线程均衡的工作负载，并且每个工作线程绑定在不同的物理核上。实验发现不同的执行中各个线程开始被调度到指定物理核上的时机并非一致，在一些极端的情况下一些线程执行完了之后另外的线程才开始执行。这种新建线程开始执行时机的不稳定性导致整个程序的不稳定性。

3)上下文切换

现代操作系统调度器的最终目标是提供公平性。在多线程程序中，由于各个线程对各种资源(如CPU，内存，锁，硬盘等)的需求并非一致，各个线程的行为也往往是不一致的，操作系统为了尽可能公平的把系统资源分配给各个线程将不断的修改线程优先级[7]。默认情况下，操作系统调度器基于分时系统来决定优先级。线程优先级转换通常有两种情况:事件驱动和时间区间驱动。事件驱动指的是由于系统调用阻塞、休眠被唤醒或者资源被抢占导致的优先级变化;时间区间驱动指的是线程因耗光当前时间片而导致优先级变化。

当一个线程的优先级发生变化时有可能会引起上下文切换，如一个正在执行的线程耗光时间片而进入等待队列，操作系统会根据优先级选择其他线程继续执行。上下文切换分为两种类别:自发式上下文切换和非自发式上下文切换。前者指的是由于系统调用阻塞(如I/O)或锁竞争失败而引起的上下文切换，后者指的是资源被抢占或时间片耗光而引起的上下文切换。

上下文切换有一定的时间开销。线程优先级的不断改变会导致频繁的非自发式上下文切换频率改变，从而导致程序的性能不稳定性。此外，非自发式上下文切换通常包括锁拥有者被抢占，如此则请求该锁的线程将会被阻塞，因此进一步增加自发式上下文切换发生频率[8]，造成性能不稳定的同时降低整体性能。

3.1.3 资源竞争

竞争主要包括数据竞争[20]和同步竞争[9]。竞争是造成多线程程序执行路径不稳定性的主要原因，同时也是造成不稳定现象的重要因素。

当两个或更多处理器在没有经过同步保护的情况下访问同一内存地址时将发生竞争。并非所有的竞争都会引起冲突，只有当两条来自不同处理器的内存指令访问同一个内存地址，并且至少一个是写指令时才会发生冲突。冲突导致如RAW,WAW以及WAR依赖。图7[9]列举了这三种依赖。

除了展示三种依赖之外，该图还显示了CPU 2的两条访存指令为了保持依赖所应该遵循的执行窗口。比如，为了保持WAW和RAW依赖，CPU 2的ST A指令必须在时间1之后和时间5之前执行，而为了保持RAW和WAR依赖，CPU 2的LD B指令必须在时间2之后和时间7之前执行。

如果无法保证多次执行的依赖情况一致，则多次执行的路径有可能完全不同。例如多个工作线程通过竞争互斥锁来确定自己的工作负载，只有保证每次执行各个线程对锁的竞争结果完全一致才能保证每次执行时各个线程的工作负载是一致的，而程序的竞争并不能保证这一点，因此会导致性能的不稳定性。

3.2 全面消除不稳定性的算法

Lepak[9]在他们的工作中仅处理了资源竞争的情况，但在3.1节的分析可知，即使一个多线程程序不存在任何资源竞争也有可能存在不稳定现象，而我们实现的没有任何竞争的微测试程序的执行结果也验证了这一点。为了彻底消除不稳定现象，需要全盘考虑造成不稳定的因素。由分析可知，造成不稳定现象的因素之间虽然会相互影响，比如线程迁移有可能影响某个物理核上的上下文切换，但消除各个因素的方法是正交的，例如在消除线程迁移之后再消除负载不均衡并不会重新引起线程迁移。本节提出的算法基于3.1的分析，逐一消除每个不稳定因素，最终消除所有因素。该算法一共包含以下五个步骤。

1)消除负载不均衡

我们通过修改源代码的方式使得每个线程在每次执行都能获得固定的负载，并且尽量达到负载均衡。例如，针对Phoenix[12]测试集的pca程序，我们修改了源码中分配负载的方式，不再是工作线程通过抢占全局锁来获得负载，而是在程序一开始就根据总体工作量以及工作线程数来平均分配负载。

此外，有些程序的输入是随机生成的，例如pca和matrix multiply中需要计算的数据是通过random()函数伪随机生成的。由于每次执行时seed()函数的参数不同，导致每次执行时生成的数据并不相同，从而引起潜在的不稳定性。为了解决这个问题，我们使每次执行的输入从文件中读取。

通过以上两个方式的修改，可以确保每次执行时线程间的负载均衡，同时保证每个线程多次执行时处理的数据保持不变。

2)消除线程迁移

我们使用setaffinity()系统调用把每个线程(主线程和工作线程)绑定在指定物理核上，从而避免线程迁移。

如3.1节所述，对于数据密集型程序而言，由于每次迁移都会附带该线程的局部数据随之迁移，因此数据密集型程序的稳定性对线程迁移十分敏感，尤其在访问本地数据和非本地数据延时差别很大的NUMA[19]环境下。在我们的测试程序中，数据密集型程序的每个工作线程的输入相对较大，例如string match程序每个工作线程的输入为25 MB左右，而整个共享三级缓存也仅为18 MB。可以预想，当线程迁移时，每个物理核的私有缓存都将重刷数据，这对于稳定性和整体程序的性能都将带来很大的影响。测试结果也表明，在绑定核之后，数据密集型程序的稳定性得到了较大的提升。

3)消除新建线程启动不确定因素

在我们调研的文章中，很少有提及由于新建线程启动时间不同造成的不稳定现象，但在我们的实验中发现，对有些程序来说该因素是造成不稳定现象的主要因素。图8描述了这种现象，由于新建的工作线程开始执行的时间点不稳定，导致执行窗口的宽度在多次执行时不一致，从而导致整个程序的不稳定性。例如，我们的实验中发现，在某次执行matirx multiply时，某个工作线程在执行了三亿时钟周期时，另外的工作线程才开始启动。

针对新建线程开始执行的时间不一致造成的不稳定性现象，我们通过在每个工作线程的初始阶段加入屏障指令(Barrier Instruction)强制每个新建线程必须在其他新建线程准备就绪之后再开始执行，如此便能强制执行窗口的宽度保持一致，从而消除该因素带来的不稳定性。

4)上下文切换因素

由于我们测试程序执行在干净的环境中，因此并没有其他进程的干扰。此外，我们确保测试程序的每个线程都能分配到一个单独的物理核，因此也不存在多个工作线程在一个物理核上抢占资源的现象。正如所期望的，我们用Systemtap[24]监测得上下文切换的数目可忽略不计，因此我们并没有针对上下文切换做进一步的处理，后面测试的结果也显示在做完其他消除不稳定性的工作之后原本不稳定的程序变得稳定。

5)消除资源竞争因素

我们首先分析测试程序的源码和初步的数据测试来断定每个测试程序中各个线程之间的资源竞争是否严重。对于资源竞争比较严重的程序，我们采用类似Lepak的方法进行处理。

4 实验评估

评估测试程序在Phoenix[12]测试集和Splash2[26]测试集选取了，包括数学运算(matrix multiply,linear regression)、机器学习(pca,kmeans)、分布式(string match、word count)以及科学计算(water-Nsquared)。测试平台采用两种平台，一种为有着24个物理核的NUMA主机(每六个核共享一个本地存储)。另一种是模拟器，模拟器使用时钟周期精确的Transformer[25]。具体测试环境如表3所示。

为了测量稳定性，我们使用在相同初始环境下执行多次(本文选择10次)的时钟周期的标准差所占平均值的比例作为不稳定性指标(Variability Index)，如式(3)所示。其中VI代表不稳定性指标，sd代表执行10次所测得时钟周期的标准差，avg代表执行10次的时钟周期的平均值。由式(3)可知VI值越小越稳定。

针对每一个测试程序，我们分别测试其原始的VI值，在对其做3.2节所述的消除不稳定性算法的某个特定步骤之后的VI值，以及对其做全部算法步骤之后的VI值。不同的测试程序的不稳定性对不同因素的敏感度不尽相同，由于算法的每个步骤消除其中一个因素，这种测试方法可以看出每个测试程序对每种因素的敏感度。在测试中我们发现，每个测试程序都有一到两个主要不稳定因素。例如，pca的主要不稳定因素是负载不均衡。图9显示了在执行5次时，每次执行时指令在各个核上的分布(本次试验一共模拟4个核)。从图中可以看出，虽然每次执行时总指令数几乎相等，但由于复杂不均衡导致指令分布变化很大，从而导致多次执行的不稳定性。在对pca进行负载均衡处理之后，其VI值从14.5%降到4.3%。

与pca不同，matrix multiply的主要不稳定因素是新建线程启动间隔不同。例如，实验发现在时钟周期数相差约50%的两次执行中，其中一次的新建线程启动间隔比另外一次慢了近一千万个时钟周期。在matrix multiply的工作线程加入屏障指令之后，其VI值从34.6%降到8.3%。

章节所限，本文并没有列出所有测试程序在执行每个步骤之后的VI变化数据图。为了展示整体算法的有效性，图10显示了原始测试程序的VI值以及在对每个程序进行完消除不稳定性算法之后的VI值。由图可见，本文提出的算法能够有效的消除不稳定性，所有测试程序的平均VI从22%降到0.45%。

5 相关工作

Alameldeen[21]认为不稳定性(Non-deterministic)程序行为将成为使用模拟器进行时序模拟实验的挑战。他们提出，多线程程序(或一组程序)的不稳定性导致整体性能对于系统参数的细微改动十分敏感，而由于主流的模拟器大多是确定性的，导致使用模拟器进行试验时只要初始环境不变，每次执行的结果都是一致的，这将无法体现真实环境中的不稳定现象。Alameldeen通过在模拟器中引入伪随机扰动来重现不稳定现象，并结合统计技术进行分析。

Alameldeen[1]进一步分析了不稳定性现象。他们将不稳定性分为时序不稳定和空间不稳定，讨论了物理机和模拟器上的这两种不稳定现象，并提出了基于统计学分析的方法，在允许不稳定现象存在的情况下如何根据置信度来确定在该置信度下得到正确结论需要测试的次数。

Lepak[9]提出了了另一种互补的方法。不同于使用统计方法来限定误差，Lepak使用一种可控和防御式策略系统移除引起不稳定性的因素，并对移除不稳定性带来的影响进行了量化，从而得到确定性的模拟。

Pusukuri[8]发现多线程程序的内存访问行为以及线程调度、线程迁移对性能不稳定造成较大的影响，他们提出了可以动态选择内存分配策略和线程调度策略的方案不仅能够提升程序的性能，还能显著降低程序不稳定性。

Sandberg[13]提出多核平台上一组同时执行的程序对共享缓存的竞争会带来显著的性能不稳定性，此类不稳定性主要源于多次执行时不同程序的相位重叠的差异。他们对程序独立执行时的输入数据进行特征分析，并基于一个知悉相位的共享缓存的模型提出一种可以高效分析性能不稳定性的方法。

Curtsinger[22]提出程序在每次执行时代码段，栈结构以及堆对象等在内存中的布局都是不同的，而不同的布局对缓存和分支预测的性能都会造成较大的影响，因此造成多次执行性能的不稳定性。当对不同设计进行测试时，无法判断性能的差异是来自设计的不同还是布局的不同。针对此问题Charlie实现了可以在执行时对代码、栈和堆对象在内存中的布局进行随机取样的系统，从而可以分析不同执行时内存布局带来的不稳定性。

Larres[23]在应用软件的角度讨论了性能不稳定性。他们提到，在评估应用软件性能的时候普遍的做法是使用自动化性能测试，然而测试的结果往往包含很大比例的噪音，这些噪音带来的性能变化并非来自软件自身，而是由于在不同执行的过程中一些外部因素(如操作系统的决策)或者程序内部的不稳定性因素不一致造成的。这些噪音对于解读测试结果带来困难。他们提出了一种能够分析造成噪音的因素的方法，并在Mozilla Firefox上进行了实验。

6 结语