岩土压力传感器匹配误差的特性

在介绍了岩土压力传感器匹配误差概念的基础上,论述了匹配误差的稳定性、等效性、真实性和实用性以及各特性之间的相关性。通过研究得出：匹配误差特性的核心是稳定性;传感器刚性饼状设计是保证稳定性的必要条件;等效匹配误差不一定是真实的,但即使是不真实,也不影响实用性。     

岩土压力传感器匹配误差的计算

对岩土压力传感器的匹配误差，从解析理论研究出发，提出两次压陷等假定条件，推导出在3种使用场合时的匹配误差计算公式，得出匹配误差计算公式中有关参数的确定方法或具体量值，给出了实用的匹配误差定量计算公式。     

离心力场中微型土压力传感器非线性响应分析

为掌握离心力场环境下微型土压力传感器与土介质相互作用引起的匹配误差特性,结合匹配误差理论,通过液体标定试验和离心力场中土介质标定试验,讨论了微型土压力传感器在模量相对较大土介质中的非线性响应特征及其主要影响因素。试验分析表明：在液压条件下微型土压力传感器具有良好的线性响应特性;在离心力场环境中微型土压力传感器表现出的显著非线性响应特性是由加载过程中土介质模量的改变引起;基于建立的匹配误差随土介质模量变化的关系曲线对测试数据进行非线性修正,可明显提高微型土压力传感器在模量相对较大土介质中的测试精度。     

岩土压力传感器静区配问题的研究进展

简要介绍了岩土压力传感器静匹配方面的研究进展,导出了匹配误差的近似解析理论公式和统一的定量计算公式;给出了最佳压陷位移系数的量值;建立了2个匹配条件之间的定量关系;给出了传感器承压面和周围介质中应力场的分布规律。     

MEMS加速度传感器在矿用随钻轨迹测量系统中的误差校正

矿用随钻轨迹测量系统的工具面向角和倾角通常采用加速度传感器实现测量,然而由于传感器制作工艺、探管机械加工以及装配等因素使得工具面向角和倾角的测量出现误差。为了修正上述系统误差,首先介绍了随钻轨迹测量系统及其工作原理,进而分析了加速度传感器的误差产生,并建立了MEMS加速度传感器的误差模型;提出了一种基于三十六位置的加速度标定方法,并对其进行相应的测试。实验结果表明:建立的加速度误差模型在随钻轨迹测量系统中,倾角精度为0.2°,工具面向角精度为0.2°,且倾角和工具面向角之间相互影响较小,能够满足实际煤矿井下钻探工艺的精度需求。      

土应力传感器动态匹配误差理论研究

根据弹性体振动理论及改进刚模理论,建立了土应力传感器动态匹配误差公式及其设计判据,与现场试验检验相吻合。     

基于PNI磁感式传感器的钻孔测斜仪的研制

研制了一款基于PNI磁感式传感器和SCAl00T加速度传感器的矿用全空间钻孔测斜仪。详细论述了系统的总体结构、测量原理及传感器的电路设计;同时分析了系统的误差及其来源,给出了误差补偿模型及其补偿、标定的方法。实验结果表明:该钻孔测斜仪具有体积小、精度高、可靠性高等特点,满足工程的需要。      

双轴倾角传感器在钻孔测斜仪中测量算法的校正

将芬兰VTI公司生产的SCA100T双轴倾角传感器应用于钻孔测斜仪,其体积小,能提高倾角测量的稳定性和精度。双轴倾角传感器测量角度会引起算法校正问题,采用测得的标定数据得出倾角值的回归模型,测量倾角的实验结果和推算结果存在一定的误差,通过应用误差补偿方法来减小实际测量误差。理论分析和仿真计算表明,采用此法补偿后得到的均方差最大为0.15258,而没有补偿的结果最大均方差为4.81104。      

非开挖导航仪探头的设计与开发

结合非开挖导航仪器中探头部分的整体构成原理与设计,介绍了倾角、工具面向角等关键技术参数的检测原理与方法。对于倾角,采用单轴加速度传感器测量,并着重分析了消除安装误差的方法;对于工具面向角,采用了自行设计的光电式面向角传感器。应用与研究表明,各参数的测量均满足了地下工作的要求。      

空心包体孔壁应变计及某些层状岩体中应力分布特征

现场岩体应力测量和岩体工程应力分析一直是岩石力学研究非常活跃的领域之一,而软弱岩体的现场应力测量与分析又是其中一个亟待解决的难题。针对软弱、破碎岩体现场应力测量技术上的困难,从1983年至1984年,中国科学院武汉岩土力学研究所白世伟、方昭茹等人研制出空心包体式孔壁应变计。空心包体式孔壁应变计是现场地应力测量的一种新式传感器,它利用套孔应力解除法原理通过电阻式应变片测量应变来实现地应力测量,能够在一个钻孔中进行空间应力状态的测量。该传感器利用软塑料空心筒和水下低温粘贴固化剂技术,因此比其它传感器更适合软、碎岩体。该传感器采用均布圆筒表面的出浆孔和完整的安装定向系统,保证了粘贴的方便,也保证了测试的准确可靠,经系统验证,该方法测量地应力的综合误差小于18％。     

Development of Soil Strain Gage Instrumentation

A brief review of the errors from mechanical mismatch of ‘Spool Gage’ commonly used in field soil strain measurement is made. The behavior of a unique contactless magnetic coil gage is analyzed, which is relatively free from mechanical mismatch effects. The structure and main specifications of the instrument designed for the measurements of both static and dynamic strain in soil are presented here.     

基于微观力学机制的各向异性结构性砂土的本构模型研究

在岩土破损力学基础上,基于微观破损机制,提出了考虑各向异性的结构性砂土本构理论。采用Lade-Duncan强度准则考虑中主应力对抗剪强度的影响;采用考虑颗粒排列组构的各向异性状态变量A反映各向异性对土体强度和变形的影响;通过相似扩大重塑土的屈服面反映结构性对土性的影响;通过引入非相关联流动法则考虑各向异性和结构性对土体塑性变形的影响。同时,将基于微观力学机制的损伤演化规律引入结构性土的硬化规律;该硬化规律同时考虑了塑性体积应变和剪切应变对各向异性结构性土强度的影响。然后将该模型用于模拟室内三轴压缩试验,初步验证了该模型的合理性和适用性。     

低围压下冻结粉质粘土的三轴强度及变形分析

高围压和低围压对冻土的变形性能及力学指标有不同的影响。对冻结粉质粘土进行了3种负温、4种围压下的三轴试验。试验结果表明：在温度相同时,不同围压、不同应变速率下的应力-应变曲线具有相同的形态,其三轴抗剪强度与围压及温度有明显的线性关系,与应变速率成指数关系;变形模量与围压没有明显的相关关系,但与温度成线性关系,与应变速率成指数关系。而且从冻土结构角度分析了冻土变形及其强度表现的内在原因。     

黄土-基岩滑坡滑带土特性及其演化过程

滑坡的演化过程伴随着滑带的形成,故滑带土的物理力学特性在一定程度上决定着滑坡的形成机理和活动趋势。选取延安丁家沟滑坡滑带土为研究对象,通过X射线衍射、电镜扫描、室内实验等手段,对其矿物成分、微观结构、物理特性和力学特性进行研究。结果表明:不同部位滑带土的性质差异明显,前缘滑带土的含水率、天然密度、干密度、黏土矿物、界限含水率以及粒径分布分维值均明显高于后部滑带土;前缘滑带土在任一法向应力作用下均表现为应变软化的剪切特性,而后缘滑带土在低法向应力水平下表现为弱应变软化,在高应力水平下表现为应变稳定。通过前后缘滑带土物理力学特性差异,总结出此类滑坡演化阶段为后缘剪切面形成→剪切面扩展→滑带贯通。      

A new bounding surface model for thermal cyclic behaviour

To accurately predict soil volume changes under thermal cycles is of great importance for analysing the performance of many earth structures such as the energy pile and energy storage system. Most of the existing thermo‐mechanical models focus on soil behaviour under monotonic thermal loading only, and they are not able to capture soil volume changes under thermal cycles. In this study, a constitutive model is proposed to simulate volume changes of saturated soil subjected to cyclic heating and cooling. Two surfaces are defined and used: a bounding surface and a memory surface. The bounding surface and memory surface are mainly controlled by the preconsolidation pressure (a function of plastic volumetric strain) and the maximum stress experienced by the soil, respectively. Under thermal cycles, the distance of the two surfaces and plastic modulus increase with an accumulation of plastic strain. By adopting the double surface concept, a new elastoplastic model is derived from an existing single bounding surface thermo‐mechanical model. Comparisons between model predictions and experimental results reveal that the proposed model is able to capture soil volume changes under thermal cycles well. The plastic strain accumulates under thermal cycles, but at a decreasing rate, until stabilization. Copyright © 2017 John Wiley & Sons, Ltd.     

人工冻土动态力学特性研究现状及意义

冻土的动态力学特性研究是冻土静力学研究的发展和分析冻土体动力失稳等特征的重要基础。综述了国内外研究现状可知,冻土力学特性的研究集中在冻土的静态力学方面,动态力学性能研究大多是低频或小幅值的振动加载下的情况。根据应变率大小,采用分离式Hopkinson压杆装置研究冻土的高应变率下的冻土动态力学特性是可行的。冻土动态力学性能的研究是煤矿冻结法施工及人工冻结工程建设中安全有效快速施工的重要基础研究,具有重要的理论意义和工程应用前景。     

双向增强体复合地基桩土应力比分析

针对双向增强体复合地基,由于桩体与桩间土变形不协调,导致路堤填土内部垂直变形有差异,应力状态发生变化。引入剪切位移法来分析路基填土中水平加筋体的变形和应力传递规律,在综合考虑填土力学性质（c, ）和水平加筋体作用的基础上,通过微元体平衡分析推导得到了桩土应力比、桩顶刺入量等计算公式。通过工程实例验证公式的可靠性,并综合分析了相关因素对桩土应力比的影响,得到了一些有益的结论。     

冻土力学性质影响因素的显著性和交互作用研究

冻土的力学性质不仅依赖于含水率、温度、应变率、含盐量、围压等因素,也可能依赖于这些因素之间的交互作用。为进一步明确冻土强度、模量等力学指标与以上各因素的依存关系,根据既有试验资料和统计学原理,对冻土力学性质影响因素的显著性和因素间的交互作用进行了研究。结果表明,温度对冻土力学性质的影响最为显著,是影响冻土力学性质的主要因素,含水率、含盐量、应变速率等对冻土力学性质也有显著影响;同时,温度、含水率和应变速率对强度的影响存在明显的交互作用。因此,在研究冻土强度等力学行为时,片面针对某一因素开展研究是不合适的,而应综合考虑各主要因素及因素之间的交互作用影响。     

人工冻土围压SHPB试验与冲击压缩特性分析

利用分离式Hopkinson压杆（SHPB）,以铝质套筒作为围压装置,分别研究温度为-8、-12、-16 ℃在不同应变率下的人工冻结黏土围压状态变形特征和轴向动态应力-应变关系。研究结果表明：在围压状态下,冻土呈黏塑性破坏特征;当人工冻结黏土温度为-16 ℃、平均应变率分别为410、457、525、650、827 s-1时,其最大应力分别为10.76、12.18、14.27、20.24、23.34 MPa,最大应变分别为0.081 7、0.097 2、0.105 0、0.131 0和0.166 0,表现出较强应变率效应;-12 ℃和-16 ℃时在应变率为457 s-1下的最大应力分别为8.28 MPa和12.18 MPa;当应变率相同时,温度越低,最大应力越大,冻结黏土表现出较强的温度相关性。人工冻土的动力学特性为冻土开挖方法的研究提供依据。     

低围压下锚固点应变传感光缆与土体变形耦合性试验研究

应变传感光缆与被测土体之间的耦合性是决定分布式光纤监测准确性的关键。为解决土工模型试验中传感光缆与被测松填砂土间的变形耦合性问题,本文研制了一种锚固点应变传感光缆,并利用自制的光缆-土体耦合性试验装置,开展了相关的光缆拉拔试验,探究了低围压下锚固点对应变传感光缆与砂土之间耦合性的影响及作用机理。研究结果表明:光缆的轴向应变随拉拔位移的增大而增大,但应变传递被限制在0.35 m以内;相同拉拔位移下,锚固点应变传感光缆比普通传感光缆需要更大的拉拔力;锚固点大大降低了应变梯度,使应变在一定范围内呈现出平均化的特征,影响范围为锚固点前后0.05~0.075 m以内。提出了耦合性的提升率指标,以此定量评价锚固点对增强光缆与土体耦合性的作用效果。本次试验中锚固点的提升率为97.41%,表明锚固点可有效增强光缆与土体的耦合性;同时,提出了一个力学模型来模拟锚固点应变传感光缆在松填砂土中的拉拔过程,准确地描述了光缆拉拔力与锚固点受力和光缆表面摩擦力之间的关系。研究成果对于土工模型试验中分布式光纤测试技术的应用提供了科学依据。