与医用CT配合使用的冻土三轴仪的研制与应用

针对适用于低温环境下的配合医用CT实时扫描的冻土三轴仪的不足,研制了新的冻土三轴仪,介绍了其组成及其研发过程中需要克服的技术难点。利用该装置可以完成低温环境下试样的三轴加卸载试验,配合医用CT机时可实现整个力学过程的实时动态扫描。进行了冻结兰州黄土三轴加载实时CT扫描试验,试验结果表明,新研制仪器的各项参数均能满足冻土试样在三轴压缩和卸载过程中的实时CT扫描条件,也能够得到的不同载荷条件下的高质量细观结构CT图像,文中对试验结果进行了分析和讨论。该装置的成功研制为建立细观结构和宏观力学性质之间的联系提供一种新的技术手段。     

模型试验柔性均布压力加载系统研制及其应用

地质力学模型试验均布压力精确加载是保证试验精度的前提。为此研制了一种新型柔性均布压力加载系统,该系统主要包括液压自动控制系统和柔性均布压力加载装置。液压自动控制系统操作方便,可实现计算机自动控制12路压力精确伺服加、卸载和长期稳压。柔性均布压力加载装置由液压油缸、球铰、刚性推力器和柔性传力橡胶垫块等组成,采用数值方法确定柔性橡胶的厚度为50 mm。该系统应用到表面不平的模型加载中并与刚性加载进行了对比。试验结果表明,柔性均布压力加载系统相对于刚性加载效果显著,模型内应力场均匀程度取决于橡胶传力垫块的邵氏硬度、加载应力大小和距表面深度。邵氏硬度小的橡胶柔性加载模型内应力场更均匀;且模型应力场随加载应力增大趋于均匀。模型内应力场距加载表面越远越均匀,柔性加载使距加载表面130 mm以下应力场基本保持均匀状态。试验表明,柔性均布压力加载系统有利于提高模型试验加载精度,具有广泛的应用前景。     

与CT机配套的便携式控温压力舱的研制与应用

针对冻土CT扫描试验中存在的温度扰动、荷载变化等技术问题,研制了与CT机配套的便携式三端控温压力舱. 通过该仪器能真正实现在CT扫描实验中无损动态观测,并能保证温度场的均匀恒定. 在持续加载过程中进行CT扫描,从而使得土样各个阶段的变化能被真实、连续反映,做到细观结构变化与宏观变量有机联系起来,极大地提升了科研技术水平.     

CT检测技术在岩石加卸载破坏机理研究中的应用

利用专用的与CT机配套的三轴加载实验设备,采用CT实时试验的手段, 对连续加载试验条件下和卸围压应力作用下砂岩破坏细观机理进行了对比研究. 结果表明, 岩石的卸荷损伤演化破坏具有突发性.     

网纹红土分级加载与分别加载蠕变试验研究

由于试验条件的限制,目前国内外学者大都是采用分级加载对蠕变进行研究,而分别加载很少被采用。为了解决分级加载的土样硬化问题以便得出更符合工程实际的分别加载蠕变,本文对网纹红土未扰动土样进行了在分级加载条件下和分别加载条件下的初始加载、卸载、重复加载的单向固结蠕变试验。试验结果表明,网纹红土未扰动样在每级应力水平下都发生了明显的蠕变,蠕变随应力的增加而增加。对比两种不同加载条件的蠕变试验结果发现,无论是分级加载条件下还是分别加载条件下,网纹红土未扰动样的蠕变时间与蠕变变形的比值跟蠕变时间都存在线性关系;并且分级加载条件下这种线性关系的斜率与分别加载条件下线性关系的斜率也存在线性关系。对研究结果的分析表明,可以利用分级加载的蠕变变形的稳定值推算出分别加载的蠕变变形稳定值。     

岩石加卸荷破坏细观机理CT实时分析

利用与CT(computerizedtomography)机配套的专用岩石三轴加载试验设备 ,采用CT实时试验的手段对连续加载试验条件下和卸围压应力作用下砂岩破坏细观机理进行了对比研究。结果表明 ,岩石的卸荷损伤演化破坏具有突发性 ,卸围压破坏导致的扩容比连续加载破坏时大.     

不同温度条件下冻结兰州黄土单轴试验的CT实时动态监测

改进了与CT扫描系统配套使用的三轴仪。改进后三轴仪由控温精度达到±0.1℃的压力罐和加载装置组成,能够实现对冻土力学试验过程真正的CT实时动态监测。对不同温度条件下的冻结兰州黄土单轴压缩过程进行了CT动态扫描, 得到如下结论,应变0～0.7%的阶段,试样发生弹性变形,CT数轻微增大;应变0.7%～6.5%的阶段,开始发生塑性变形,但还没有发生损伤,CT数变化不大;当应变大于6.5%时,试样的CT数明显变小,损伤开始发生,直至应变达到10%时,试样发生破坏,随后CT数也急剧减小。因此,冻结兰州黄土的屈服应变为0.7%,损伤应变临界值为6.5%,破坏应变临界值为10%。另外,温度对试样的CT数也有影响,在-0.6～-1.7 ℃的温度范围内,试样CT数变化具有很明显的规律,即温度越低,CT数越小,在-1.7 ℃和-5 ℃试验条件下CT数变化不大。     

一种适用于室内模型试验的循环加载装置研制及试验研究

设计了一套适用于室内模型试验的循环加载装置,该装置主要由水平滑动系统、动力系统以及反力架系统组成,具有稳定可靠,制造加工成本低廉,且荷载幅值和频率可调节等优点。将装置输出的实测荷载与理论值进行对比,并利用该装置对海洋风机单桩式基础进行循环荷载试验研究,结果表明:实测荷载与理论值之间的拟合相似程度为91.3%,输出荷载稳定可靠;淤泥质软土地基中单桩式基础的位移在循环加载初期增长很快之后逐渐趋于稳定,桩后土体与桩分离形成间隙,桩前及桩侧土体出现径向裂纹;桩身弯矩会随着加载次数的增加而呈现累积增加的趋势,最后逐渐趋于稳定,桩身最大弯矩出现在土表下4D~5D(D为桩径)。基于以上结果表明,该循环加载装置设计合理、能够提供稳定可靠的荷载,且能满足模型试验的要求。     

静载试验的桩底加载法

0 前言 随着高层建筑的兴建,静载试验所测承载力吨位也越来越大.然而试验的反力装置仍停留在堆载和锚桩传统方式.堆载和锚桩法费时费力,成本高.现在的高层建筑,一般都有地下室,其桩的有效长度应从最底层地下室的底板算起,受施工时间条件所限传统的静载方法无法测得其有效桩长的实际承载力.近年来尽管有各种动测方法,也需大量的动静资料对比才能提高其精度.     

土体触探静力加载试验的FLAC模拟模型选择

本文将触探静力加载试验作为轴对称问题处理,建立了两种不同FLAC轴对称模型,等荷载模型和等位移模型。研究表明,两种模型的FLAC模拟结果基本一致,一般条件下,应用简化的、运算速度快的等荷载模型可以满足试验要求。     

适用于岩石力学细观实验研究的加载仪

根据岩石工程力学性质研究的需要, 研制了岩石细观力学加载仪( YXJY-5T)。 该仪器设备配装在光学体视显微镜下 , 可以观察岩样在加载过程中, 四个平面( 岩石试样为长方形柱体)变形破坏的全过程, 并获得岩样的应力-应变曲线和相对应的细观结构变化的图像。     

高压条件下土的冻融试验装置研制及应用

深部土体冻融后的物理力学性质对深部人工冻结工程意义重大. 针对该问题, 在以往土的冻融试验装置的基础上, 设计出适用于高压条件下土的室内冻融试验装置, 并给出了高压条件下土的冻融试验方法. 基于该装置, 对有压条件下兰州黄土在不同冷端温度下的单向冻结特征进行了试验研究. 结果表明: 无压单向冻结过程中土的变形以冻胀为主, 而高压情况下则主要表现为压缩变形. 在有压单向冻结过程中, 试样内部仍然存在着明显的水分重分布过程. 试验分析表明, 该试验装置能够为高压条件下土的冻结特征及冻融作用后土的物理力学性质研究提供技术支持.     

True triaxial loading apparatus and its application to coal outburst prediction

Two generations of true triaxial loading (TTAL) apparatuses are presented. First generation apparatuses were intended primarily for true stress state imitation in rock or mineral specimens. Advanced second-generation installations are designed to provide precise measurements in any stress and simulation of rock outburst at sudden relief of one sample face. Both TTAL apparatuses can apply pressure up to 250 MPa corresponding to earth depth about 10,000 m independently along each of three axes. Experimental results are given on effect of absorbed water on ultimate state in coal as well as adsorbed methane influence on simulated coal outbursts.     

基于变形数字图像处理的土体拉伸试验装置的研发与应用

研究黏土的抗拉性能对于认识离子固化剂改性黏土的黏聚力等力学性能有着重要的意义。针对现有拉伸测试装置的不足,设计研发了一套基于变形数字图像处理的土体材料拉伸试验装置,该装置包含应变控制模块、加载夹具模块、数据采集模块和数字图像处理模块。改进了现有加载夹具的不足,将土样形状设计为“8”型并运用FLAC3D有限元数值计算软件验证其合理性,巧妙地解决了夹具与土样之间的连接问题,并且将加载夹具功能与制样盒功能合并,避免了试样转移过程中可能受到的扰动。新增了图像采集装置,记录土样变形破坏过程,基于Geo-PIV数字图像处理软件分析土样试验过程中的变形规律。应用该装置开展了素蒙脱土及不同配比离子固化剂减小蒙脱土黏聚力对比试验研究,研究结果表明：拉伸仪能精确控制、采集土体的抗拉强度。粒子图像测速（particle image velocimetry,简称PIV）分析结果客观、真实地表明,试验过程中土样处于受拉状态,并且土样受加载夹具夹持的部位并未出现明显的应力集中现象;离子固化剂改性蒙脱土抗拉强度以及拉伸变形模量较未改性土低,降低程度随离子固结剂溶液浓度增大而增大;数据采集装置对应力、应变信息变化敏感。试验结果和数字图像结果表明,所设计的拉伸试验装置具合理性、可靠性以及敏感性。     

胶结颗粒接触力学特性测试装置研制

为验证天然结构性砂土离散元模拟中接触模型及其参数的合理性,设计了一套用于理想胶结颗粒成型及实现不同加载条件下接触力学特性测试装置。通过胶结颗粒成型装置在两大小相同的铝棒间形成具有特定几何尺寸的胶结物,随后,采用一系列辅助加载装置实现简单及复杂加载条件下胶结颗粒接触力学特性的测试。试验结果表明：该装置可用于胶结颗粒在不同加载条件下接触力学特性的测试,实测胶结颗粒接触力学响应与天然砂土离散元中接触模型基本相符,且其抗剪和抗扭强度均随着法向压力的增大而增大,在三维应力空间中胶结颗粒强度包线呈椭圆抛物面状。     

既有三轴剪力仪的自动化改造及应用

为了开发新的上海软土本构模型,需要对既有的旧型三轴仪进行自动化改造,为获得大量试验数据提供物质基础。在分析既有设备的系统构造后,根据三轴仪的基本原理,对围压及反压加压路径进行全面改造,提高了可靠性并简化了操作流程;同时实现了位移测量和体积变化测量的自动化。最后进行了上海黏土试验以验证设备的可靠性。改造工作将原有闲置仪器进行充分再利用,改善了科研条件。介绍的方法可直接或者稍加改动后用于其他类似三轴仪的改造。     

冻土动荷载直剪仪的研制

冻土的动力学参数是工程设计的重要依据之一,也是数值模拟时不可或缺的因素,动力学参数的正确与否直接影响了工程设计和数值模拟的正确性。通过分析其他学者做过的冻土动荷载三轴试验,以及参考普通直剪仪器的构造,北京交通大学冻土室研制了一种新型的冻土动荷载直剪仪,该仪器将传统直剪仪的水平静载部分改造为能够提供动荷载作动器,可以提供一个0.1~6 Hz、20kN以内的动荷载,用于测定冻土的动力学参数。介绍了动荷载直剪仪的结构组成、动力系统、测控系统等,并详细分析了仪器框架、直剪盒、动荷载作动器等的参数选取方法。最后使用该仪器进行了一组验证试验,试验结果表明,动荷载直剪仪能够完成其设计目的,可以测量出冻土在动荷载下的应力-应变曲线,从而求出动弹性模量、动阻尼比等,为冻土的动力学参数测定开辟了一条新的道路。     

新型静止侧压力系数试验仪的研制与应用

研制了一种新型静止侧压力系数试验仪,介绍了该仪器结构及工作原理。对干砂进行了试验,测定其静止侧压力系数,与传统的水囊式 固结仪试验结果进行了对比。分析了该试验仪的可能误差来源,主要包括加载过程中的试样侧向变形和试样与压力室筒壁之间的摩擦力,具体分析了试样侧向变形引起 值误差的大小,提出了摩擦力影响修正方法,充分论证了仪器的准确性和有效性。对某粗颗粒土进行了静止侧压力系数试验,测定了该土在加载及卸载条件下 随应力状态的变化,验证了仪器对粗颗粒土的适用性。该仪器结构简单,操作方便,结果准确,适用于包括粗颗粒土在内的各种土的 试验,克服了现有的静止侧压力系数试验仪不适用于粗颗粒土的缺陷,而且适用高应力范围。     

大型原位直剪试验设备改进研制与应用

大型原位直剪试验的试样尺寸大,对土体扰动小,是获取岩土体强度参数的有效方法。中国科学院武汉岩土力学研究所在参考室内、现场两用大型直剪仪后,又改进研制了一套大型原位剪切设备。与传统原位直剪设备不同,该设备采用上、下两个刚性剪切盒,可完成尺寸为50 cm×50 cm×41 cm,最大粒径为5 cm的原位土体试样的剪切试验。该直剪设备组装方便,采用高精度传感器可自动采集数据,更适合于复杂的现场试验环境。介绍了该设备的结构组成、工作原理、技术优点。结合实例详细介绍了大型原位直剪试验的试验方法及注意事项。将此大型原位直剪设备应用于向家坝库区两个滑坡现场试验,得到了滑坡滑带、滑体的原位抗剪强度参数,分析了不同试样大型原位直剪试验剪切曲线的特点,进一步论证了该直剪设备的优良工作性能。