离心模型试验中微型土压力盒土压力测定

土压力作为离心模型试验中重要的测试参数,受土压力盒的性能、离心机数据采集系统稳定性及外部环境等诸多因素的影响,准确地测量土压力较为困难。土压力盒作为土压力测试元件,其性能对土压力测量准确性有直接影响。为获得较为准确的土压力测试数据,结合离心机数据采集系统,选择两种常见的电阻应变式土压力盒。通过标定试验得出两种土压力盒砂标系数均小于出厂标定系数,Ⅰ型偏小64.75%,Ⅱ型偏小18.77%,Ⅱ型土压力盒与出厂数据的重合度比Ⅰ型好;在研究墙高10～30 m类扶壁式挡墙侧向土压力分布的离心模型试验中,与Ⅱ型土压力盒相比,Ⅰ型存在按出厂系数测得数据失真、灵敏度低和稳定性差的缺点。标定试验和离心试验结果表明,接入自行组建的数据采集系统的Ⅱ型土压力盒比接入静态应变数据采集系统的Ⅰ型土压力盒性能更佳。     

超重力场中界面土压力的测量

测量诸如孔隙水压力、位移和载荷等物理量能够达到相当高的精度,但土压力的测量则困难得多。在吸取了国内外同行经验后,为离心模型试验设计研制了一种微型土压力盒,主要用于土与结构物界面土压力的测量。水压力、干砂压力和砂土压力三种标定结果表明,这种微型土压力盒的线性度良好;在研究地下连续墙的侧向土压力分布的离心模型试验中,根据这种微型土压力盒的测试结果,获得了合理的侧压力系数。     

室内小型双膜压力盒

我们试制成一种可嵌于仪器内壁上的小型土压力金,用于直接测定土体表面的正应力. 为了方便起见,选用市售的BPR-2型压力传感器作为换能元件,压力盒则用磷铜整体制成.一次膜厚为0.2mm,二次膜即为BPR-2型传感器之膜片,传力液选用高绝缘性的纯净硅油.整个压力金的结构见图1. 为避免传力误差并能有较好的线性度,我们采用了漫没法来灌注传力液,其密封过程亦在液面下进行.     

离心模型试验中微型土压力盒土压力测定

土压力作为离心模型试验中重要测试参数,受土压力盒的性能、离心机数据采集系统稳定性及外部环境等多种因素的影响,准确的测量土压力较为困难。土压力盒作为土压力测试元件,其性能对土压力测量准确性有直接影响。为获得较为准确的土压力测试数据,结合离心机数据采集系统,选择两种常见的电阻应变式土压力盒。通过标定试验得两种土压力盒砂标系数均小于出厂标定系数,Ⅰ型偏小64.75%,Ⅱ型偏小18.77%,Ⅱ型土压力盒同出厂数据的重合度比Ⅰ型好;在研究墙高10m～30m类扶壁式挡墙侧向土压力分布的离心模型试验中,同Ⅱ型土压力盒相比,Ⅰ型存在按出厂系数测得数据失真、灵敏度低和稳定性差的缺点。标定试验和离心试验结果表明,接入自行组建的数据采集系统的Ⅱ型土压力盒比接入静态应变数据采集系统的Ⅰ型土压力盒性能更佳。     

离心模型试验中微型土压力盒土压力测定

土压力作为离心模型试验中重要测试参数,受土压力盒的性能、离心机数据采集系统稳定性及外部环境等多种因素的影响,准确的测量土压力较为困难。土压力盒作为土压力测试元件,其性能对土压力测量准确性有直接影响。为获得较为准确的土压力测试数据,结合离心机数据采集系统,选择两种常见的电阻应变式土压力盒。通过标定试验得两种土压力盒砂标系数均小于出厂标定系数,Ⅰ型偏小64.75%,Ⅱ型偏小18.77%,Ⅱ型土压力盒同出厂数据的重合度比Ⅰ型好;在研究墙高10m～30m类扶壁式挡墙侧向土压力分布的离心模型试验中,同Ⅱ型土压力盒相比,Ⅰ型存在按出厂系数测得数据失真、灵敏度低和稳定性差的缺点。标定试验和离心试验结果表明,接入自行组建的数据采集系统的Ⅱ型土压力盒比接入静态应变数据采集系统的Ⅰ型土压力盒性能更佳。     

三向压力盒的嵌入效应及其应力测量特性模拟

三向压力盒的成功研制为深部软岩巷道围岩的地应力测量提供了一种新的方法。然而,三向压力盒的使用会与土压力盒的使用产生类似的问题,即压力盒埋设必然会改变介质的初始应力场,引起应力集中和应力重分布现象,导致压力盒实测结果与介质初始应力场关系的重大不确定性。为了解三向压力盒嵌入对介质初始应力场的扰动规律及其自身的应力感知特性,采用数值软件模拟三向压力盒嵌入介质后的应力场分布。考虑不同应力状态和弹性模量比(三向压力盒和介质)条件下介质主应力场的重分布特征以及三向压力盒的各部件的受力特性,揭示初始应力状态和弹性模量比对介质主应力场和三向压力盒受力特性的影响规律。在此基础上,根据三向压力盒承载面的实测应力随介质的初始应力状态和弹性模量比的变化规律,建立三向压力盒实测应力与介质初始应力状态以及弹性模量比的数学关系。良好的拟合结果表明,提出的数学表达式能够反映三向压力盒实测应力与介质初始应力状态的关系。     

双膜式光纤Bragg光栅土压力传感器的研究

采用双膜油腔结构研制了一种双膜式光纤Bragg光栅土压力传感器,偏压试验表明,此土压力传感器有效改善了与土压力传感器接触部分土压力分布不均的问题。在土压力的作用下,一次膜片变形产生的压力经传压油传递给二次膜片,传压杆与等强度悬臂梁刚性连接,二次膜片中心发生的挠度变化推动传压杆,使等强度悬臂梁的自由端发生同样大小的挠度变化。通过检测粘贴于等强度悬臂梁表面中心轴线上的光纤Bragg光栅的波长移位可获得土压力。载荷试验表明,传感器的灵敏度为 412.7 pm/MPa,非线性误差为1.97%FS,重复性误差为3.68%FS。     

一种静力触探模型箱试验装置的研制及其试验研究

设计了一套静力触探模型箱试验装置,该装置可以在模型箱水平面内任意位置进行贯入试验,贯入速率在一定范围可控,贯入倾角可调节。将该装置用于TJ-1模拟月壤静力触探力学特性的研究,试验结果表明：地基表层模拟月壤发生刺入剪切破坏;贯入阻力随贯入深度的增加而增加;探杆周围同一深度处土体的水平土压力表现出轴对称特征,其值在探头靠近土压力盒过程中逐渐增大至最大值,后随探头远离土压力盒又逐渐减小至0,且不同深度土体水平土压力峰值随贯入深度增加而增大;贯入点正下方土体的垂直土压力随贯入深度的增加而增加,主要影响范围约为距探头200 mm处。基于以上试验研究,表明该模型箱的设计是合理的,且TJ-1模拟月壤力学特性的研究成果能够为将来涉及到TJ-1模拟月壤的航天试验提供必要的技术参考。     

土压力传感器在硬土介质中的非线性响应分析

为掌握土压力传感器置于硬土介质中呈现的非线性响应特性,建立了传感器与土介质的相互作用模型,运用有限元分析了满足匹配误差稳定所需的传感器与土介质的模量比条件。进行了传感器的单体标定和级配碎石土介质标定试验,探讨了传感器非线性响应的主要影响因素。计算与试验表明,目前国内主流的双膜土压力传感器在量测硬土介质中的土压力时,由于模量偏小标定曲线非线性显著;土压力传感器单体标定曲线线性度较高且其模量基本稳定,表明土介质的模量变化是引起标定曲线非线性的主要因素;通过将传感器置于与使用环境相近的土介质中进行标定,并采用非线性修正可明显提高硬土介质中土压力量测的准确性。     

二次膜压力盒的传力损耗

由于二次膜压力盒具有两个承压膜和充有传力液的腔室,因而二次膜压力盒存在着传力损耗。本文从理论上对压力盒的传力损耗进行了分析,并对以下三种情况进行了讨论: (1) 传力液不可压缩(2) 传力液可压缩; (3) 传力腔内含有气泡。文中列出了传力损耗ε的统一计算公式,并按圆形膜片做了计算。最后给出了容许气泡率A_L与容许传力损耗ε_L之间的关系。理论和实验研究结果都证明含气率高是压力盒低压端线性度不好的原因之一。     

透水石对GEO-Experts土水特征曲线压力板仪排水的影响

利用GEO-Experts应力相关的土水特征曲线压力板仪测定土水特征曲线时,预固结过程必须用到透水石。通过对南昌重塑饱和土样的脱水试验发现,试验过程中透水石中的水和土样中的水一样也会被排到量管里,由排出到量管中水量去反算试样含水率,得到的含水率是不真实的,这使得基质吸力相对应的土样含水率偏小。为减小试验误差,进行了6种不同处理方案试验。结果表明,在透水石下放置一层防水透气膜可以有效减少试验误差,得出的土水特征曲线更准确。最后利用这个最佳方案进行不同固结压力下的脱湿和吸湿试验。      

重塑膨胀土非线性强度特性及一维固结浸水膨胀应力-应变关系

采用南水北调中线工程南阳膨胀土和新乡膨胀岩重塑试样,开展一系列干湿循环后的强度试验和一维固结后的有荷浸水膨胀试验。试验结果表明,(1) 膨胀土强度随竖向应力增加表现出明显的两阶段特性,低应力状态与高应力状态下的强度指标差别很大;(2) 同一上覆压力下,膨胀土的有荷膨胀率随着初始含水率的增大而线性减小,随着初始干密度的增大而线性增大,分别给出考虑初始含水率、上覆压力双因素影响的膨胀率表达式和考虑初始干密度、上覆压力双因素影响的膨胀率表达式,给出膨胀土一维固结后有荷浸水膨胀的应力-应变关系。分析认为,(1) 膨胀土边坡多发生浅层滑动,应测定低应力状态下的强度参数用于边坡稳定分析;(2) 膨胀土边坡浅层部分和坡脚的压实度不宜过高。     

非饱和土抗剪强度及土压力统一解

基于统一强度理论和非饱和土双应力状态变量抗剪强度,合理考虑中间主应力效应,建立了非饱和土双应力状态变量抗剪强度统一解,并与文献试验结果进行比较,验证了公式的正确性;进而考虑基质吸力的不同分布,得到非饱和土主动土压力和被动土压力统一解,克服了朗肯土压力的不足,并得出中间主应力和基质吸力对土压力的影响特性。研究结果表明,主动土压力随着统一强度理论参数和基质吸力的增大而不断减小,被动土压力则相反;当基质吸力沿深度线性减小时,主动土压力和被动土压力都不像基质吸力沿深度为常数时变化得那么快。该结果为非饱和土抗剪强度和土压力分析提供了理论依据,对工程设计有一定的参考价值。     

格形地连墙与软土相互作用的离心试验研究

格形地下连续墙（GCRW）是一种常用于软土地区的基坑开挖的新型支护结构,该结构与软土的相互作用是必须深入研究的关键问题。结合背景工程,首先进行了格形地连墙模型的设计和试验方案的制定,通过离心模型试验模拟了分步开挖基坑时格形地连墙和软土的相互作用,并把测定结果与朗肯土压力进行了比较。试验结果表明,土压力基本上呈现线性变化特征,格形地连墙因基坑开挖引起的前墙内侧土压力而产生变形和位移;格形地连墙和格子内的土体作为一个整体在土压力的作用下保持平衡,受力特征与重力式支护结构相似。支护结构处于最不利状态时,主动区土压力介于朗肯静止土压力和主动土压力之间,而被动区土压力大于朗肯被动土压力,前墙没有倾覆是因为受到了隔墙拉力     

多级重力式挡土墙土压力分布试验研究

对某高填方路基挡土墙的现场实测水平土压力数据进行了分析,研究表明:该挡墙墙后土压力呈曲线分布,类似字母"R",土压力最大值出现在挡墙底部,而下部的值略小于底部值,最小值出现在挡墙中部。在本级挡墙施工时,墙后第1、2层土压力值接近静止土压力值,大于主动土压力值,第3、4层土压力值小于主动土压力值;在其上若干级挡墙或边坡施工时墙后各点土压力值均小于主动土压力值,即随着填土深度的变化挡墙后各点的土压力系数是在不断变动着的,土压力系数与土压力数值大小的变化规律一致。同时,土压力作用点介于(0.4～0.5)H,且随填土深度增加作用点位置上移;每级挡土墙之间的平台宽度越小,上级挡土墙对下级挡土墙的影响就越大,土压力作用点就越高。研究结论对高填方多级挡土墙的设计具有理论指导意义。     

灌浆压力与上覆土压力对土钉摩阻力的影响研究

灌浆压力和上覆土压力是影响土钉峰值摩阻力的关键参数,考虑土钉不同的注浆压力与上覆土压力的工况,结合现场试验与研究人员大量的室内土钉拉拔试验结果,系统地分析一些关键参数对土钉峰值摩阻力的影响程度,定量地分析了关键参数对土钉摩擦系数的影响程度。为方便衡量各个参数对土钉的摩擦系数的影响性,利用归一化摩擦系数AFC在不同的试验条件下土钉试验结果进行对比分析,发现土钉的归一化摩擦系数对上覆土压力的依赖程度最高(变化范围为0~1),而对饱和度的依赖性最弱(变化范围为0~0.18)。     

土工平面应变仪压力室的改进

现有的平面应变试验仪都不能很好地解决接触摩擦的问题,试验中土样与约束面板之间存在较大的摩擦力影响变形测量的准确性。在总结平面应变仪发展历程的基础上,根据加载方式将平面应变仪分为4类,分析了现有的平面应变试验仪的特点和存在的问题;介绍了一种改进的平面应变仪的压力室。改进后的压力室在前、后约束面板与土样之间分别增设一层厚约3 mm的密封水膜。在试验过程中,包裹土样的橡皮膜与密封水膜的硅胶膜紧密贴合而不直接与面板贴合,可以消除土样与面板之间的摩擦。同时,新型的压力室还可应用于土样变形数字图像测量系统,实时测量土样表面的变形分布,可以比较精确地测量土样的表面变形、剪切带的形成过程及特征。分别使用改进的压力室和未改进的压力室对福建标准砂进行平面应变试验,前者测得的应力-应变关系曲线的峰值比后者低约60%。制备相同干密度的土样分别进行不同围压条件下的三轴试验和平面应变试验测取土样的抗剪强度,使用改进压力室得到的抗剪强度参数与三轴试验测得的结果很接近,而使用未改进的压力室测得结果则明显不合理。     

非饱和土的广义朗肯土压力

本文从 4条基本假设出发 ,建立了非饱和土的广义朗肯土压力公式 ,采用理想试验对该公式进行了验证 ,在北京地铁13号线的东直门车站基坑工程中理论分析结果和实测值非常接近 ,证明了该理论的有效性。土的广义朗肯土压力公式建立了土的试验指标与原位指标的关系 ,从理论上给出了用土的试验指标得到原位主动 (被动 )土压力的方法。对于非饱和土 ,采用简单易得的直剪试验指标应用广义朗肯土压力公式就可以得到相当精确的结果 ,弥补了扩展朗肯土压力理论的不足。而且广义朗肯土压力公式能够合理利用已有的工程经验和工程数据 ,为非饱和土力学的工程实用化提供了一条新的思路。     

盾构衬砌管片土压力反分析研究

作用在管片上的土压力是影响管片设计的关键因素之一。目前松弛土压力的计算理论存在较多假定,与实际受力状态存在很大的差异,而且由于壁后注浆使得盾构隧道管片土压力实测比较困难,普遍存在土压力实测数据可靠性不高的问题。针对以上问题,建立了一种管片土压力反演分析方法,根据相对易于测定的管片内力实测数据,采用最优化方法反演作用在管片上的土压力的大小和分布。反演计算结果表明,深埋与浅埋条件下隧道土压力有较大的不同,且与目前设计土压力假定的分布也有很大的区别。     

一种三维土压力盒的工作原理及其应用

基于应力理论,设计了一种能测量土中三维应力状态的三维土压力盒,由一个开槽的十二面体基座和6个常规土压力盒组成。根据任一方向上正应力与常规应力表示方法6个分量之间的关系,建立了三维土压力盒测试数据与常规应力表示方法之间的转换矩阵,给出了由测试数据到常规应力状态的计算方法,并进行了误差分析。考虑基座加工便利性和测试过程的便利性要求,着重阐述了等菱形十二面体三维土压力盒的工作原理、制作过程、测试方法和数据处理等关键环节。对某不饱和重塑土进行了一维压缩,并用测试装置测量了土中6个方向的正应力,推演出了对应的常规应力表达值。结果表明,常规应力表示方法中的两个水平应力基本相等且小于竖向应力,同时水平面和两个竖直面上的剪应力很小,与一维压缩的力学特点吻合,测试装置的设计合理。