光纤传感技术在锚杆轴力监测中的应用

在简述了光纤Bragg光栅传感器基本工作原理的基础上,通过沪―蓉―西高速公路龙潭隧道支护锚杆轴力监测的工程应用,探讨研究了光纤传感技术用于岩土工程监测的几个重要环节--传感器选择、传感器安装、传感器标定及传感器埋设。通过现场监测获得了复杂地质条件下特长隧道支护锚杆轴力的变化特性,为光纤传感技术在岩土工程监测领域的应用积累了一定的经验。     

冻土切削力学特性的试验和理论分析

利用笔者所研制的冻土切削试验台，在室内对不同冻土在不同温度、含水量、切削速度、切削深度和切刀前角下进行了一系列切削试验。结果表明，切削时，冻土主要呈脆性断裂破坏，其切削过程被认为是刀刃切入和撕裂冻土的结果，切削阻力随冻土温度降低而非线性增加，随切削速度提高而略有增加，随切削深度增加而近似线性增加，最佳切刀前角随切削深度增大有增大趋势。但平均切削阻力与最大切削阻力之比值对不同试验条件基本在０．４－０．６５间变化。同时，根据切削过程机理，从理论上建立了最大切削力模型，此模型考虑了切入和撕裂冻土阻力。     

采用多传感器信息集成进行麻花钻状态监测和故障诊断

提出了一种采用多传感器信息集成的方法来进行麻花钻状态监测和故障诊断的思路并给出了模型,此模型中,信息集成所采用的传感器为：力传感器、声发射传感器和温度传感器;故障诊断可采用的方法为：人工神经网络、模糊诊断和灰色关联度诊断。     

流变应力恢复法地应力测试及装置

深部软岩体应力测试难度大,尚无有效测试技术。对此,研制了一种适用于软岩体应力测试的三向压应力传感器,提出了相应的解算方法,并对传感器进行了标定试验、干扰试验和室内模型试验。标定试验结果表明,传感器的线性度、重复性等静态性能良好。当荷载不断增大时,传感器的测量误差先逐渐减小,直至为0,而后又逐渐增大,但误差基本上都在10%以内,说明传感器能较精确地测量量程范围内的应力大小。干扰试验结果表明,传感器3个传感面之间的相互干扰可以忽略不计。模型试验结果表明,随着加载次数的增加,传感器所感知的力越来越接近所施加的力,最后趋近于相等,进一步表明了该传感器基本满足工程实践要求。此外,初步探讨了传感器的优化设计方向等问题。     

新的锚固体抗拔力测试系统及应用

针对我国锚固体抗拔力现场检测方法中的不足,借助压力传感器、位移传感器、数据采集盒等电子元件,建立了一个新的抗拔力测试系统。该测试系统首先利用数据采集盒将传感器传递过来的反映压力和变形的电流信号转换为数字信号,再由相关程序对数据进行降噪处理并绘制测试曲线。系统实现了测试过程中数据的自动采集和成图,有助于测试人员及时了解锚固体的受力状况,避免了锚固体张拉破坏。以惠莞高速公路ZK26+231～ZK26+520压力分散型锚索抗拔力检测情况为例,验证了该系统的实用性和可靠性。     

基于无模型自适应算法的垂钻纠斜控制试验研究

采用无模型自适应方法避免对地层各项参数和钻探纠斜过程中的耦合、时滞及非线性环节进行系统辨识。通过调整传感器姿态来模拟钻具的可能状态,对比分析了传感器倾角变化与控制算法响应的纠斜力变化的规律。当倾斜超出门限值(0.5°)时,纠斜力可快速做出响应;当倾斜较大或纠斜调整缓慢时纠斜力可持续增大;当倾斜变小或倾斜度较小时纠斜力可响应减小。讨论了试验中存在的不足,并提出了有待进一步研究的问题。     

冻土切削力学特性的试验的理论分析

利用笔所研制的冻土切削试验台，在室内对不同冻土在不同温度、含水量、切削速度、切削深度和切刀前角下进行了一系列切削试验。结果表明，切削时，冻土主要呈脆性断裂破坏，其切削过程被认为刀刃切入和撕裂冻土的结果，切削阻力随着冻土温度降低而非线性性增加，随切削速度提高而略有增加，随切削深度增加而近似线性增加，最佳切刀前角随切削深度增大有增大趋势。但平均切削阻力与最大切削阻力，随切削深度增大有增大趋势。但平均     

固态压阻式传感器及其应用

一、传感器概述能把物理量或化学量转换为与之有确定对应关系的电量输出的完整测量系统,称之为传感器。它是由敏感元件、传感元件和测量电路等三部分组成。传感器按用途分,有下述种类:力传感器<含压力、拉力、差压、加速度……)、光传感器、热传感器和磁传感器等等。传感器按其原理可分为。     

刮刀钻头结构及切削要素的经济性设计

通过对生产实践经验的积累总结，分析了影响刮刀钻头寿命的因素，提出了改善钻头结构及切削要素的经济性设计方案，通过实际应用，效果很好，钻井施工效率显著提高。     

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.     

竖向力与水平向力同时作用下管桩的性状研究

用解析方法研究了管桩在轴向力和水平向力（倾斜力）联合作用下的受力及变形性状。在高层建筑、桥梁工程、海洋工程、新型海堤护岸等工程中桩基自由长度上作用土压力、风荷载、波浪荷载等荷载型式,基桩经常在竖向、水平向荷载同时作用下工作。国内外学者通过大量试验和理论研究得出了计算竖向、水平向荷载下基桩内力和挠度的半经验公式以及张氏法公式。为了分析竖向、水平向荷载同时作用下自由荷载的作用,在现行m法假设的基础上,从弹性桩的挠曲微分方程出发,导出了任意自由荷载作用下桩任意截面的水平变位、倾角、弯矩、剪力和地基反力计算表达式。桩的挠曲微分方程是分段函数,包括地上部分和地下部分桩,相应的内力和变位求解也分为两段。最后通过一个算例分析了桩顶竖向荷载、桩顶水平力和自由荷载对桩身的受力性状各参数的影响。计算结果表明, 桩顶水平力对桩身最大弯矩和桩顶水平变位的影响最大,而桩周内外摩阻力及桩身自重对桩身受力性状影响较小。     

巷旁切顶对采场下位岩层垮落特征的影响机制

巷旁切顶打断了巷道与采场下位顶板的连续性,促进了采场顶板垮落形成碎石帮,深入研究切顶对采场下位岩层垮落特征的影响机制具有重要意义。对采场支架载荷进行了分析,并对上覆岩层建立了力学建模,明确了上覆岩层运动与典型位置采场支架载荷特征的关系。在此基础上,针对6个巷旁切顶的工作面,给出了典型位置支架的载荷数据,从而分析得到巷旁切顶对采场下位岩层垮落特征的影响机制。同时,建立了数值模型,分析了不同的切顶起始位置和下位顶板强度对下位岩层垮落特征的影响。结果表明,121工法的“垮落线”具有对称的弧形边界,110工法的“垮落线”在切顶侧向工作面充分移动,N00工法介于上述两者之间。此外,不同切顶起始位置和顶板强度条件下,切顶的作用效果存在差异。研究结果有利于进一步深化巷旁切顶对采场下位岩层垮落特征影响的认识。     

多向荷载作用下层状地基刚性桩筏基础分析

提出一种多向荷载作用下层状地基中刚性桩筏基础的计算方法。基于剪切位移法,采用传递矩阵形式分析了竖向荷载下桩顶面-桩顶面相互作用;引入修正桩侧地基模量,采用有限差分法分析了水平荷载下桩顶面-桩顶面相互作用;基于层状弹性半空间理论,分析了多向荷载下桩顶面-土表面、土表面-桩顶面、土表面-土表面的相互作用关系。建立了桩土体系柔度矩阵,得到了多向荷载下层状地基中刚性桩筏基础的受力和变形的关系以及桩的内力和变形沿桩身分布规律。通过与有限元对比,验证了该方法的合理性和修正地基模量的优越性,并对多向荷载作用下的桩筏基础进行了计算分析,计算结果表明,水平力将会引起桩筏基础的倾斜。     

带分舱板海上风电筒型基础承载特性试验研究

为正确评估分舱对于海上风电筒型基础承载特性的影响,对有、无分舱板的相同钢筒进行室内模型对比试验,分别得出在水平荷载及弯矩共同作用下和竖直荷载作用下的荷载-位移曲线,及筒内外侧壁土压力及顶盖土压力的分布规律,同时进行有限元分析模拟。试验和计算结果表明：在竖向荷载作用下,分舱板使基础的极限承载力略有提高,分舱板分担了筒顶盖和筒壁的竖向承载,降低了顶盖的承载比例;在水平荷载和弯矩共同作用下,分舱板为筒型基础提供了较大的抗拔承载力,使筒型基础在水平和弯矩荷载作用下的极限承载力提高了20.2%,降低了极限状态下的水平位移和倾角。总之,分舱板不但可以提高海上风电基础施工浮运过程的稳定性,还可以提高基础运行时的极限承载力。     

软土中桶型基础水平循环承载力的模型试验

利用真空预压方法制备了一个大尺寸软黏土模型试验土池,进行了不同竖向静荷载与水平循环荷载共同作用下软土中单桶基础承载力的模型试验,研究了竖向静荷载与水平循环荷载对基础承载力的影响。结果表明,基础的水平循环承载力小于静承载力;导致基础破坏的循环荷载与循环次数取决于竖向静荷载。竖向静荷载越大,与同一循环破坏次数对应的循环荷载就越小。依据模型试验土的循环强度变化关系,采用弹塑性有限元计算方法对模型试验进行了数值模拟,计算与试验结果基本吻合,表明可以依据软黏土的循环强度变化关系,通过弹塑性有限元数值计算评价软土地基中桶型基础的水平循环承载力。     

新型锥形PDC齿犁削破岩理论研究

目前关于锥形PDC齿的研究主要集中于数值模拟、现场及室内试验,而关于其切削力学特性的理论分析未见相关报道。通过数值模拟阐述了锥形PDC齿拉伸剪切破岩机理,以及切削载荷分布特性;根据能量平衡原理,推导了锥形PDC齿切削载荷理论公式。结果表明,相比于常规PDC齿,锥形PDC齿破岩过程更加稳定,其切削载荷受岩石性质、齿的形状参数、切削深度以及切削角度的影响,且切削载荷随着锥顶半径、切削角度以及吃入岩石深度的增加而增加。研究成果可为锥形PDC齿及钻头的设计提供理论支撑。      

基于能量法的轴横向荷载作用下单桩受力变形分析

轴向和横向荷载作用下单桩的受力变形分析是桩基研究的重点内容之一。单桩在水平荷载作用下会产生一定的水平位移与弯矩,而此时作用轴向荷载会使得桩体出现一定的压曲与附加弯矩,以致轴横向荷载作用下的单桩受力变形与单独作用水平荷载或轴向荷载的单桩存在较大的区别。故本文基于能量法,首先分别建立轴横向荷载作用下单桩的受力变形能量方程以及桩周土体能量方程,然后考虑桩土变形协调与一定的桩土相互作用,基于最小势能原理得到单桩变形控制微分方程,并采用幂级数法进行求解,最终得到轴横向荷载作用下单桩受力变形分析的幂级数解答。通过编程计算,将本文方法计算结果与试验结果、数值分析结果、规范法计算结果进行对比分析,验证了本文方法的合理性和可行性。在此基础上,基于本文解答进行了影响参数分析,结果表明:桩体长径比、桩土弹性模量比、桩周土模量深度变化系数均对轴横向受荷单桩的桩身水平位移与最大弯矩值有一定的影响,其中桩周土模量深度变化系数以不小于0.6为宜。     

Calibration of piezoelectric bedload impact sensors in the Pitzbach mountain stream

Non-invasive techniques to continuously measure the rates or intensities of bedload transport in gravel bed rivers would be quite useful for both research and practice. Since 1986 measurements have been made with piezoelectric bedload impact sensors (PBIS) in several mountain torrents. In 1994 and 1995, a calibration campaign was carried out at a water intake in the Pitzbach mountain stream in Austria, where weighing cells and a water pressure sensor in the settling basin allow sediment transport loads to be determined in 15 minute intervals. Daily averages of PBIS impulses correlate reasonably well with the measured sediment load. Using a linear calibration relation, the relative error between predicted and measured sediment loads is within a factor of about 1.5 to 2. The scatter between PBIS impulses and bedload volumes is much larger if the measurements are averaged over one hour intervals or when the original 15 minute values are considered. A comparison with measurements from the Swiss Erlenbach torrent and from laboratory experiments using sediment particles from the Erlenbach torrent indicates that the proportionality coefficient between PBIS impulses and sediment load appears to depend on site specific conditions, including factors such as flow intensity and sediment properties.     

沉管隧道基槽爆破施工对既有堤岸稳定性影响的数值仿真分析

结合爆破数值模拟中爆破荷载的特点,分析了各种荷载施加方法的特点及爆破震动场模拟的要求,基于圣维南荷载等效原理,提出了爆破荷载的等效施加方法,即将作用在炮孔壁上的爆破荷载等效后,施加在同排炮孔中心线或者面上来模拟爆破荷载的作用。结果表明,等效施加方法在近区存在一定差异,但在中远区吻合得较好。利用该等效荷载施加方法,采用三维实体模型计算分析了某沉管隧道基槽爆破施工对既有堤岸稳定性影响,计算了周围不同位置、不同深度位置处的振动响应,并在此基础上,分析研究了减小爆破振动对既有结构物影响的减振措施,可为类似工程提供借鉴。     

基于影响线分析的滑坡削方减载稳定性计算

削方减载因其方法简单、施工方便和抗滑效果良好,已成为常用的滑坡治理措施之一,但削方位置的不同对坡体稳定性的影响差异较大。为了直观说明这种影响,借鉴结构力学中移动荷载作用下的影响线概念,以削方减载位置的不同作为可变荷载,以每次削方减载情况下对应的稳定系数作为影响量,建立相应的滑坡削方减载影响线计算分析方法,并根据稳定系数的大小,结合工程实际,确定最优的滑坡削方减载位置。最后以某滑坡为实例,对其不同位置情况下的削方减载对应的稳定系数进行了统计,根据稳定系数的大小,结合坡体情况,直观地给出了最优的卸载位置,为合理和科学地进行坡体削方减载提供了依据。该方法计算原理简单,结果清晰直观,可对同类滑坡治理工程提供参考和借鉴。