岩石空心圆柱扭剪仪试验能力

针对自行研制的岩石空心圆柱扭剪仪可独立控制4个加载参数（轴力、扭力、内围压和外围压）的功能,通过数学和力学分析,系统地整理出几种易于实现且符合实际工程的应力路径及加载方式：在轴力与内围压满足一定关系的前提下,可以获取岩石的抗拉强度,提供一种新型测量岩石抗拉强度的方法;通过控制内外围压及轴力,可以进行常规三轴试验与真三轴试验,克服了现阶段岩石真三轴试验中试验装置复杂、试样加载面摩擦大的缺点;在轴力与内、外围压分别满足一定关系时,可以分别实现平均应力p不变与中主应力系数b不变的应力路径,用于研究应力主轴旋转对岩石力学性质的影响。上述应力路径的实现对岩石力学性质的研究以及现阶段岩石室内试验的发展具有重要意义。     

岩石空心圆柱扭剪试验系统研制

针对深部工程岩体开挖时围岩内部应力状态复杂变化的特点,研制了可实现主应力量值变化和应力主轴旋转等复杂应力路径的岩石空心圆柱扭剪试验系统,可用于开展复杂应力作用下岩石的强度、变形和破坏形态的室内试验研究。介绍了该试验系统的基本结构、工作原理及技术参数。该试验系统具有如下特点：（1）通过利用空心圆柱试样与上、下压头的特点,克服了岩石试样扭矩施加的技术困难,将施加轴向力和扭矩的两个加载轴合二为一,彻底解决了轴向力加载与扭矩施加机构之间相互影响的技术难题。（2）通过采用新型自平衡加载三轴室,实现了轴向力、扭矩、内围压和外围压4种荷载的独立施加和控制。（3）采用应力与流量的加载控制方式,并通过软件集成,实现了主应力量值改变和应力主轴旋转耦合应力路径的准确模拟以及加载过程的稳定控制。（4）该试验系统结构简单,功能多样,操作方便。采用该试验系统进行了初步试验,验证了试验系统的可行性与实用性,表明该试验系统具有实现应力主轴旋转及主应力量值改变的复杂应力路径的功能。     

饱和软黏土动力学特性循环扭剪试验研究

以饱和软黏土的循环扭剪试验研究为基础,阐明不固结不排水条件下饱和软黏土的动力学特性。在循环扭剪和循环三轴两种不同试验应力状态下,通过研究不同围压和不同静、动应力组合下饱和软黏土的应力等效破坏关系和应变等效破坏关系,提出在循环荷载作用下饱和软黏土的循环破坏同样遵循Mises屈服准则,且在Mises屈服准则下,饱和软黏土的循环强度趋于不变量。循环破坏的过程可以等效为一种拟静力弹塑性循环蠕变,建立了饱和软黏土循环累积变形随静荷载、循环荷载以及循环破坏振次之间的关系式。上述结论分别从应力和变形两个方面阐述饱和软黏土的动力学特性,与试验应力状态和围压无关,可以推广到一般应力状态下。     

岩石空心圆柱扭剪仪研制的重点问题及研究进展

随着深部岩体工程的发展,开挖卸荷导致的应力主轴旋转问题引起了广泛关注。首先,分析总结了岩体工程中存在的应力主轴旋转问题及其对岩体工程稳定性的影响;其次,介绍了土体空心圆柱扭剪仪的发展现状及其特点,从荷载的施加方式、试样尺寸两个方面指出了研制岩石空心圆柱扭剪仪的关键问题,并与土体空心圆柱扭剪仪进行了对比,提出了新的扭矩施加技术和合理的岩石空心圆柱试样尺寸;最后,总结概括了考虑应力主轴旋转的土体本构模型的研究成果,并对考虑应力主轴旋转的岩石本构关系的研究进行了展望。该工作将对岩石空心圆柱扭剪仪的研制和相关理论的研究提供一定的参考和指导。     

不同围压下饱和砂土不排水循环扭剪试验研究

利用河海大学与日本圆井株式会社共同研制的一种新型的多功能静动三轴仪进行了不排水循环扭剪试验。通过对空心圆柱体试样的动力扭剪不排水试验研究了相同相对密度在不同固结围压下的动力不排水响应。试验初步研究了通过用初始有效平均正应力归一化的有效应力路径,归一化有效应力路径有很好的一致性。如果保持相同的剪应力比,由初始有效平均正应力归一化的有效应力路径不受初始有效平均正应力的影响。     

扭剪与三轴试验中孔压不均匀性的研究

本文首先从理论上详细探讨了扭剪和三轴试验中孔压沿试样高度不均匀分布的现象和原因。再根据实验研究结果及理论推证,对动载周期为8秒的粉土试样得出结论:三轴试验中出现孔压不均匀的临界双幅轴应变是0.15%,扭剪试验中出现孔压不均匀的临界双幅剪应变是5.2%,因此,对粉土的三轴试验结果最好进行孔压不均匀性的校正,或量测试样中心孔压,而对扭剪试验则可直接在试样底部量测孔压。     

GDS空心圆柱仪动力试验能力探讨

为更好地模拟多向应力和主应力轴旋转等复杂应力路径,与英国GDS公司合作研发了能施加轴向和扭矩动载的空心圆柱仪。文中介绍了该仪器的工作原理和性能,分析对比了其与传统单向动三轴仪试验结果,并探讨该空心圆柱仪所完成的5组典型动力荷载及一组不规则随机波动力试验能力。动力加荷时,通过调整设定刚度参数,实测波形与设定波形误差较小。该仪器能很好地模拟地震、波浪和交通荷载引起的应力,为研究复杂应力状态下土体动力本构关系提供了很好的工具。     

动态围压下空心圆柱扭剪仪模拟主应力轴旋转应力路径能力分析

针对英国GDS公司动态空心圆柱扭剪仪（HCA）在主应力轴旋转试验中能够实现三向动态加载（轴力、扭矩、内围压或外围压）的功能,通过严格的数学推导,提出了3种易于实现又与实际工程背景相符合的应力路径加载方式。当三向动载满足相应的条件时,可以实现（1）平均主应力p和剪应力幅值q保持恒定的应力路径（应力路径1）;（2）中主应力参数b = 0.5、剪应力幅值q为常数的应力路径（应力路径2）;（3）平均应力p保持不变、主应力旋转角90º突变的应力路径（应力路径3）,其中应力路径1、2为模拟海洋波浪荷载作用下的应力路径试验提供了理论依据,应力路径3可用于模拟地震荷载作用下的土体动力特性。以上3种应力路径均不能在两向动态HCA仪中实现     

四向振动空心圆柱扭剪仪模拟主应力轴旋转应力路径能力分析

主应力轴旋转对土体的动力特性有着显著影响。利用GDS动态空心圆柱扭剪仪（HCA）能够实现内围压、外围压、轴力和扭矩四向动态加载的功能,提出了3种主应力方向变化的应力路径加载方式,分析了3种应力路径在实际工程中的应用,并进行了试验验证。当四向动载根据推导的波形函数加载时,可以实现：① 平均主应力p、中主应力系数b和偏应力q保持恒定,主应力轴循环旋转的应力路径;② 平均应力p和中主应力系数b保持不变,偏应力q循环变化,而主应力方向角? = 90°突变的应力路径;③ 平均主应力p、中主应力系数b保持不变,偏应力q、主应力方向角α连续变化的应力路径。应力路径①为模拟海洋波浪荷载作用下的应力路径试验提供了理论依据,应力路径②可用于模拟不同方向地震荷载的作用,应力路径③可以模拟波浪荷载作用下桩周土体的应力路径以及交通荷载作用下的应力路径。     

空心圆柱扭转仪定向剪切试验离散元模拟

为分析砂土在复杂应力条件下的剪切力学特性,采用商业离散元软件PFC3D对单粒组中密砂的空心扭剪试验进行了仿真模拟,分析了数值试样的应力-应变关系,研究了不同剪切方向下离散介质的强度、体积应变特性以及中主应力比对它们的影响,再现了力链在加载过程中的演化,并对剪切带的倾角做了深入分析。同时,从细观上看,以颗粒接触数和纯转动率变量为中心,观察了试样内部颗粒的运动状态,对比了不同剪切方向下剪切带内外颗粒接触数与纯转动位移的变化。最后,将数值试验结果与已有的室内试验结果进行了对比。此研究实现了复杂应力条件下空心扭剪试样的三维离散元模拟,加深了对空心扭剪试验过程和结果的理解和解释。     

ZY-89型钻孔煤层瓦斯压力测定仪的研制与应用

针对煤田地质勘探钻孔的特点,研制了新型的ZY-89型钻孔煤层瓦斯压力测定仪。介绍了该仪器的工作原理、结构及技术特点,及其在四川古叙煤矿区海风矿段等矿区的生产应用情况。     

马斯京根法洪水演进反演计算方法的探讨

从计算理论上系统分析和认识了马斯京根法洪水演进反演计算算法产生的坏条件,通过引入样条函数辅助进行修匀处理和对于x数值小的情况采用反演正算的算法,使得马斯京根法洪水演进反演计算可以进行多段连续演算并具有好的效果,在工程水文设计计算中具有实用价值。     

小断面裸岩隧洞超高压灌浆试验研究

水电工程建筑物超高压灌浆是一个全新的课题。天荒坪第二抽水蓄能电站天然落差约730 m,为研究以及探索水工隧洞高水头作用对隧洞围岩的整体性和抗变形能力的影响,在天荒坪PDX1探洞进行压力高达12 MPa的灌浆试验,由于所采取施工方法和措施均较恰当,促使整个灌浆顺利进行,获得了合理的灌浆程序和参数,为高压水头大型混凝土衬砌水道灌浆提供实践依据。     

Study of Drainage Through Hydraulic Fill Stopes using Method of Fragments

A good understanding of the pore water pressure developments within the hydraulic fill stope and the discharge through the drain is essential for improving the designs of barricades and the safety in the mines. A finite difference software FLAC was used to study the drainage and pore water pressure developments within a two dimensional rectangular stope with a single drain at the bottom. Using the method of fragment, a simple solution was proposed for determining the discharge and the maximum pore water pressure within the stope, when the height of water is greater than the width of the stope. The predictions are within 1% of those obtained from FLAC.     

衡重式挡土墙土压力的非线性分析

通过对挡土墙土压力非线性分析方法的研究 ,推导出了衡重式挡土墙土压力计算的数解公式 ,并编制了相应的计算程序 ,一般的直线型墙背挡土墙和折线型墙背挡土墙土压力计算均可作为本文计算公式的特例。通过对一折线型墙背重力式挡土墙的土压力计算与实测结果的比较表明 ,由本文公式所得的解与实测结果很接近。     

Experimental Study of Confining Pressure Initiated by Tectonic Force

An experimental study of the confining pressure, i.e. additional hydrostatic pressure initiated by the tectonic force is presented. The experimental progress is that the σ1 is gradually increasing from 0 in a limiting movement (ε1=0) in the σ1 direction and the speed rate of the accelerating load is 0.4 MPa*s-1 in the lateral and level directions. When σ2=σ3<200 MPa, Δσl is nearly lacking, Δσl is increasing at a high speed only when the horizontal force reaches 250-380 MPa, and Δσl almost ceases to increase at the level force of 380 MPa. It is calculated that the tectonic force can produce the confining pressure which is gradually increasing with σ2=σ3 before it reaches 380 MPa in an experiment. It is supposed that the horizontal force is almost all transformed into the confining pressure with the increase of the creep deformation of rocks.     

海底沉积物酸解烃脱气装置的改进

酸解烃方法过去主要用在常规油气地球化学勘查中。近几年通过对海底天然气水合物地球化学勘查试验研究,发现该方法也能应用其中。酸脱气过程是酸解烃方法的最重要组成部分,它直接影响到该方法的最后测试结果。为满足当前海洋地质调查中沉积物取样特点,笔者等在前人工作基础上对酸解烃方法中酸脱气装置进行了改进。通过一系列条件试验,确定了在改进后装置下酸脱气过程中最佳的样品粒度、盐酸浓度、反应时间等条件。通过平行性试验和准确性试验,证明该酸脱气装置所得到的数据基本可靠,结果符合部颁标准。     

强夯法在吹砂填海地基加固中的应用分析

通过强夯法在首钢京唐曹妃甸钢铁公司吹填砂地基处理工程中的应用情况和成功经验,对强夯设计、施工参数、加固效果进行了分析,为相似工程提供参考。     

基于传递系数法的滑带土抗剪强度参数反分析研究

滑坡滑带土抗剪强度参数的合理选取是进行滑坡稳定性分析和治理设计的关键。本文结合滑坡的发育阶段,合理选取滑坡稳定性评价指标,基于反分析的基本原理,利用至少两个反分析剖面,采用试算、插值和图解法求解滑带土的抗剪强度参数,对比室内剪切试验数据,该方法最终所得参数基本满足工程要求,可为其它滑坡的稳定性分析及治理工程设计提供借鉴。     

数值模拟方法验证光透法监测流体饱和度的有效性:以非均质孔隙介质中的水/气两相流为例

光透法作为一种安全经济的非侵入监测方法广泛应用于室内砂箱多相流实验中,但该方法在局部空间点上结果的可 靠性尚缺乏验证。鉴于当前难以采用实验手段直接进行局部监测点取样验证光透法结果,本文以非均质孔隙介质中的水/气 两相流为例,基于砂箱实验开展了数值模拟研究以进行论证。研究表明：（1） 模拟结果中气体在非均质含水层中的迁移规 律、展布形态和饱和度分布总体上再现了光透法的测量结果。（2） 数值模拟和光透法得到的6个局部点饱和度数据在各时 刻均拟合较好。同时选取12个时刻共5316个监测点的饱和度数据进行分析,其决定系数达0.94,这表明模拟结果从统计 角度较好地验证了光透法在局部点监测上的有效性,两者间的差异主要由人工填砂导致的介质“不均匀”引起。（3） 气体 总量方面,实测排水值、模拟结果与光透法计算结果均拟合较好。因此数值模拟结果系统地验证了光透法监测流体饱和度 的有效性。