地质力学磁力模型试验中均匀梯度磁场的构建

地质力学磁力模型试验利用电磁力（场）模拟重力（场）的原理研究地质力学工程问题,采用的相似材料由铁磁材料与岩土体混合而成。铁磁材料在磁场中的受力方向和大小与所处空间的磁通密度梯度的大小和方向有关,为了模拟均匀的重力场,需要得到在一定空间范围内磁通密度梯度大小相同、方向单一的磁场。根据电磁学基本原理,构建了3种磁路形式以获得磁通密度梯度相对均匀的磁场,对磁力模型试验相似材料进行加载。对比3种磁路,在最佳试验区内开放式磁路对磁场的利用率更高,所以在电流相同条件下等到的磁通密度梯度的量值也更大。与另两种磁路形式相比,尽管半开放式磁路在重量和工作效率上的性能不及开放式和封闭式磁路,但其最佳试验空间的磁通密度梯度的均匀性最好,误差在5%以内,半开放式磁路可以作为地质力学磁力模型试验的磁场发生装置。     

地质力学电磁场模型试验相似理论研究

地质力学磁力模型试验是利用电磁力模拟重力、电磁力场模拟重力场的原理建立的地质力学模型试验理论与方法。其试验相似判据可根据相似理论的3个基本原理推导。用量纲分析和方程推导均可得到各参数相似判据为 , , , , , , 。在模型中,时间t、几何尺度l缩小n倍,重力加速度g扩大n倍,而材料的其他基本物理力学参数? 、? 、? 、? 、E、c、k、v、q、? 的相似比均为1,从理论上说可采用结构的原型材料进行地质力学磁力模型试验,这在模型试验的操作上十分方便。     

八字岭分岔式隧道的三维地质力学模型试验研究

用地质力学模型试验成功地模拟一段分岔式隧道是一项系统工程,它包括确定模型试验模拟的范围和比尺,正确地选择模型试验的相似材料,设计并加工模型试验的台架和模型的制作,开挖与测试。对模型试验这一系统工程做了较为详细的介绍。模型试验结果表明,按照设定的试验工序,试验的新材料适合各类模型试验,试验台架满足试验所需要的刚度,模型易于制作和开挖、测试效果良好。     

江阴长江大桥南塔墩地质力学模型试验

采用地质力学模型试验对江阴长江公路大桥南塔墩的稳定问题进行了研究, 试验表明, 在没有临空条件下的受力机制是以塔基沉降变形为主, 塔基斜坡在超载2.2倍设计荷载和斜坡坡角变陡5.3°情况下, 整个塔基边坡没有明显的破坏迹象, 说明边坡整体稳定具有一定的安全储备.      

流-固耦合模型试验用的新型相似材料研制及应用

为研究隧道突水、突泥过程中断层及围岩各物理场变化规律,根据地质力学模型试验相似原理,通过大量多组别配比试验,研制出适用于流-固耦合模型试验的新型断层及围岩相似材料。其中,断层相似材料以砂为粗骨料,滑石粉为细骨料,石膏、膨润土作为胶结剂,液态石蜡作为调节剂;围岩相似材料以砂为粗骨料,重晶石粉、滑石粉为细骨料,白水泥及乳胶作为胶结剂。通过大量室内试验,对比分析原岩及相似材料变形特征及强度破坏特性,重点对单轴抗压强度、渗透系数、重度、泊松比、弹性模量等重要变形及水理特性参量进行调控,系统研究不同配比对材料参数的影响规律。试验结果表明：该材料力学参数变化范围广、性能稳定、操作工艺简单,可用来模拟不同渗透系数的低、中等强度岩体材料。将该相似材料应用于吉莲高速公路永莲隧道断层突水、突泥三维地质力学模型试验中,力学性能及水理特性均达到试验要求,能够有效地模拟突水、突泥的发展演变过程,真实反映断层灾变过程中各物理场响应规律。     

多级多层复合滑坡工程病害的试验研究

张家坪滑坡具有多级多层的复杂滑体结构,本文选取最典型的断面开展了大型地质力学模型试验,模拟了边坡的开挖过程,并采用均匀毛细浸润技术研究雨水作用下的坡体稳定性,通过有无支挡的两阶段试验对比,分析了多级多层复合滑坡的变形失稳机制和工程病害,以及相应抗滑支挡结构的加固效果。     

深埋长隧洞三维地质力学模型试验研究

为了评价深埋长隧洞围岩的稳定性和隧洞间距的合理性,本文采用三维地质力学模型试验技术,研究在高地应力、高外水压力作用下,隧洞围岩整体稳定性以及相邻洞室开挖的相互影响效应,并与三维弹塑性有限元数值计算结果进行对比验证,研究结果表明:地质力学模型试验成果和数值计算结果基本一致,两者得到的位移场、应力场、屈服区范围都基本吻合。在高地应力、高外水压力作用下,工程所在的Ⅲ类围岩隧洞是可以安全成洞的。采用超载法进行试验和计算可知,在Ⅲ类围岩中极限超载安全系数k＞1.3,开挖隧洞对洞周围岩的位移与应力影响区一般小于1倍洞径范围,隧洞的间距是合适的。     

洞群模型试验中微型多点位移计的设计及应用

地质力学模型试验是研究大型地下洞室群围岩稳定性状况的重要方法,但是,许多制约因素使得这类试验难以达到预期效果,其中包括试验过程中物理量的量测问题。以双江口水电站地下洞群稳定性为研究对象,开展了模型试验为准确量测三维应力状态下洞群模型试验中围岩内部的微小位移,设计、制作和安装了高精度微型多点位移计,获得了围岩在开挖全过程中的位移变化规律曲线,同时,还开展了与模型试验相对应的数值模拟。将试验结果与数值模拟结果进行了对比分析。研究结果表明,设计成功的微型多点位移计能够广泛应用在各类岩土工程模型试验之中。     

棒式光纤传感器在地下洞群模型试验中的应用

地质力学模型试验是在复杂条件下进行大型地下洞室围岩稳定性分析的重要研究手段,能够真实地反映地质构造和工程结构的空间关系,准确模拟施工过程对厂房稳定性的影响以及岩体的破坏特征。双江口水电站地下洞群模型试验中采用预留孔径灌胶方式进行高精度的棒式光纤光栅（FBG）位移传感器的埋设,以便对洞室周边的位移进行量测,同时应用FLAC3D进行数值模拟比较。结果表明：棒式光纤光栅传感器量测方法解决了模型试验中内部变形小、量测精度要求高的问题,与数值模拟结果相吻合;试验中传感器埋设的方法是成功的,无论是开挖阶段还是超载阶段传感器均能有效地监测模型内部变形,揭示地下洞室群模型在开挖阶段和超载阶段的变形机制和破坏特征。     

矿山层状反倾边坡岩体移动规律的试验研究

本文基于现代工程地质力学理论与相似模拟原理, 采用地质力学模拟试验方法, 以某矿顶帮边坡为工程实例, 结合大量滑坡实例综合分析, 研究了层状反倾边坡岩体随采矿工程发展的移动规律和潜在滑坡模式。     

悬索桥重力式锚碇结构变位规律研究

采用室内相似模型试验和数值模拟方法,对某悬索桥重力式锚碇变位问题进行了研究。相似模型的几何相似常数为1:100,体积力相似常数为1:1.325。数值模拟取相似模型试验条件,土体服从摩尔-库仑准则,锚碇和围护结构视作弹性体,选用模型试验相似材料实际参数。研究表明,软土中锚碇结构的变位随锚拉力变化的规律为：在锚拉力作用下,锚碇不仅向前水平位移,而且产生前端下沉、后端隆起的刚体转动,变位随锚拉力的增加呈非线性增大。锚碇基础下部地基加固、锚碇基坑围护结构以及锚碇周围土体对提高锚碇稳定性具有积极作用。     

深埋隧道锚杆支护作用的数值模拟与模型试验研究

以重庆至长沙公路共和隧道为研究对象,研制出环氧-硅橡胶的相似模型材料,在大型真三轴模型试验机上进行了隧道在毛洞和锚杆支护条件下的超载试验,采用应变测量技术对隧道关键部位的应变值和锚杆的应变值进行了测量,据此分析了围岩体在锚杆支护后的应力变化规律和锚杆的轴力变化规律。采用与模型试验相同的边界条件进行了隧道在锚杆支护条件下的数值模拟工作,对围岩体的塑性区、应力场和锚杆轴力随荷载的变化过程进行了研究。结果表明,两种手段反映的围岩体应力变化规律和锚杆轴力随荷载的变化规律是一致的     

基于电磁驱动的滑坡模型水分迁移理论及试验研究

加快模型试验中水的渗流速率对库岸滑坡研究意义重大。考虑滑坡渗流特性,基于电磁驱动原理,在滑坡模型中施加相互垂直的电场、磁场,推导出孔隙水受力公式,根据电渗固结理论,推导水分迁移速率v与电压Ve、磁场强度B的关系式,进而获得时间相似比,实现了通过电磁场强度来控制滑坡模型水分迁移速率,改进模型试验,为研究库水位升降对滑坡的影响提供条件。通过试验进行验证：电磁场对水分迁移速度的影响具有显著效果,且电压大小对模型的稳定渗流场影响较小。说明在不改变模型材料参数的条件下,改变磁场强度和电压可获得任意孔隙水的渗流速度,为研究库水位波动条件下的滑坡演化机制奠定基础。     

粉质砂土土钉墙水平位移与土钉轴力的FLAC3D研究

以物理模型土钉墙的破坏性试验获得的土体的基本参数和模型的尺寸为基础,应用FLAC3D软件建立土钉墙数值模拟模型。通过数值模型模拟基坑开挖与支护过程,并监测该过程中的土钉墙墙体沿深度方向水平位移情况和各层土钉的轴力变化情况以及它们之间的关系。支护过程结束后,在墙顶分级施加竖向荷载直至墙体产生较大变形,研究了土钉墙在超载状况下的工作状况以及破坏过程,并与物理模型土钉墙的破坏性试验结果进行对比。研究发现,开挖过程中墙体水平位移底部大于顶部,呈“勺形”分布;墙体水平位移最大处附近的土钉轴力也最大;粉质砂土土钉墙变形超过基坑开挖深度的4‰后,墙体的稳定性会极大降低;粉质砂土土钉墙没有下卧软弱层时,在地面超载作用下其破坏形式为体内破坏,表现为部分土体沿滑裂面向下滑动。     

室内土工模型试验的新方法——桩基渗水力土工模型试验

本文通过桩基渗水力工模型试验实例，介绍了一种新的室内土工模型试验方法－渗水力土工模型试验。它利用水在土体中的渗流来提供土工模型试验中必须的体积力，因而克服了常规模型试验和离心模型试验中一些缺陷。该方法在桩基研究及工程实际中具有良好的应用前景。     

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。     

不同支护条件下锚杆支护作用的模型试验研究与数值分析

以重庆至长沙公路共和隧道为研究对象,研制出相似模型材料和配套试验设备,进行不同长度锚杆支护条件下的隧道超载试验。采用应变测量技术,测量两种不同长度锚杆支护工况下的隧道关键部位的应变值,据此分析围岩体在锚杆支护后的应力变化规律。通过模型材料室内试验,获取岩体相关计算参数,采用与模型试验相同的边界条件进行相应工况的有限元数值模拟,研究围岩体的变形量、应力场和锚杆轴力因锚杆长度不同而产生的变化。结果表明,模型试验和数值模拟反映围岩体应力和锚杆轴力因锚杆长度的不同而产生的变化是一致的。     

粗粒土的离心模型试验与数值模拟

岩土工程数值计算中粗粒土常采用邓肯-张本构模型,为了验证该模型在轴向加载、卸载、侧向加载等复杂应力路径条件下的适用性,进行了粗粒土的三轴试验获取其力学特性及本构模型参数;根据相似性原理制作了堆石坝的离心模型试样,并采用与三轴试验同样级配与粒径的粗粒土进行复杂应力路径的堆石坝离心模型试验,试验中通过改变离心加速度模拟加载、卸载,利用上游蓄水模拟坝体的侧向加载;采用ABAQUS对离心模型试验进行三维数值模拟,并研究了模型箱侧壁摩擦系数与土体的初始应力对数值结果的影响。通过比较离心模型试验与数值模拟成果,表明土体的初始弹性模量对计算结果影响较大,初始应力应选择自重作用下的应力场;邓肯-张本构模型能较好地描述堆石坝的加载应力路径,而模拟卸载应力路径有一定的差异,需要改进邓肯-张本构模型中卸载模量的确定方法。