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.      

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。     

地质力学磁力模型试验原理及其在工程中的应用

地质力学磁力模型试验借鉴土工离心模型试验中利用离心力模拟重力的思想。在均匀梯度磁场中,掺有铁磁材料的相似材料会受到均匀的磁力作用,由此可以利用均匀的磁力场模拟重力场。根据电磁学基本原理和磁路设计原理,设计并制造了一台2 000匝线圈的均匀梯度磁场发生装置。该装置在220 V电压情况下,能够产生0～16 A电流,在1.2 m×1.2 m×1.0 m试验空间内,可将磁性相似材料的重度提高10～30倍。以锦屏一级电站左岸高陡边坡为例,进行地质力学磁力模型试验。试验结果表明,在一定的电流作用下,可以使模型所受体力的提高倍数达到相似比的要求,并与数值模拟结果进行了对比,试验结果与计算结果基本一致。在增加通电电流时,试验设备可以模拟边坡的超载过程,进而可以求出边坡的超载安全系数。     

盐岩油气储库介质地质力学模型相似材料的研制

以江苏金坛盐岩地下油气储库为示范工程,以精铁粉、重晶石粉、石英砂、一级松香和医用酒精为原料,根据相似原理以及金坛盐岩油气储库地层中盐岩、泥岩和盐岩夹层的实测物理力学参数,开展了各种配比条件下材料的单轴压缩、三轴压缩、直剪和巴西劈裂试验,通过原岩和模型材料的重度、泊松比、弹性模量、抗压强度、抗拉强度、黏聚力、内摩擦角等基本物理力学参数以及相应变形特征和强度破坏特性的对比分析,研制出基本满足相似条件要求的盐岩油气储库介质（盐岩、泥岩和盐岩夹层）的地质力学模型相似材料,为开展盐岩地下油气储库运营的变形与失效破坏地质力学模型试验提供了可靠的材料保证。     

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。     

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。     

基于神经网络的直接线性变换在地质力学模型试验中的应用

三维地质力学模型的变形数据主要由岩体内部变形和收敛变形两部分构成。寻找满足高精度位移测量的收敛变形观测方法已成为三维地质力学模型试验数据采集的重要研究方向。修正了传统的数码相机摄影测量基于图像坐标变换的计算思路,改善了试验中5×5小模板作业方式,采用大模板标准点布设方案和标志点相邻坐标数据点的选择方法,有效地减小了镜头畸变对标准点、标志点的影响。基于BP神经网络的直接线性变换原理进行了图像间的坐标识别和试验阶段测量观测点的坐标比较,实现了三维地质力学模型的收敛变形观测。将数码相机数字近景摄影方法应用于某大型分岔隧道的三维地质力学模型试验研究,取得了满意的研究成果。     

基于分离相似概念的地铁异形基坑三维开挖模型试验

以厦门吕厝站地铁基坑开挖工程为工程原型,采用分离相似设计方法确定了模型试验所需要关键参数的相似比,制作了异形基坑试验模型,并设计了合理的监测系统。通过模拟基坑实际的开挖过程,根据取得的监测数据,分析了地表沉降、地连墙变形和受力等变化规律。结果表明:与基坑边缘距离越大,地表沉降影响越小,且墙体边长及开挖深度越大沉降越显著;地表沉降曲线形式与沉降数值大小有关,基坑开挖表现出明显的空间效应和角隅效应,地表沉降主要发生在坑内土体开挖阶段;随开挖的进行,土层卸荷对地表沉降影响逐渐减小,地连墙弯矩大小与开挖深度呈正相关,最大弯矩值出现在基坑最深开挖面附近。     

静冰力学模型试验的相似比尺问题探讨

分析冰盖形成的热力学模型, 推导出室内模型试验的相似比尺. 模拟野外降温过程, 在低温实验室内进行静冰压力模型试验, 研究实验室模拟静冰压力产生过程的可行性. 结果表明: 实验室模拟最大冰厚39.8 cm, 试验历时387.4 h, 冰的冻结过程符合天然规律; 实验室目前难以模拟融化过程中天然状态的太阳辐射, 有待进一步改进降温制度. 模拟试验的冰压力最大值出现在升温阶段, 与温升率相关, 温升率越大, 静冰压力值越大; 当环境温度升至0 ℃左右时, 静冰压力达到最大值, 随后迅速消散, 符合水库冰过程观测结果.     

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。     

桩网结构模型试验柔性拱研究

基于E.Buckingham ?定理,应用因次分析方法,对桩网结构模型进行了相似理论推导,求解了模型与原型之间的相似关系,并基于所得的相似关系,结合现场工程实践对桩网结构模型进行了设计与制作。模型试验结果表明,（1）应用因次分析方法推求模型与原型之间的相似关系是可行的;（2）桩网结构柔性拱的沉降波形呈“网兜”状;（3）土工格栅应变随着路基填筑的增高与循环加载次数的增加而增大,土拱形成前格栅应变增大较快,土拱形成后应变增长变得缓慢。     

无临空面深层岩体爆破增渗模型试验相似律研究及相似条件的实现

依据所分析的无临空面深层岩体爆破增渗的特点,在模型试验相似理论基础上进行无临空面深层岩体爆破增渗模型试验相似律研究。结合内蒙某低渗透砂岩型铀矿工程地质及水文地质实际情况,根据所推导的模型试验相似准则,通过理论分析及试验研究,实现了模型试验的几何条件、边界条件、爆炸荷载及材料的相似,为实施爆破增渗模型试验打下基础。     

考虑流-固耦合的输水隧道动力模型试验中的一种相似技巧

结构动力模型试验与动力模型破坏试验中,保持模型与原型相似的3种基本要求与处理技巧已在相关文献中提及。同时,也提及了对结构动力特性、弹性振动响应与破坏形态等试验目的不同,相似要求也有所差别,而这里将对地下软土中考虑流-固耦合的输水隧道的模型试验进行数值模拟研究。根据模型试验选料的经济实用性,提出了一种相似关系和技巧,并通过实例加以验证。数值模拟结果表明：在这种具体情况下,采用这种相似关系完全可以从模型试验的数据换算到原型,以便获得更多的有用信息,为今后地下输水工程模型试验的选材拓宽了思路,并提出了一些新的概念。     

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。     

嵌岩桩抗滑特性的物理模型试验研究

进行嵌岩桩与滑坡体相互作用的框架式滑坡物理模型试验,根据微型土压力盒和电阻应变计的监测数据,分别研究滑坡推力作用下模型桩的受力特征、桩身弯矩分布规律及模型变形破坏模式。试验结果表明,嵌岩桩加固后的滑坡,桩后推力随深度的增加呈抛物线型分布形式,合力作用点约在滑动面以上模型桩自由段的1/2处;嵌岩模型桩有明显的抗滑特性,承担了大部分桩后推力,传递至桩前土压力值较小且稳定;模型桩的桩身弯矩分布形式不同于普通抗滑桩弯矩分布形式,自由段埋深0~15 cm范围内为主要弯矩承受区域,最大弯矩截面位于滑面上模型桩自由段1/3处,滑动面处桩身弯矩绝对值较小;滑坡模型在沿滑面推力加载作用下发生桩后滑体越桩滑动破坏。该试验成果为嵌岩桩的抗滑特性研究提供了科学依据,可为该类型抗滑桩设计提供一定的指导性建议。     

基于相似性原理超固结土不排水扩张半解析解

在实际工程中,土体往往因卸载、再加载等复杂应力路径而处于超固结状态,而现有的圆孔扩张问题的计算模型往往不能反映超固结土中剪胀、软化等一些特殊性质。为了解决这一问题,基于相似性原理和统一硬化（UH）模型,结合相关联的流动法则和大变形理论,采用相似求解技术求解了超固结土不排水扩张问题的半解析解答。通过理想化算例分析了圆孔扩张挤土产生的应力和孔压响应,并通过分析不同超固结比OCR的土体应力路径的变化规律,讨论了UH模型的适用性。结果表明：对于轻超固结土,空腔周围土体孔压在塑性区沿径向单调递减,随着OCR增大,塑性区内孔压分布呈现出“S”形的趋势,孔壁附近的孔压逐渐减小,孔壁周围甚至出现负孔压。随着OCR增大,压力?扩张曲线收敛变慢。在扩孔过程中正常固结土一直处于剪缩硬化阶段。而对于超固结土,土体则经历了临界状态→剪胀硬化阶段→临界（特征）状态→剪缩硬化阶段。该研究成果不仅丰富了相似求解技术的应用,而且为超固结土中桩基承载力、隧道围岩变形预测和原位测试参数等岩土工程问题的计算提供了理论依据。     

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。