静载作用下波纹钢拱涵力学变形特性

通过填土及静载试验,选取涵洞轴线中部波谷截面、涵洞轴线中部波峰截面、涵洞洞口处波谷截面、涵洞洞口波峰截面4个钢波纹拱涵断面,布设应变片、土压力盒及变形测量仪器,对波纹钢拱涵应力-应变、位移等力学特性进行研究,得到静载作用下波纹钢拱涵的力学变形特性及变形规律。研究结果表明：1）在相同填土高度荷载作用下,波纹钢拱涵所受竖向应力相比于未设置涵洞的土体竖向应力较小,而由于涵洞结构挤压填土导致侧向土压力大于相同高度下土中应力;2）由于填土施工各阶段中涵洞所受周围土压力方向的不同,涵洞填土过程中多个位置出现拉压变化的现象,涵洞涵顶、涵腰位置处应变往往较大,故该点相对其他测点为薄弱点。     

粉煤灰湿陷变形的三轴试验和计算

采用双压力室三轴仪对粉煤灰试样进行了单线法湿陷试验,研究了在静水压力作用以及在不同应力状态和应力水平下粉煤灰湿陷变形的规律,得出了粉煤灰湿陷变形的经验计算公式.提出了计算粉煤灰地基湿陷变形的"全应变曲线"增量有限元法.基于本文的试验结果,对一个粉煤灰地基的湿陷变形进行了有限元计算.     

综放工作面区段煤柱采动应力全周期时空演化分析

针对煤柱内部微裂纹萌生、变形破坏等潜在安全隐患,利用布里渊光时域反射(BOTDR)分布式光纤传感技术进行煤柱水平变形监测。首先,根据煤柱破坏碎胀特性理论分析,建立了光纤轴向应变与水平变形的转化方法;其次开展室内试验确定了金属基索状传感光纤轴向拉伸响应情况,并根据煤柱变形破坏规律修正了应变系数,最后以陕西大柳塔煤矿活鸡兔井为工程背景,对22206工作面区段煤柱水平变形实现现场监测。监测结果表明：区段煤柱采动侧和未采动侧存在明显的水平变形差异,采动侧变形量最大,约为未采动侧的5倍,但煤柱整体水平变形较小,仅出现弹性变形,煤柱较稳定;煤柱变形分区明显,呈现中部为弹性核区,两侧为塑性破坏区的分区特征;工作面从测点前20 m推进至测点后40 m时,煤柱水平应变呈指数增长,远离测点之后变形趋于稳定,反映煤柱变形与采动应力扰动之间的动态关联;通过分析煤柱水平应变与垂直应力,发现两者呈指数相关关系,定量建立了煤柱水平应变与垂直应力关系式,说明煤柱变形与破坏很大程度上取决于采动应力的分布与演化。利用BOTDR技术对区段煤柱内部变形进行监测可以精确获取区段煤柱内部的微观变形信息,对于煤柱留设尺寸确定、围岩控制及采空区压力评估等具有重要指导意义。

     

高静载条件下受频繁动力扰动时蛇纹岩动力学特性研究

基于改进的分离式霍普金森压杆（SHPB）岩石动静组合加载试验系统,进行了在不同静力轴压条件下受频繁动力扰动作用的动力学试验,研究蛇纹岩在高静载下受频繁冲击扰动过程中的动态变形特性、动态峰值应力和应变、能量变化规律和岩石破坏模式等动力学特性。研究结果表明：高静载条件下受频繁冲击扰动作用时,在动态峰值应力前,动态应力与应变呈正相关关系,而在动态峰值应力后,出现变形回弹和不回弹两种现象;随着动力扰动次数的增加,岩石动态峰值应力减小、动态峰值应变增大、动态变形模量减小、岩石由释放能量向吸收能量方向转化;随着预加静力轴压的增大,单次冲击过程中岩石损伤加剧,岩石破坏需要的扰动冲击次数减少,同时岩石由拉伸破坏模式向压剪破坏模式转变,破坏块度由小变大、均匀度降低。试验结果对揭示深部岩体承受高地应力和频繁开挖爆破等动力扰动作用下的破坏机制具有重要意义,同时为工程实际中通过调整围岩静应力状态和爆破以提高围岩长期稳定性的可行性提供了室内试验支持。     

桥梁挠度测试现状与展望

桥梁挠度测量是桥梁健康检测的重要组成部分,关系到桥梁在施工过程和运营中的安全,是桥梁安全性评价的一项重要指标。文中介绍了目前存在的一些挠度测试的方法,比较各种方法存在的优点、缺点。     

碾压混凝土重力坝全程综合仿真分析与安全评估

运用有限元方法对光照碾压混凝土重力坝进行施工期温度、渗流、应力应变的综合仿真分析,得出了温度场、渗流场及应力场的分布规律,在此基础上评价整个坝体与坝基系统稳定性的安全度,为坝体与坝基系统的温控、渗控和安全性评价提供参考依据。同时对光照碾压混凝土重力坝进行了不考虑温度、徐变、浇筑过程和蓄水过程的应力-应变和安全度计算,并对两种计算的结果进行了比较,结果表明：对碾压混凝土重力坝而言两者的位移相差最大,达70 mm;应力差别其次,达1.5 MPa;而整体稳定超载安全系数则没有本质区别。由于变形、应力和稳定安全系数在碾压混凝土重力坝设计中都是重要指标,所以综合仿真分析具有意义。     

低应力区岩石变形记忆效应形成机制及失忆性

地应力信息储存于开挖后的岩石中,变形率变化法(DRA)是基于岩石变形记忆效应测量地应力的方法,正确的机制是认识变形记忆效应与推广、改进DRA法的基础。传统推测的机制并不能解释低应力区存在变形记忆效应及失忆性等现象。首先进行火山沉积岩试样的物理试验,证明低应力区仍然存在变形记忆效应,记忆信息可同时采用侧向应变及轴向应变测量,两者精度一致。提出在低应力区,岩石变形记忆效应机制为微裂纹接触面及颗粒接触面的摩擦滑动。基于此机制,采用弹性元件、黏性元件和圣维南体构建相应的轴对称理论基本单元模型及多接触面理论模型。进行不同放置时间下的单轴循环压缩试验。结果表明,由轴对称理论模型可以得到低应力区岩石变形记忆效应、侧向DRA曲线与轴向DRA曲线准确度一致且在记忆信息处向上弯曲等、并对失忆性现象进行了初探。理论模型与物理试验结果一致,由此证明微裂纹接触面及颗粒接触面的摩擦滑动可以得到低应力区岩石变形记忆效应。同时,理论模型及物理试验结果为提高DRA法的测量准确度提供了依据。     

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。     

基于桩基静载试验的地基附加应力分布规律研究

在桩基静载试验中,荷载通过压重平台支墩支撑于地基,由千斤顶分级转移至试桩,堆置的荷载引起基准桩下地基内部产生附加应力,附加应力的增减引发地基土层的压缩、回弹变形,造成基准桩相对于试桩产生升降位移,对桩基静载试验产生影响。为研究地基变形对静载试验结果的影响程度,本文对压重平台下地基不同位置、不同深度的附加应力量值进行计算,对其分布规律进行分析研究。     

三峡工程二期围堰心墙高双墙方案有限元分析

本文用自编的三维非线性程序对三峡工程二期围堰高双墙方案的应力与变形进行了有限元分析。计算模型采用双曲线应力应变关系。本次计算成果给出了围堰和防渗墙各部位的应力与位移，指出了可能出现破坏的薄弱部位。     

管道穿越滑坡下静力学与数值模拟对比分析

以管道横穿一滑坡工程实例为背景,利用ANSYS有限元分析软件建立管道横穿滑坡的力学数值模拟模型,采用FLAC3D软件对管道受力变形进行模拟研究,并采用静力学解析计算的方法,对管道变形受力状态进行分析研究,获得了管道临界破坏时管道的应变及应力和滑坡位移等特征。两种分析方法结果基本一致,结果均表明：管道横穿滑坡时,管道两端最易发生破坏。滑坡体管道正中部位变形最大,两侧变形变小,挠度变形曲线表现为正态分布;管道两端应力最大,中部正弯两侧负弯,和两端固定简支梁承受均布荷载弯矩形态一致。在静力学分析的基础上进行数值模拟分析对管道地质灾害的预测预警更准确。     

深隧道围岩稳定性的数值模拟与模型试验研究

在大型真三轴模型试验机上进行隧道的超载试验,试验过程中采用内窥摄影实时监测试件的破坏演化全过程,确定了高应力条件下隧道的变形特征和裂纹演化特征;采用应变测量技术对隧道关键部位的应变值进行了测量,据此分析了围岩体的应力变化规律。针对相似材料的力学特性,建立了应变软化模型,采用与模型试验相同的边界条件进行了数值模拟分析,对围岩体的塑性应变变化过程和应力场进行了研究。结果表明,两种手段反映的破坏演化过程是基本吻合的,所反映的围岩体应力变化规律也是一致的。     

改进Koppejan蠕变模型及其应用

将基于固结试验建立的Koppejan蠕变模型应力-应变-时间关系改进为增量形式,并泛化到三维应力空间,建立了改进的Koppejan蠕变模型。基于ABAQUS软件对改进模型进行二次开发,采用上海软黏土的长期固结试验结果对模型进行验证,结果表明,Koppejan模型能较好地描述上海软黏土的蠕变特性,且改进Koppejan模型的计算精度比经典Koppejan模型高,两种模型应用于淤泥质粉质黏土的计算效果均比粉质黏土好。将改进Koppejan蠕变本构模型应用于某高速铁路桥梁桩基长期变形的三维有限元分析,与现场实测沉降的对比表明,改进Koppejan模型能较好地应用于实际工程的长期变形计算,且计算效果较好。     

荒沟蓄能电站地下厂房地应力状态与工程稳定性研究

为了解黑龙江荒沟抽水蓄能电站地下厂房区应力状态,在探洞内布置了4个地应力测点,利用空芯包体应力计进行地应力测量.测量结果表明:最大主应力近于水平,最大主应力量值为9.6 MPa,最大主应力方向为N78°W.根据实测结果对该区应力作用特征进行了分析,测量结果与现今区域构造应力场相吻合.在地应力实测和岩石力学性质试验基础上,对地下厂房周边应力状态进行了有限元分析,为地下厂房轴线的选择提出了建设性意见.     

砂浆-花岗岩界面动态轴向拉伸力学性能试验研究

骨料-砂浆界面过渡区的力学性能对混凝土宏观受力特性有很重要的影响。在MTS试验机上对40个砂浆-花岗岩交界面试件进行了动态轴向拉伸力学性能试验研究,分析不同应变率（10-6～10-2 s-1）、不同程度预静载（30%、50%、70%静载强度）以及往复荷载（1、5 Hz）对交界面动态轴向拉伸力学性能的影响,并对其动态破坏机制进行了初探。研究结果表明：①交界面动抗拉强度随应变率增加有明显增加趋势;②较小预静载（不超过50%）不仅没有使动抗拉强度降低,反而有可能提高动抗拉强度,较大的预静载对损伤弱化效应起主导作用,从而使动抗拉强度降低;③往复荷载作用下会出现明显的低周疲劳损伤,而且残余变形随往复荷载的频率增加而减小;④不同应变率下的交界面应力-应变曲线上升段类似,约50%强度后呈现非线性变化,但非线性程度随应变率增加趋向不明显。另外,尝试性地进行了交界面试件轴向拉伸应力-应变全曲线的试验,得到了稳定断裂的全过程曲线。     

吸力式沉箱底部土体循环特性及其等效循环蠕变模型研究

吸力式沉箱基础作为张力腿平台(TLP)的锚固基础,其底部土体不仅存在轴向卸荷作用,而且还存在循环荷载作用。现有研究很少涉及在卸荷条件下进行的软黏土循环累积变形研究。因此,通过循环三轴试验研究了轴向卸荷条件下软黏土的应变累积变形及应变软化特性。试验结果表明:在低静偏应力以及动偏应力条件下,土体应变累积及软化程度较低;随着动偏应力增加,循环累积变形逐渐变大且前期发展较快后期趋于稳定,同时应变软化程度逐渐增大;土体循环累积变形随动偏应力提高而增大,其循环累积应变曲线呈衰减-稳定的蠕变特性。在试验基础上,提出与静偏应力和动偏应力有关的软化系数公式。构建了考虑软化系数与静偏应力、动偏应力等条件下软黏土等效循环蠕变模型。将该模型推广至三维,并开发了有限元子程序。建立了循环荷载作用下吸力式沉箱基础循环抗拔承载力有限元分析法,将其用于吸力式沉箱基础循环累积变形分析中,并与沉箱模型循环试验结果进行了对比验证。     

三向应力状态下大理岩压缩变形试验研究

本文着重讨论大理岩在三向应力状态下压缩变形特性试验研究.探讨了不同的加荷路径对应力-应变关系、强度及破坏机制等的影响.进行了恒侧压、反复加压、等比加压、应力常量,卸荷等试验研究,此外还进行了无侧向应变及静水压等试验.该试验采用了我所自制的 CBS-2型数字显示位移测量仪进行测量,探头直接固定在高压筒体内岩样上下垫块之间,可以测出岩样破裂后的变形,克服了过去采用电阻片量程不够的问题.     

PCC桩低应变检测中的三维效应

分析了低应变检测对PCC大直径薄壁混凝土管桩的适用性。对低应变中受瞬间冲击荷载作用的完整和缺陷PCC桩的动力响应进行了一维及三维有限元模拟,详细研究了PCC桩低应变检测中的三维效应。研究结果表明：除了一维应力波理论中的纵向振动外,PCC桩顶所测的动力响应中还包含弯曲振动以及波在桩顶表面传播和内外边界上的反射的影响。在研究结果的基础上,对PCC桩低应变检测试验中激振点和测点的最佳位置和如何合理分析试验结果给出了建议。     

鲁西南某2300MW坑口电厂桩基原位试验研究

鲁西南某2300MW坑口电厂地基位于黄河冲积地层中,工程地质性质较差,地基强度不能满足电厂重要建(构)筑物的要求。根据现场的工程地质条件,施工中采用预应力高强混凝土管桩(PHC桩)进行地基处理。本文以鲁西南某2300MW坑口电厂桩基检测工程为实例,首先采用低应变法对桩身质量进行了检测,然后采用高应变试验和静载试验2种方法确定了单桩竖向极限承载力,并对这2种方法的优点、缺点和影响因素进行了分析和对比。得出结论:(1)采用高应变CAPWAP法拟合后的试验结果与单桩竖向静载荷试验结果基本吻合,通过选取合适的桩、土参数模型使高应变试验的结果准确可靠,是切实可行的。(2)在现场条件不允许开展静载试验时,高应变试验可作为静载试验的补充手段对桩基进行检测。(3)当能够获得可靠的高应变试验结果(与静载试验基本吻合)时,可以通过严谨计算对规范法设计方案进行一定程度的调整,以节约成本,但要慎重对待。     

南海钙质砂蠕变-应力-时间四参数数学模型

钙质砂是一种海洋生物沉积形成的具有特殊结构和力学性质的岩土材料,是我国南海岛礁吹填工程的物源材料。为进一步了解其蠕变特性,本文采用三轴流变仪对取自中国南海某岛礁的钙质砂进行不同围压条件下的长期蠕变试验研究。试验结果表明,在小于其破坏强度的恒定应力作用下,饱和钙质砂发生衰减蠕变,随时间增加,变形不断增加,但变形速率不断减小,直至变形稳定,所受应力越大则达到变形稳定所需时间越长,且蠕变变形量与所受偏应力正相关、与有效围压反相关。应力-应变与应变-时间均为非线性关系,试验研究发现,可采用幂函数对钙质砂蠕变应变-时间进行数学描述,基于试验结果,本文提出了一种蠕变应变与时间、偏应力和有效围压相关的四参数新的蠕变模型,可以对钙质砂的蠕变过程进行较好的数学描述;与经典的Mesri蠕变模型相比,所提出的数学蠕变模型不需要开展常规三轴压缩试验确定破坏时的峰值偏应力,减少了试验工作,具有一定的优势。