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。     

一种适用于室内模型试验的循环加载装置研制及试验研究

设计了一套适用于室内模型试验的循环加载装置,该装置主要由水平滑动系统、动力系统以及反力架系统组成,具有稳定可靠,制造加工成本低廉,且荷载幅值和频率可调节等优点。将装置输出的实测荷载与理论值进行对比,并利用该装置对海洋风机单桩式基础进行循环荷载试验研究,结果表明:实测荷载与理论值之间的拟合相似程度为91.3%,输出荷载稳定可靠;淤泥质软土地基中单桩式基础的位移在循环加载初期增长很快之后逐渐趋于稳定,桩后土体与桩分离形成间隙,桩前及桩侧土体出现径向裂纹;桩身弯矩会随着加载次数的增加而呈现累积增加的趋势,最后逐渐趋于稳定,桩身最大弯矩出现在土表下4D~5D(D为桩径)。基于以上结果表明,该循环加载装置设计合理、能够提供稳定可靠的荷载,且能满足模型试验的要求。     

深基坑中压力型预应力锚杆柔性支护结构的离心模型试验研究

预应力锚杆柔性支护技术在软岩基坑中具有安全可靠、工期短、造价低的优点,已广泛的应用于工程实际中。针对压力型预应力锚杆在城市基坑项目中具有可拔除、节省土地资源的优势,结合大连胜利广场深基坑项目,研发了压力型预应力锚杆深基坑离心模型的制作方法,开展了应用压力型锚杆的预应力锚杆柔性支护技术作用于深基坑的离心模型试验,并采用FLAC程度建立了数值模型进行了对比验证,对基坑的变形、水平土压力、锚杆形式对锚杆预应力设计值的影响及其对滑移带的影响进行了研究。试验结果表明,不同的自由段长度导致压力型锚杆比拉力型锚杆要求具有更大的预应力设计值;压力型预应力锚杆离心模型与拉力型锚杆的FLAC数值模型都得到位置类似的直线型滑移带,二者进行了相互验证并说明压力型锚杆与拉力型锚杆这两种锚杆受力形式上的不同并没有对基坑的破坏机理造成影响。     

微型FBG土压力传感器的优化设计及其模型试验应用研究

本文针对地质力学模型试验,特别是针对含水地质结构的模型试验中土压力测量的不足,利用光纤光栅体积小、易封装、防水抗腐蚀、防电磁干扰等特点,基于短栅距光纤布拉光栅(Fiber Bragg Grating, FBG)设计了适用于地质力学模型试验的微型FBG土压力传感器。采用有限元力学仿真对传感器的膜片尺寸、传感器厚径比进行优化,得到传感器在0~1MPa土压力测量范围内,直径20mm、高度为0.2mm的圆平膜片灵敏度高且不易造成FBG光谱畸变,厚径比为0.16(H:4mm/D:25mm)的传感器测量结果更可靠且对被测岩土介质影响较小。标定试验表明,传感器在0~1MPa压力范围内具有很好的重复性与一致性。将该传感器应用于海底隧道模型试验,监测隧道开挖过程的围岩应力释放规律,该传感器很好地监测了隧道从迅速失稳到逐渐稳定的变化过程,从而证明了设计的微型FBG应用于模型试验的可行性。     

畸变补偿法在滑坡模型试验中的应用可行性探索

传统的滑坡模型试验必须进行大规模的相似材料配比试验研究,要花费大量的人力物力,工作量是惊人的,并且常常伴随着由于介质性质难以控制或模拟所必然产生的畸变,这种畸变用传统的方法难以考虑,却在很大程度上影响了试验的精度。以调整滑坡物理模型渗透系数为例,探索了模型畸变补偿的方法,为采用与原型相同的材料开展滑坡物理模型试验提供了一种新的思路。该方法在滑坡物理模型试验中具有良好的应用前景。     

卸压加载方法在测量冲击能量指数中的应用

为了测定煤岩试样的冲击能量指数K_E,在没有电液伺服试验机和刚性试验机的条件下,开发了卸压加载方法并利用该方法设计了一套实验装置。利用该实验装置对通化矿务局煤矿现场所取煤样进行冲击能量指数K_E的测定,得出了一定的数据并绘制出应力-应变全程曲线,验证了卸压加载方法的可行性。结合其他方法测出的弹性能量指数、动态破坏时间及单轴抗压强度,可以判断相关矿井能否发生冲击地压灾害。     

论异常地层压力在构造研究中的意义

本文将异常地层压力、压力系数及平衡深度等概念和构造研究联系起来,着重探讨压力系数在构造发育中的重要意义。     

地震压力系数预测在深层天然气勘探中的应用

地层孔隙压力是油气层能量的反映,是油气在储层流动的动力,准确预测地层压力对油气勘探开发尤其是深层天然气有着十分重要的意义.针对歧口凹陷异常超压发育普遍,但空间分布规律井网无法预测的问题,利用地震资料结合测井、地质信息进行压力系数预测,主要分为3个步骤:①从多井泥岩段测井曲线出发,利用多项式拟合出正常压实层速度;②结合本地区地质认识建立地质框架并进行井约束地震反演,获取准确层速度体;③利用衍生Fillippone法计算地层的压力系数.歧北斜坡的滚动勘探证实,压力系数预测结果具有误差小、准确度高的特点,为深层天然气勘探提供有力依据.     

三向FBG应变传感器及在隧道开挖模型试验中的应用研究

基于模型相似材料,研制了适用于模型试验的三向FBG(fiber Bragg grating,光纤光栅)应变传感器,克服了传统的光纤应变传感器力学干扰大等缺点,且简化了力学传递过程。采用有限元方法重点分析了胶体弹性模量对传感器力学传递特性的影响,试验中选择了弹性模量为300MPa的胶体,其应变传递系数为0.662,传感器的灵敏度为0.794pm -1。将该FBG应变传感器用于隧道开挖模型试验中,分别研究支护台阶法开挖、支护全断面开挖及无支护全断面开挖方式下的围岩应变分布状况。传感器监测结果表明,支护台阶法开挖围岩的稳定性较好。该试验为研究隧道不同开挖方式与支护方式提供了可靠的数据支撑。     

边坡物理模型倾斜加载方式的研究

模型试验是研究边坡失稳机制的重要技术手段,通过倾斜模型获得滑坡的变形破坏过程也是常用的试验方法。作为一种试验加载方法,倾斜加载方式的可控性、倾斜过程中应力场的相似性都是影响该方法应用的关键性问题。为了研究试验方法的可控性,以块状滑体为例,分析计算了模型倾斜和离心加载两种试验方法对滑块抗滑安全系数的影响过程,结果表明,倾斜加载方法可以随着倾斜角度的增加连续地降低滑块的抗滑安全系数,而离心加载方式仅在1g～10g范围内对滑块的抗滑安全系数产生显著影响。为了比较模型倾斜前后模型内部应力场的相似性,建立了物理模型的数值计算模型,模拟不同倾斜角条件下坡体内的应力场。计算结果表明,模型倾斜过程中,坡体中部应力状态保持稳定,倾斜角较大时,坡体的前缘滑带位置应力状态变化较大,前缘进入塑性变形的可能性增大,局部应力场变化有利于模拟水库型滑坡的破坏机制。为了验证倾斜模型模拟滑坡破坏过程的应用效果,以千将坪滑坡为原型,采用倾斜加载方式进行破坏模型试验,获得了滑坡的破坏过程。与非连续变形分析方法(DDA)模拟的结果相比,模型试验得到的破坏形态更接近实际滑坡。     

黏性土中钻孔灌注桩自平衡转换系数取值研究

自平衡检测法在桩基检测中有效解决了传统静载法面临的许多问题,已得到广泛地推广和运用,其中自平衡法承载力计算中转换系数γ的取值是关键性问题之一。针对我国桥梁工程地基土质普遍存在黏性土的情况,依托台州湾项目工程,对黏性土中自平衡承载力测试法中的转换系数的取值进行了原位试验研究。选取3根钻孔灌注桩,桩径为1.5 m、桩长83.5 m,在原桩上先后进行自平衡法和堆载法试验,在桩身土层交界处布设钢筋计得到相应的桩侧摩阻力,将每根桩的上段桩在同一土层处自平衡法测的极限侧摩阻力值与堆载法测的极限侧摩阻力值进行对比,得到了各层土自平衡转换系数值,在该基础上收集了相似工程2根桩检测数据进行分析,结果表明在黏性土中钻孔灌注桩自平衡法与堆载法测得的上段桩极限摩阻力之比为0.7～0.8。     

基于柔性承载板载荷试验的土抗剪强度参数反演研究

传统的刚性承载板载荷试验(PLT)主要确定地基的承载力,不能用来反演土的抗剪强度参数c、 。通过刚性承载板下加装气囊,研制出一种适用于载荷试验的柔性承载板,两个电感式位移传感器分别布置于板内边缘处,用于测量该处气囊厚度变化量 。用柔性承载板开展载荷试验时板底压力P均匀分布,同时在柔性承载板一侧采用柔性水压板施加恒定的均匀地表荷载,根据两条 曲线变化规律得出2个临塑荷载,将临塑荷载与地表荷载值代入理论公式反演出c、 。分别采用黏性土和干砂开展室内载荷试验,证明了该反演方法的可行性,通过分析认为该反演方法具有适用性和先进性。     

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。     

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。     

砂性土中自平衡试验转换系数取值研究

自平衡法测试基桩抗压承载力时转换系数取值的合理性直接影响到检测结论的准确性。为确定砂性土中转换系数?的准确性,选取3个工程,主要土层均为砂性土,同一场地均进行了自平衡法和传统静载试验。每个工程中选取自平衡检测的基桩与传统静载的基桩为对比组,其地质条件、施工工艺、桩的几何尺寸、桩顶和桩底高相近或一致,以传统静载法测得结果为基准,采用Matlab编程对自平衡法测得等效荷载-位移曲线进行拟合,得出与传统静载法结果拟合度最佳的? 取值。将? 的拟合值和? = 0.6、0.7和? 原工程取值分别得到的等效位移荷载曲线与传统静载试验结果进行对比。结果表明,（1）3个工程中所得转换系数γ拟合值取值范围在0.42～0.71之间,与原工程中采用的γ值相比均偏小;（2）? 取值对等效受压桩上段桩总摩阻力和弹性压缩量的影响很大;（3）采用转换系数γ拟合值计算的等效转换曲线与原工程中采用的? 值相比更接近传统静载法所得结果,表明3个工程中? 的取值均过大,导致所测极限承载力过于保守;（4）砂性土中自平衡转换系数建议取值为0.6～0.7左右。     

原位贯入装置标定罐模型试验研究与发展

为明确标定罐模型试验在室内模拟原位测试技术领域中的研究现状,根据国内外大量文献中相关标定罐模型试验的报道,对现今世界上已有的大型标定罐进行了总结,并对比分析了各个标定罐的优缺点以及标定罐的改进历程。介绍了国内外使用最为广泛的两种标定罐体系的相关研究内容,论述了影响标定罐模型试验的相关参数以及影响因素,并归纳了标定罐试验的应用研究结果。分析结果表明,标定罐模型试验在原位测试技术的应用研究具有很好的应用前景,且集边界条件控制、应力状态控制、土样控制等各种特点于一身;通过标定罐试验进行相关的土体参数的推算与验算,与之相应的原位试验进行对比,分析了不同土层的现场经验公式,可为原位试验的评价与分析提供依据。但是,标定罐试验的相关研究还需进一步的加强与扩展,目前主要是砂质土的相关研究,对于黏性土和特殊土尚缺少相关研究;原位测试参数方面也应加强对侧摩阻力、孔隙水压力等相关参数的试验研究。     

循环荷载作用下软土的孔压模式和强度特征

通过循环三轴剪切试验,研究原状软土的变形和孔压发展规律。建议了一个循环荷载作用下孔隙水压力的发展模式。研究了不排水循环荷载作用下软土的动强度以及作用后饱和软土静强度的衰减特征,讨论了周围固结压力和荷载作用频率对动强度的影响。研究表明,在某一轴向应变条件下,循环次数随循环剪应力比的增加而迅速减小;随循环剪切应力比的增大,饱和软土的静强度有一定衰减。     

高压水及负压加载状态下三轴应力渗流试验装置的研制

针对目前相关的三轴渗流试验装置缺乏高压水及负压加载功能而不能对高压水及负压加载状态下煤样瓦斯渗流规律进行研究这一问题,研制出了煤样试件出口负压可调并可对其进行高压水加载的新型三轴应力渗流试验装置。该装置主要由三轴应力加载系统、气体渗透系统、水力压裂控制系统、气体流量测试系统、传感与控制系统5部分组成,能够进行高压水及负压载荷下的各种单轴与三轴渗流试验。研究表明,该装置能够模拟抽采钻孔负压状态下煤体内的瓦斯运移规律及考察高压水对煤体的压裂效果,在实验室能完成对煤体试样负压状态下的渗流规律研究以及试件采取水力压裂措施后的增透效果考察。