Analysis of simple shear tests with cell pressure confinement

The high cost of offshore infrastructure provides continuous encouragement for optimisation of design practices. Development of a more rational method to interpret results from simple shear tests with cell pressure confinement can reduce costs and improve reliability of offshore infrastructure. This paper addresses a commonly overlooked issue affecting design parameter selection: specimen shape varies from right cylinder to oblique cylinder after loading along a single shearing direction. Thus, horizontal stresses are not always equal to the cell pressure and their magnitude varies throughout the specimen’s lateral surface. An analysis is proposed that accounts for changing specimen geometry and lateral surface area during shearing and for the actual effect of cell pressure during testing. The analysis also describes how the intermediate principal stress can be assessed. Test results for medium dense silica sand are interpreted following de Josselin de Jong’s alternative shearing mechanism hypothesis. Conventional interpretation methods yield conservative design parameters for this soil. Failure states develop when the intermediate principal effective stress is halfway between major and minor principal effective stresses. Typical results for the soil tested show equipment performance meets standard direct simple shear requirements for shear strain rate, vertical stress and specimen height control.     

RZB钻孔应变仪量程扩展的研究

为使RZB型钻孔应变仪在千米深井水压的作用下能够正常工作,设计了以陶瓷马达为核心、RS485总线为基础的远程控制机构,用以补偿传感元件的初始位移,从而实现RZB型钻孔应变仪量程的扩展,并在实验室开展了10 MPa水压的模拟实验。结果显示,装有量程扩展系统的传感器在5 MPa处超量程,经量程调节后,在10 MPa处仍能正常工作。     

考虑挤土效应时楔形桩纵向振动阻抗研究

基于复刚度传递多圈层平面应变模型,研究考虑桩周土挤土效应时成层地基中楔形桩的纵向振动问题。首先根据桩周土体的纵向成层情况并考虑楔形桩的变截面特性,将桩土系统沿纵向划分为有限个微元段,对每个微元段的桩周土体建立复刚度传递多圈层平面应变模型,并通过剪切复刚度递推方法求得桩周土作用在桩身的剪切复刚度;然后将求得的剪切复刚度代入桩身纵向振动控制方程,运用Laplace变换技术和阻抗函数递推方法,推导得到考虑桩周土挤土效应时成层地基中楔形桩纵向振动时桩顶复阻抗的解析解;最后,采用参数研究方法在低频范围内分析挤土效应对桩顶复阻抗的影响及其规律。     

基于孔壁应变发展规律的压裂孔三阶段起裂特征试验研究

利用自行研制的煤岩体水力压裂试验系统,开展了配比型煤与原煤水力压裂试验,测试并分析了水力压裂过程中压裂孔孔壁应变-水压曲线,并基于孔壁应变的发展规律,分析了压裂孔的三阶段起裂特征。结果表明,在压裂孔起裂过程中,钻孔孔壁呈现拉伸与压缩应变两种类型,并呈现拉伸破裂区与压缩变形区,其中压缩型应变具有较好的可恢复性,其应变恢复比远大于拉伸型应变;钻孔起裂过程分为3个阶段,即水气作用诱导微损伤形成阶段,孔壁内形成气流通道并产生初始损伤;局部损伤带形成阶段,孔壁形成拉伸破裂区和压缩变形区;试件失稳破坏阶段,裂缝不断延伸直至试件破裂,拉伸破裂区依然保持拉伸变形并较好地保持残余变形,而压缩变形区则由于作用力转向而得到一定程度恢复。研究成果对于揭示钻孔起裂行为及能量的演化规律具有重要理论意义。     

土体直剪力学特性颗粒尺度效应理论与试验研究

土体是一种颗粒物质,其强度与变形特性具有显著的颗粒尺度效应。根据土体颗粒间的连结性状和微重比,将土颗粒划分为基体颗粒与加强颗粒。构建了反映土体内部材料信息和颗粒特征信息的土体胞元,基于应变梯度理论建立可以描述土体颗粒尺度效应的土体胞元模型。设计一系列饱和重塑土的直接快剪试验以研究土体直剪力学特性的颗粒尺度效应,并定量计算了土体胞元模型的应变梯度和內禀尺度等微细观计算参数。试验结果表明,土体的剪切屈服应力随加强颗粒体积比和平均应变梯度的增加而增加,且与加强颗粒体积比呈近似线性关系,与平均应变梯度呈抛物线关系;加强颗粒粒径对土体的剪切屈服应力影响不明显。土体剪切屈服应力的试验结果与土体胞元模型的预测结果一致。     

软土地基上影响预应力钢筒混凝土管相对转角关键因素研究

预应力钢筒混凝土输水管线(PCCP)已广泛应用于地下输水工程,特别是南水北调工程。管道接口属于半刚性结构,相邻管道可产生一定的自由转角,在自由转角范围内两管之间不会产生内力。当相对转角大于自由转角时,两管会产生相互作用力,作用力过大会导致PCCP管的破坏,如何有效地控制不均匀软土地基上相邻管道转角成为研究管道安全的关键问题之一。首先分析了导致PCCP管线产生相对转角的机制,结合现场试验和数值分析对控制PCCP管线相对转角的关键因素进行研究。研究表明,相对转角的敏感因素为管道底部碎石垫层厚度、腰部以下砂垫层（砂包角）厚度和压实度,随着碎石垫层厚度增大、砂垫层（砂包角）厚度和压实度增加,管线相对转角降低,通过控制这3个因素可有效控制PCCP管的相对转角。研究成果可为软土地基上PCCP输水工程设计提供依据和指导。     

新型卧式土工平面应变仪研制

平面应变仪是一种开发较早但至今尚不完善的一种土工试验仪器,随着国家基础设施建设的发展,平面应变试验及试验方法在许多领域得以应用,显示出了平面应变试验在工程设计和研究中的重要性。通过回顾国内外平面应变仪的发展,提出了开发一种新型的土工平面应变三轴仪的思路,以实现更科学、更精确地进行复杂应力加载条件下土平面应变试验的研究。以此为目的,从压力室结构、加载系统及控制量测系统等方面提出了相应的改善措施,开发了一种新型的土工平面三轴仪。并通过重塑黄土的平面应变试验及改进的真三轴仪平面应变试验对比、以及平面应变试验强度参数与常规三轴试验强度参数对比分析,验证了所研制的新型卧式土工平面应变仪的合理性和研制思路的正确性。最后,通过对该平面应变仪应变试验的黄土破坏特性与改进真三轴平面应变试验的黄土破坏特征的对比分析,验证了本文所开发的平面应变仪在描述土体应变局部化问题的合理性。     

PTC管桩复合地基应力扩散效应研究

预应力混凝土薄壁（PTC）管桩复合地基作为常见的基础型式在软土地区具有良好的实用价值和应用前景。在实际工程中,复合地基下卧层附加应力的确定一直是重点和难点,因此对PTC管桩复合地基应力扩散效应的研究具有十分重要的意义。针对天津软土地区进行了3组不同垫层厚度的复合地基现场静载试验,基于现场试验建立并验证了数值模拟方法,对比研究了该型式复合地基的承载特性;通过已建立的数值模拟方法研究了不同工况下PTC管桩复合地基的应力扩散现象,结合复合地基应力扩散理论确定了扩散角的取值范围,分析了土质、加固深度和外荷载对扩散角的影响规律。计算结果可为工程设计提供依据。     

在CorelDRAW平台上进行Fry法有限应变测量的新技术

有限应变测量是韧性变形定量估算的主要手段。Fry法有限应变测量以变形颗粒,如变形砾石、鲕粒、近等轴矿物等为应变标志体,地质实践中较容易获得,是岩石有限应变测量的最普遍手段。其传统测量过程极为繁琐,难以满足大范围应变测量的要求,数据精度也较低,限制了Fry法的应用。前人曾根据Fry法原理设计了计算机程序,但其程序相关编程语言如今已基本不能使用。本研究基于目前地质上较普遍使用的制图软件CorelDRAW平台的VBA编程,设计出一个基于CorelDRAW平台的Fry法应变测量宏程序FRY-1。在新图层上将所有变形颗粒的中心点标出后,运行FRY-1宏程序即可快速得到精确的Fry图解,并计算出相对精确的R值。通过实例与“最邻近心对心法”的测量结果进行的对比,证明该方法简便易操作,并可大幅提高有限应变测量的效率和有效减小误差。     

A study on low strain integrity testing of platform-pile system using staggered grid finite difference method

To study the three-dimensional characteristics of wave propagation in platform-pile system, a three-dimensional computation model for transient vibration of platform-pile-soil system is established. Based on initial and boundary conditions, the numerical solution of this model is obtained. A MATLAB program is compiled through using staggered grid finite difference method. The dynamic response of the integrate pile in platform-pile-soil system is got under vertical impact force, and the reliability and feasibility of the numerical simulation are corroborated by comparing calculation result with measured data of low strain integrity testing of platform-pile system. The optimal sensor location at platform top is studied. The results show the position distancing the pile center 0.5R~0.6R (R is pile radius) is the optimal sensor location, which the line between sensor location and pile center parallels the short side. It plays a certain role in reducing three-dimensional interference through increasing shear wave velocity of surrounding soil and appropriately increasing the ratio of characteristic wavelength to pile radius. In addition, contact area has less influence on low strain integrity testing of platform-pile system.