数字图像测量技术及在隧道室内模型试验中的应用

首先按照数字图像技术分析基本原理差异,对数字图像相关（DIC）、粒子图像测速（PIV）等二维数字图像测量方法在隧道模型试验中的应用现状、技术发展以及基本原理进行梳理。进一步,对三维测量方法的原理及在隧道模型试验中的应用潜力进行分析。最后,通过黄土地层盾构隧道的掘进模拟试验,对数字图像测量技术在隧道模型试验中的应用进行示范。结果表明：DIC、数字照相变形量测（DPDM）等非接触测量方法以照片上点的相关性判断各点的位移,使用场景更偏向于室内试验道路、桥梁、隧道、基础、河坝、钢结构、钢混结构等土建结构的变形监测中;而PIV分析可测量流体中流动的大小和方向,被广泛运用于浆液、泥石流、喷泉等流体运动的研究中。此外,基于黄土地层盾构隧道室内模型试验方案发现,低含水率黄土地层盾构掘进8环管片距离时,围岩的扰动范围为盾构掘进中轴线两侧1 D（管片外径）左右和盾构上方1 D范围内。     

盾构隧道管片接缝密封垫防水耐久性试验研究

为研究盾构管片接缝橡胶密封垫的防水耐久性,开展了橡胶密封垫水热加速老化试验,并对老化后试样进行拉伸力学性能试验、试样表面电镜扫描与长期防水性能试验,分析了橡胶垫表面微观尺度下的防水失效机理;采用橡胶密封垫极限防水压力为耐久性评价指标,结合基于Arrhenius方程的p-T-t数学模型,推导了橡胶密封垫长期防水性能折减系数的预测公式。结果表明：老化后橡胶密封垫表面接触状况的恶化和橡胶材料的硬化,加速了橡胶密封垫接触面间渗漏通道的形成;橡胶密封垫防水性能随着老化时间的增加不断降低,但下降速度逐渐减小。采用提出的防水性能预测公式对广东榕江-关埠引水工程盾构隧洞实际使用的橡胶密封垫的耐久性进行了预测,预测服役100 a后的老化系数为0.390,结果相对于仅考虑橡胶材料力学性能时的预测结果偏小12.36%,对原设计使用期内频繁出现的渗漏现象提供了合理解释与更准确的寿命预测。     

基于电阻率层析扫描的水下抛石体内部空洞探测

为提高水下抛石体的识别精度,构建了预留有内部空洞的抛石体物理模型与电阻率层析扫描模型研究电阻率层析扫描技术在水下抛石体内部空洞探测中的成像效果,并与传统克里金插值法效果进行了对比。结果表明:电阻率层析扫描可以有效识别水下抛石体中的空洞,并且在刺激源数量为6时电阻率层析扫描模型模拟精度达到较高值;电阻率层析扫描技术在通道纵剖面上的识别能力要远高于传统克里金插值法;将数值模拟结果中电导率大于300.μS/cm的区域视为空洞区,整体反演结果略大于真实值,在 x、y、z 3个方向上的偏差分别为2.73、1.75、6.95.cm;基于反演结果对电阻率层析扫描模型进行正演,正演结果与实测数据的拟合度超过0.95,证明了电阻率层析扫描模型反演的准确性。     

干密度及细颗粒含量对滑坡坝溃决影响的试验研究

为研究坝体物质组成对滑坡堰塞坝溃决过程的影响,本文针对不同干密度、细颗粒含量,配制8组不同的坝体材料,开展人工堰塞坝的水槽模型试验,分析模型试验中不同坝体材料的浸润线发展过程、纵向侵蚀过程及溃决破坏特征。结果表明：(1)堰塞坝浸润线发展速率随着干密度减小而增大,随着细颗粒含量减小而增大。(2)干密度较小的坝体其溃决历时明显小于干密度较大的坝体,并且干密度较小的坝体其侵蚀速度明显大于干密度较大的坝体;细颗粒含量较大的坝体侵蚀速度慢,溃决达到稳定时的时间更长。(3)随着干密度减小,堰塞坝抗侵蚀能力减弱,易形成冲沟,冲沟两侧壁越早形成悬空面,溃口处易失稳坍塌,溃决持续时间越短;细颗粒含量越大,砂土堰塞坝面抗侵蚀能力越弱,越易形成冲沟,溃口处易多次失稳坍塌,溃决持续时间越长。研究成果不仅深化对堰塞坝灾害的认识,还为进一步揭示外界诱发因素与堰塞坝的内在响应机制提供依据。     

飞机主动式余度作动舵面铰链力矩飞行测量方法

现代飞机舵面大多采用主动式余度作动系统。这种系统固有的力纷争现象,导致传统的基于原位载荷校准试验的飞机结构载荷测量方法,不再适用于现代飞机操纵舵面铰链力矩飞行测量。提出了一种基于离位载荷校准试验和原位载荷验证试验的飞机舵面铰链力矩测量方法,建立了相应的载荷测量模型,分析确定了铰链力矩测量精准度的影响因素,给出了可能引起的系统误差的验证和修正方法,形成了主动式余度作动舵面铰链力矩飞行测量流程。通过多型飞机舵面铰链力矩测量试飞,验证了该方法的可行性和有效性;提高了飞机舵面铰链力矩测量的精准度,为飞机舵面设计载荷验证与优化提供了可靠的实测载荷;得到了飞机舵面各作动机构的载荷分配,实现了飞机舵面作动系统力纷争的飞行监测,确保了飞行安全。     

泥岩地基及嵌岩灌注桩的承载特性试验

红土崖组(KwH)泥岩是一种分布于青岛地区的白垩系王氏群泥岩,是一种非典型的黏土岩,其透水性弱,具有一定的膨胀特性。为研究泥岩的物理力学性质、变形特性及嵌入泥岩中灌注桩的承载特性,以红土崖组(KwH)泥岩为试验对象,在青岛某地区开展了泥岩常规物理力学试验、泥岩地基及泥岩地基中嵌岩灌注桩的静载荷试验。试验结果表明,红土崖组(KwH)泥岩含砂,吸水膨胀率较小,是一种非膨胀性岩;全风化及强风化泥岩地基的P-s曲线基本呈缓变型;而中风化泥岩地基在破坏时发生了压裂及隆起,P-s曲线呈陡降型,而且变异性较大。该场地泥岩地基中灌注桩分别加载至10800 kN、12960 kN,试桩均未发生破坏,嵌岩灌注桩的桩侧摩阻力和桩端阻力均未充分发挥;中风化泥岩的承载力较高,可作为桩基理想的持力层;泥岩具有初始损伤特性,且随着应力水平的提高其损伤逐渐加剧。研究成果对青岛地区泥岩地基中的工程建设具有参考价值。     

无砟轨道W1型弹条疲劳性能的试验研究

高速铁路弹条在实际工作中会承受反复多变的载荷作用,随着时间累积,弹条会发生疲劳断裂。为研究高速铁路弹条(W1型弹条)在载荷作用下的疲劳性能和疲劳寿命,将W1型弹条放置于MTS810伺服液压试验机上进行载荷分别为(25±7.5) kN、(25±10) kN、(25±12.5) kN 3种试验方案的疲劳试验,首先通过疲劳试验数据计算弹条的疲劳可靠度寿命和疲劳寿命,绘制W1型弹条在不同可靠度下的载荷与疲劳寿命(lgF_a-lgN)直线并对其进行线性拟合,根据不同可靠度的要求,可以计算和预测W1型弹条在3种试验方案下的疲劳寿命,然后对弹条断口进行电镜扫描分析,得出弹条断裂类型为韧性断裂。     

水平井分段压裂各段产能评价技术研究进展

为了更好掌握水平井分段压裂后各层段产能贡献情况,本文分析水平井分段压裂各段产能评价存在的问题,系统梳理现有的3种水平井分段压裂各段产能评价技术,并提出该技术未来的重点攻关方向。结论认为：①水平井分段压裂产能评价主要存在测试仪器输送困难和测试资料解释困难;②产出剖面测井技术的测试仪器因井身结构和井况使其适用性受限制,分布式光纤监测技术可实时连续监测压裂动态,但数据解释仍是最大的难题;示踪剂监测技术选取合适的示踪剂可弥补上述2种技术的不足;③下一步攻关方向应着重于各技术的测试工艺和数据解释。通过对水平井分段压裂各段产能评价技术综合剖析,可对现场测试提供技术参考和后续技术发展提供新视角。     

电石渣-高炉矿渣胶凝材料碳化后力学性质与微观特性

为研究典型工业固废胶凝材料碳化后性质变化,本文选用电石渣和高炉矿渣作为原材料,选定碳化时间和电石渣-高炉矿渣掺量比作为影响因素开展正交试验,并设置普通养护的对照组,开展了无侧限抗压强度、应力-应变曲线分析、X射线衍射、扫描电子显微镜试验。结果表明：碳化时间的延长和掺量比的降低均对试样的无侧限抗压强度提升有显著影响,掺量比的影响程度大于碳化时间;且能使应力-应变曲线的峰值应变产生右移的趋势,试样脆性明显提升。未碳化时试样中的主要产物为C-S-H,碳化后为CaCO3,可以有效填充试样中的孔隙,宏观上表现为无侧限抗压强度的提升。建议材料的碳化时间和掺量比可根据实际情况需要,分别控制在2~4 d的区间内和3:2。     

基于K近邻算法的钢筋混凝土柱地震破坏模式判别方法

钢筋混凝土（RC）柱在地震力的作用下会发生不同的破坏模式,不同的破坏模式会有不同的损伤特点。所以,有必要针对不同地震破坏模式提出有效的判别方法。首先基于SMOTE算法使数据样本达到均衡,其次根据ENN算法,筛选了判别弯曲破坏和非弯曲破坏、弯剪破坏和剪切破坏的最佳参数;再次通过TomekLinks算法合理剔除噪音样本重构均衡数据,最后基于kNN算法建立了两阶段kNN模型,达到了准确判别RC柱地震破坏模式的目的,并通过与传统kNN模型、传统经验方法进行对比分析,验证了模型的优异性。研究结果表明：该方法通过选取筛选最佳参数,在提高判别准确率的同时简化了传统机器学习判别模型;本模型提出的两阶段kNN模型对三种破坏模式的判别准确率均可达90%以上,比传统kNN模型高10%左右,比传统经验判别方法高20%左右。