扁铲侧胀试验应力路径的三轴模拟分析

以分析靖江地区部分扁铲侧胀试验（DMT）的加载应力路径为基础,应用英国GDS公司生产的标准应力路径三轴试验系统对土体应力路径进行室内模拟试验研究,通过试验得到土体静止压力系数K0、水平基床系数Kh以及侧限垂直排水模量M,并与DMT试验结果进行对比分析。结果表明,这种由应力路径模拟获取的土体参数与扁铲试验由一般经验公式估算得到的结果具有一定的差异性,其中DMT与GDS室内试验模拟得到的静止侧压力系数以及侧限垂直排水模量差异性较大,水平基床系数的差异性相对较小。     

高地应力深埋隧道开挖扰动规律

以颗粒离散元理论为基础,建立不同应力场作用下的大尺度深埋隧道模型,从开挖过程中的能量转换规律、应力波传播衰减规律及应力重分布规律等角度研究构造应力场对双线硬岩隧道的影响。结果表明:隧道瞬时开挖后,围岩系统的应变能、动能及耗散能均存在三阶段演化规律。侧压力系数越大,围岩受到的扰动越剧烈;侧压力系数小于1时,拱顶、拱底由于处于应力松弛区,无扰动波产生;拱腰处于应力加载区,卸荷后期会产生同向的第二峰值扰动波;侧压力系数为1时,无明显扰动波产生;侧压力系数大于1时,扰动波产生位置为拱顶、拱底处,且扰动波的方向与卸载波相反;应力卸荷过程可以分为剧烈扰动、卸荷调整以及卸荷完成3个阶段。     

重塑黏土侧向应力变化的试验研究

文章通过室内试验,对重塑黏土在不同含水量、不同排水条件和不同加载过程中的侧向应力情况进行了系统研究,分析了影响侧应力系数变化的条件,揭示了重塑黏土侧应力系数的变化规律。试验结果表明:加载情况下,侧应力系数的变化过程与孔隙压力增量的变化过程一致;土体在固结完成时,侧应力系数与饱和度呈正比例线性关系。     

下穿黄河盾构隧道管片衬砌结构受力特征模型试验

针对兰州地铁穿河段盾构隧道穿越强透水砂卵石地层和承受较高外水压的特点,首先研制了外水压加载装置,该装置在衬砌模型内部创造了一个封闭的负压环境,通过控制模型内外气压差来实现外水压的等效加载,同时结合隧道-地层复合模拟试验系统开展了几何相似比为1∶10的室内模型加载试验,实现了土压和水压的分别控制加载.研究了水压、土压、土体侧压力系数及拼装方式对管片受力特征的影响.研究结果表明,随着水压的增大,管片轴力明显提高,弯矩略有减小,偏心距则明显降低;随着隧道上覆土压的增大,管片衬砌结构的轴力、弯矩、偏心距均呈增大趋势,但总体上量值变化较小;在水压一定时,覆土厚度的增加对管片弯矩的影响越来越大,而轴力变化速率均比较稳定;正常水压条件下,随着土体侧压力系数的增大,管片衬砌结构的轴力增大,弯矩减小,偏心距减小,随着水压的增大,侧压力系数对于管片结构受力特征的影响越来越小;错缝拼装情况下,管片内力在部分环向及纵向接头处会产生较大突变,且管片内力较通缝拼装情况大.     

地下水位高度对深基坑稳定性的影响规律研究

文章针对深基坑,较系统地研究了降水深度对基坑稳定性的影响规律,包括连续墙水平位移、横向支撑压应力和基坑周围土体位移分布,并考虑不同水位条件下土层粘结力、摩擦角、变形模量、泊松比和侧压力系数等力学参数的变化.结果显示,地下水位高度对基坑的稳定性有较大影响,研究结论对类似工程具有一定的参考价值.     

长期循环荷载作用下海洋饱和粉砂的弱化特性

为了研究海洋饱和粉砂在长期循环荷载作用下的弱化特性,对原状饱和粉砂进行了一系列不同固结条件下不排水单调和循环加载三轴试验,并在循环加载过程中通过弯曲元测试土体剪切波速.主要分析固结方式、动应力比以及循环次数对饱和砂土循环弱化特性的影响.试验结果表明,在相同的固结条件下,随循环次数的增加和动应力比的提高,土体的强度和刚度衰减显著,在相同的动应力比作用下,偏压固结相对于等压固结减缓了土体的循环弱化.利用动偏应力水平对海洋饱和粉砂循环荷载作用下强度和刚度的弱化特性进行了描述.     

双向耦合剪切条件下砂土的变形特性

采用空心圆柱扭剪仪对粉细砂进行一系列偏应力幅值和大主应力角同步增大条件下的剪切排水实验,研究该双向耦合条件下饱和砂土的变形规律和非共轴特性,分析中主应力系数等因素对砂土变形特性的影响。结果表明:砂土在该椭圆应力路径条件下产生了一定的塑性变形,并表现出明显的非共轴特性;随着中主应力系数的增大,土体径向应变和体应变逐渐减小,而环向应变由压应变逐渐转变为拉应变;初始偏应力和偏应力增长幅度对土体变形也有明显的影响,随着这两者的增大,土体的剪应变明显增大,体应变也呈现出由体胀向体缩转化的趋势,非共轴角则呈现减小的趋势。     

地震力作用下浅埋偏压隧道围岩压力的解析解

以拟静力法为基础,通过地震力偏角的旋转,结合极限平衡条件,推导出地震作用下浅埋偏压隧道围岩压力的解析解,并探讨了其影响因素.研究发现地震侧压力系数受岩土体力学指标的影响明显.在地震力作用下,竖向地震加速度系数使拱顶总垂直压力值减少,多数情况下会降低地震侧压力系数;水平向地震加速度系数对总垂直地震压力和地震侧压力系数的影响规律取决于水平地震力的方向.浅埋侧的地震侧压力系数随着地面倾角的增大而减小,而深埋侧的地震侧压力系数随着地面倾角的增大而增大.     

开采扰动土体微观结构变异规律

以开采扰动土体作为研究对象,进行室内模拟试验。采用KH-3000VD数字式三维视频显微系统,采集不同扰动状态下土体的微观图像,研究开采扰动对地基土体微观结构参数的影响规律。研究结果表明:土体在侧向卸载扰动条件下,颗粒分布分维随着侧向卸载扰动程度的不断增大而有所减小,并且颗粒分布分维数变化程度并不大;孔隙比随着侧向卸载扰动程度的增加有所增大,且孔隙比变化较小;土体在侧向加载扰动条件下,颗粒分布分维随着侧向加载扰动程度增大而减小;孔隙比随着侧向加载扰动程度的增大有所增大,且孔隙比变化程度较大。     

分布式排水边界下均质地基固结有限元分析

针对地基固结前期排水量大而固结后期排水量小的特点,提出了一个分布式排水的边界条件。在Terzaghi一维固结理论的基础上,利用ABAQUS有限元软件实现了分布式排水边界下的固结模拟计算,分析了排水口间距和排水口大小对地基固结的影响规律,设计出最佳的分布式排水边界布设,进而探讨土体渗透系数和土体厚度对分布式排水边界下均质地基固结的影响。研究结果表明,相比完全排水边界,分布式排水边界虽不能完全满足固结前期的排水需求,但能够很好地满足固结中后期的排水要求,同时对于土体整体固结影响较小,为减少砂垫层的铺设提供了理论依据。     

高温高压煤复电阻率各向异性实验研究

电阻率各向异性是影响煤储层电法勘探的重要因素,针对煤样复电阻率各向异性的参数评价,对焦作地区煤矿储层沿平行和垂直层理方向分别钻取了煤样,并在高温高压条件下测量得到了相应的复电阻率频谱。为了定量分析温度、压力对煤样复电阻率各向异性的影响,建立了煤样不同方向频散参数(界面极化频率、模值频散度、弛豫时间)与温度压力的对应关系,电阻率各向异性系数与温度、压力的对应关系。结果表明：平行层理方向频散参数均与温度、压力呈现良好的线性关系,垂直层理方向频散参数的线性关系不如平行层理方向好;任意方向煤样频散与温度、压力的响应关系都可以用弛豫时间来定量评价;随温度升高各向异性系数增大,随压力增大各向异性系数变化不明显。研究结果可为更精确地定量评价温度、压力对煤储层电各向异性的影响提供实验基础和理论参考。     

黏弹性聚合物溶液渗流数学模型

分析聚合物溶液在简化孔喉模型中的流动情况,建立了综合考虑聚合物溶液特性和多孔介质特征的黏弹性本构模型,并在此基础上建立了聚合物溶液不稳定渗流数学模型,并利用数值方法求解.通过实例计算,对聚合物溶液的特征时间、稠度系数、幂律指数、孔隙因子(喉道长度与喉道直径之比)和注入速度对注入压力的影响进行了分析,绘制了相应的理论图版.结果表明:注入压力随聚合物溶液特征时间、稠度系数和注入速度的增大而增大,随幂律指数和孔隙因子的增大而减小.     

聚合物溶液在孔隙介质中的渗流机理

以收缩流道作为孔喉模型,采用数值方法研究了粘弹性流体、幂律流体和牛顿流体在孔喉中的流动压力梯度随流变参数和喉道直径的变化,以此作为流体在多孔介质中渗流的理论基础,探讨了3种具有不同流变性质的流体在多孔介质中的流动阻力特性。结果表明,对于粘弹性流体,阻力系数随着松弛时间和流速的增加而增大,随充填颗粒尺寸的减小而增大;对于牛顿流体,阻力系数为常数;对于幂律流体,阻力系数为幂指数、稠度系数、孔隙度和渗透率的函数。     

炮孔水耦合装药爆破破岩机理研究

根据爆炸相似律和水中冲击波的基本方程探讨了炮孔水耦合装药结构的孔壁压力;建立了爆炸载荷作用下岩石的动态应力场,据此从理论上求出了炮孔水耦合装药爆破时裂隙区半径、粉碎区半径和光面爆破或其它成型控制爆破的最佳装药不耦合系数;最后,通过工程实践进行验证.     

面心立方晶体热力学性质的非简谐效应

以氩晶体为例,讨论了非简谐振动对面心立方晶体的热膨胀系数、压缩系数、热容量以及状态方程等的影响,求得了格林爱森常数随温度变化的关系式,分析了定压热容量随压强变化的规律,所得结果与实验事实基本相符.     

圆柱壳在轴力和外压联合作用下的涡形缺陷敏感度

本文基于Kármán-Donnell壳体方程,研究了具有涡形几何缺陷的圆柱壳在轴力和外压共同作用下的后屈曲问题;将双重尺度摄动法和Fourier展开相结合,导得了圆柱壳相应的初始后屈曲系数以及极值载荷与缺陷参数之间的定量关系.文中通过实例计算得到了一系列曲线图谱,描述了一些因素对缺陷敏感度的影响程度.     

不同压力下的黏土渗流性状试验研究

在诸如固结、沉降、降水等涉及渗透系数的岩土工程计算中,土层的渗透系数通常由渗透试验或现场抽水试验获得;并被视为常量。实际上渗透系数会随着外界条件的改变而发生变化,尤其是低渗土体。现利用研制的试验设备,对弱透水性的黏土进行渗透试验。试验结果表明:低固结压力下土体的渗透系数随水压呈"S"型曲线变化;且变化幅度较大。高固结压力下低渗土体的渗透系数随水压基本呈线性变化,且变化幅度较小。另外,水压对低渗土体的孔压传递规律也有影响,低水压作用下的土体孔压传递呈非线性变化,而高水压作用下呈线性变化。     

基于特殊螺纹密封完整性的三轴设计系数研究

针对高温高压气井完井油管柱密封完整性问题，开展了基于88.90 mm×6.45 mm 110SS材料油管一种气密封特殊螺纹密封完整性分析的管柱三轴设计系数研究，研究中采用了API RP 5C5—2017国际标准螺纹性能试验评价方法，进行了高温和室温环境下A系全包络线载荷密封实验评价。基于气密封能判据，采用有限元模拟分析了不同VME（冯米塞斯等效应力）全包络线载荷2次循环工况的密封能和密封能倍数的变化规律并确定了危险载荷点。结果表明，通过API标准密封完整性实验评价的气密封特殊螺纹连接，需采用有限元进一步分析包络线载荷循环密封能及密封能倍数的变化规律，确定这种螺纹连接安全适用范围；同时开展了3种VME全包络线载荷2次循环后密封适用性分析，确定了高温和室温两种环境下螺纹安全适用包络线载荷范围及合理的三轴安全系数，并完成了1口高温高压气井完井油管柱安全分析和现场应用。提出的研究方法为管柱三轴设计安全系数的确定提供了有益指导。     

径向载荷作用下的管道泄漏塑性分析及应用

在管道高静压区特殊地段抢修施工之前,将管道压扁,能够在短时间内最大限度减少或者止住油品泄漏危害。基于管道塑性变形规律和能量原理,利用"Bow-tie"管道塑性变形计算模型,对管道在径向挤压和管内泄漏余压作用下的塑性变形进行分析计算,计算管道挤压所需载荷量。结果表明,管道挤压载荷变化呈现"s"形递增,为管道挤压抢修提供理论和实践依据。     

克孜河渡槽风荷载数值模拟

为了探究风荷载对克孜河渡槽结构的影响,考虑到经济成本和时间成本,采用数值模拟进行研究。本文基于流体力学CFD理论,利用Midas NFX CFD软件研究克孜河渡槽的风场环境及风荷载响应,模拟不同风攻角条件下风荷载对渡槽的影响,通过与已有的风洞试验结果对比分析,来验证数值模拟结果的可靠性,深入剖析了风攻角变化对渡槽的影响,并采用数值模拟与单因素方差分析相结合的方法,验证了风攻角变化对渡槽三分力系数的影响。计算结果显示风攻角对三分力系数有显著影响,以及数值模拟可以快速高效的模拟出克孜河渡槽周围复杂的风场环境,能直观反映渡槽表面负压区的分布规律,研究成果对渡槽风荷载的结构设计具有一定的参考意义。