取土器贯入土体引起土体扰动的理论分析

为了研究取土器贯入对土体产生的扰动影响,基于贯入问题的半无限空间特性,根据半无限空间内球孔扩张产生的变形和应变解,推导出取土器贯入土体过程中产生的应变公式.分析了取土管中心线上土体单元应变变化和其影响因素,并与Balign的结果进行了比较.结果表明,取土器贯入土体对其内部土体产生了扰动影响,其中对两端土体扰动相对较大,中间土体相对较小.取土器径厚比、长径比均对贯入过程中土体单元的应变产生影响.     

田间取土器的取土过程及受力分析研究

从物理力学的角度分析取土器取土过程中所受阻力及外力的传递机理.研究表明:在取土器未进入土壤前,取土端的环端阻力最先起作用,进入土体一定深度后,挤土效应产生的外摩擦力自上而下作用于取土器,土塞效应形成的内摩擦力越接近取土端越大,当这三个力达到平衡时,剩余的压力克服土体反作用于取土端的抗冲切阻力,将土体冲切破坏产生剪切向下滑移.依据取土器的受力原理进行取土器的设计,达到精准、高效、快速的田间取土的效果.     

基于Geddes解的取土器贯入引起的土体附加应力分析

为了研究取土器贯入引起的土体扰动及附加应力分布特性,基于Geddes应力解,分别得到取土器管内任意一点处土样由于端阻力及侧壁摩阻力引起的竖向附加应力解,并通过数值方法对两者引起的管内土体附加竖向应力分布特性及取土器参数对其影响进行分析。计算结果表明:在取土器贯入过程中,端阻力的作用会引起土体产生一个由压应力转变为拉应力的过程,且其拉压应力不随取土器直径、贯入深度的变化而变化;增大取土器的直径能有效减少端阻力及侧壁摩阻力引起的轴线处土体的附加应力,考虑两者的共同作用,大直径取土器能较明显地提高取土样的质量。     

不同埋深下类矩形与圆形隧道施工诱发土体变形透明土试验对比研究

类矩形隧道因其内部空间优势在工程中逐步得到推广,但其施工引发周边土层变化规律与常规圆形隧道的差异尚缺乏深入研究,且该差异与隧道埋深紧密相关.为此自主设计组装了类矩形与圆形隧道开挖装置,以透明土模拟周边土层,并采用粒子图像测速（PIV）技术精准测定土层变形,对不同埋深下等面积类矩形与圆形隧道动态开挖过程中诱发上覆土体变化规律进行了深入分析.试验对比结果表明,两类隧道引发上覆土层变形的滑裂面基本一致,大致符合太沙基理论的竖直滑动面假定,滑裂角θ约等于45°+φ/2;不同埋深情况下,圆形隧道上覆土层竖向变形始终保持“V”型的正态分布,即存在最大值,而类矩形隧道随着地层深度的增加,上覆土层变形由“V”型转变为“W”型,即存在多个沉降最值,表明该类隧道比圆形隧道地层变形更为均匀,且在相同埋深情况下类矩形隧道开挖引发的地表沉降最大沉降值小于圆形隧道,该现象在浅埋状态下尤为明显,二者差异随着埋深增大逐渐缩小,该结论可为施工方案设计选择提供参考．     

在液化粉土中标准贯入与微型贯入试验的关系研究

本文以试验为基础，论述了野外标准贯入击数与室内微型贯入击数的统计关系，提出了在粉土液化判别上，室内微型贯入试验可替代野外标准贯入试验的新观点。     

船舶抛锚过程中落锚贯入深度研究

落锚作业是船舶抛锚定位过程的第1个环节,在落锚过程中,船锚不仅可能直接撞击海底管线造成危害,而且船锚的贯入深度会影响拖锚的运动轨迹,从而间接影响海底结构物的运行安全,可见确定船舶落锚阶段船锚的最终贯入深度十分重要.为此,首先开展一系列小比尺落锚模型试验,分别研究在黏性土和无黏性土中船锚质量和落锚高度对霍尔锚和大抓力锚最终贯入深度的影响,发现贯入深度随船锚质量和落锚高度的增加而呈非线性增加,但增幅不断减缓.然后,结合小比尺模型试验,采用能量法和太沙基极限承载力公式拟合船锚贯入深度的计算公式,并确定式中的经验系数.另外,在小比尺模型试验的基础上,验证船舶落锚的数值模拟方法,并对原型船锚的贯入过程进行分析,讨论贯入过程中船锚姿态变化的过程和规律,以进一步揭示落锚贯入深度与船锚触底动能之间的关系.最后,开展现场船舶落锚试验,对比分析本文公式、Young公式、DNV坠物公式、DNV落管公式与现场实测数据之间的差异,发现试验结果和本文公式吻合良好,在验证本文公式正确性的同时阐明了其他理论算法的适用条件与局限性.     

基于简易贯入低液限黏土路基压实度确定方法

为建立确定低液限黏土路基压实度的新方法,在研究简易贯入试验原理的基础上,结合某扩建公路实例,通过室内试验测定低液限黏土的物理力学指标,并依此确定路基的压实工艺及标准。选取试验路段,仅考虑含水率对压实度的影响,在其他压实度影响因素不变的前提下,实测压实度、贯入次数和含水率,利用SPSS软件对压实度与简易贯入次数及含水率的关系进行回归分析,并将得到的关系式应用于工程实际,以验证方法的合理性及适用性。研究结果表明：简易贯入试验方法可以满足路基压实度检测精度要求,为在类似工程中快速、准确地评价低液限黏土路基压实程度提供了参考依据。     

标准贯入试验曲线的复杂度分析

原位试验数据的数学物理关系与规律性探索是目前较难解决的问题,基于此利用组成论中的复杂度分析方法对标准贯入试验曲线进行了分析,并依据最复杂原理从数学关系上推导证明了分布函数的具体表达式。分析结果表明,标准贯入试验结果符合幂函数分布,理论分布函数与实测数据吻合较好,分布函数的表达式是在限制条件下得到的,这使数学推导过程有了明确的物理意义,有利于认识原位试验深刻的数学物理关系,将复杂性分析方法应用于各种离散、变异系数高、不确定试验数据的深入分析具有积极意义。     

中低压缩性黏土地基沉降变形特性试验研究

以宁安城际铁路安庆试验工点长江高阶地区冲积成因中低压缩性黏土为研究对象,进行了一系列土工试验、原位测试和现场填筑试验.对中低压缩性黏土的物理力学指标进行了整理分析,探讨了试验方法对沉降计算指标取值的影响;基于现场填筑试验,对中低压缩性黏土地基的总沉降、分层沉降、孔隙水压力和侧向位移进行了分析.结果表明:该中低压缩性黏土具有较好的工程特性和强超固结特性,取样扰动对土工试验结果影响显著,推荐采用静力触探试验获取沉降计算指标;路堤荷载下地基以浅层弹性变形为主,孔隙水压力和侧向位移监测结果均表明地基内部排水固结现象不明显,路堤荷载主要由土粒骨架承担.     

双壁静压开口管桩贯入及承载特性试验研究

为了更进一步研究黏性土地基上静压桩贯入及承载特性,通过在桩身安装光纤光栅(FBG)以及在桩顶安装温度自补偿传感器,对双壁开口模型管桩的沉桩和单桩承载特性进行研究。结果表明:压桩力、桩端阻力、桩侧摩阻力随着贯入深度的增加而增大,且桩端阻力为沉桩过程的主要阻力,沉桩结束时占比为66.7%。相比于外管,内管桩侧摩阻力和桩身轴力均较小。荷载-位移曲线为陡降型,最大沉降为47.72 mm,极限荷载为6.3 kN,是沉桩终压力的2.48倍。试桩内管桩身轴力在土塞高度范围内以及外管桩身轴力在桩长范围内随着桩身埋深逐渐减小。内管桩侧摩阻力仅在土塞高度的范围内随着深度逐渐增加;外管桩侧摩阻力在荷载小于7.0 kN时,随着深度呈先增大后减小的趋势,当桩顶荷载达到7.0 kN时,随着深度逐渐增大。在各级荷载作用下桩端阻力占桩顶荷载的比例为53.6%～65.1%,表现出了较好的端承桩性状。研究结果对双壁开口管桩内外管贯入及承载特性的研究具有重要的意义。     

平头弹低速侵彻黏土的数值模拟研究

为研究平头弹低速侵彻黏土规律,采用ANASYS AUTODYN程序对不同横截面积的弹体在不同初速度下侵彻黏土进行了数值模拟。侵彻深度和弹道的形状与试验结果吻合。对平头弹侵彻深度的分析结果表明:对同一型号弹体,最终侵彻深度与弹体初速呈线性关系,即侵彻深度随弹体初速增加而线性递增。在相同的侵彻初速度下,弹体直径每增加一倍,引起侵彻深度增量基本相同。     

土体侧向变形性状的真三轴试验研究

对标准砂和风干粘土的击实试样进行了真三轴应力应变关系试验研究，发现当某一方向给土体施加力应力增量而其侧向应力保持不变时，侧向变形未必都是膨胀的，也有可能是压缩的，即泊松比未比总是正值，而有时可能为负，这是一个值得重视的有异于经典力学理论的现象，本文研究了这一现象出现的规律，并从机理上分析了其发生的必然性和存在的条件。     

拖曳锚在浮式风机中的设计计算方法

海上浮式风电具有广阔的发展前景,而高昂的建造成本是阻碍其发展的关键因素。拖曳锚因其制造和安装成本低廉成为浮式风电锚固基础的一种选择。本文以黏土场地为背景,通过采用经验图表法,理论计算方法以及有限元方法对黏土场地拖曳锚的贯入深度以及承载力进行了计算。结果表明厂家提供的经验方法的计算精度较低,适用于拖曳锚的初始选型;理论计算方法对土体计算参数敏感;有限元分析显示,拖曳锚的埋深是控制拖曳锚承载力的关键因素,根据上述计算结果提出了浮式风机拖曳锚设计计算的流程。计算结果显示,在进行拖曳锚设计计算时需要根据流程并谨慎选择计算参数,以保证工程的安全可靠。     

弹体侵入岩体的一种工程计算方法

常规深钻地武器的迅猛发展给防护工程设计带来了新的挑战,需要一种更加合理的弹性侵入岩体的工程计算方法。根据工程岩体分类系统建议岩体的强度理论模型,利用空腔膨胀理论计算弹头侵入岩体时的侵彻阻力,根据牛顿定律确定弹体侵入岩体时的运动方程,提出了弹体侵入岩体的工程计算方法,并对该算法进行了验证和讨论,验算结果与试验数据相吻合。同时,由于引用了岩体构造特征参数,使得弹体侵入岩体的工程计算方法更具有合理性和实用性。     

水泵吸水口临界淹没深度及其近场水力特性试验研究

通过试验观测水泵吸水管附近旋涡生成、发展的过程,得到了吸水口临界淹没深度与流量的关系式;同时应用粒子图像测速(PIV)技术,对吸水口近区流场进行了多方位、多断面连续拍摄,获取了全场瞬时及时均的流速场和涡量场,定量显示了吸水口周围流速分布、旋涡位置及大小等水力特性.     

开采扰动下不整合面附近岩土体变形特征

以宁夏石嘴山西区3号煤层开采为工程背景,借助相似模型试验、得到煤层开采引起的覆岩裂隙动态发育过程以及不整合面附近裂隙发育特点.通过数值模拟计算,得到不整合面附近岩土体位移变形特征.研究发现:开采扰动条件下,不整合面附近由于两侧岩土体材料不同发生变形不协调,致使不整合面两侧发生挤压或开裂现象.开裂区将产生大量离层,为第四系松散含水层向煤系地层进行横向水力补给提供涌水通道.     

透明土土体变形测量系统中激光散斑图像的获取

透明土试验技术实现了土体内部可视化,其变形测量的获取目前多通过与透明土相适应的透明土土体变形测量系统进行。该系统利用片状激光实现了对透明土的内部切片观察,通过获取激光散斑图像结合图像处理方法分析得到土体变形的情况。但是该系统在获取散斑图像时并没有考虑到激光在透明土试样内的散射特点及其对散斑图像的影响,存在一定的局限性。对此,通过对透明土中激光散射现象进行观测,归纳了透明土中激光散射的特点,并就激光散斑图像获取进行分析改进,同时应用图像处理技术解决了图像获取过程中可能产生的变形问题。     

现代气压沉箱施工过程的三维有限元分析

从开挖卸荷、刃脚挤土、沉箱-土体侧摩擦作用三方面对气压沉箱施工引起的土体扰动进行分析,并结合工程实例,对气压沉箱施工全过程进行三维有限元数值模拟.通过与现场监测数据的比较,验证了三维计算模型及数值模拟方法的合理性和有效性.结果表明:沉箱侧壁边缘处地表沉降最大;随着沉箱下沉,地表沉降逐渐增大,沉降影响范围随之扩大;沉箱周边土体的水平位移较小,浅层土体偏向沉箱移动,深层土体偏离沉箱移动;考虑刃脚挤压扰动可以有效减小沉箱边缘处最大地表沉降.