模型试验中膜式土压力盒标定及其应用

土工模型试验和现场试验中常采用膜式土压力盒作为压力测试元件,即通过测量膜的变形(挠曲)量获取压力值。膜式土压力盒作为埋入介质内部的测试元件,由于土压力盒与岩土介质的刚度差,测试中受到由差异变形导致的岩土介质土拱效应的影响,特别是模型试验的应力历史也会产生不同程度的土拱效应影响。针对桩承式路堤多陷阱门模型试验中的加卸载条件,采用相同的试验用砂在相同的相对密度条件下进行了1组加载标定和4组不同填料高度下的卸荷标定试验。结果显示,加载曲线线性较好,而卸载曲线可采用指数曲线来进行拟合。将获取的标定系数应用于桩承式路堤多陷阱门模型试验当中,发现填料填筑过程中采用砂标系数处理得到的平均土压力值与路堤自重应力较为吻合。在陷阱门下沉模拟桩间土下沉过程中,分别采用砂标加载系数和卸荷系数处理土压力数据,与实际情况能够较好的吻合。

基于Trapdoor试验的双线隧道地表沉降预测公式探讨

城市隧道开挖引起的地层扰动不可避免。为了探讨双线隧道间相互影响以及可靠的地表沉降预测方法,利用课题组开发的多沉陷门(Multi-trapdoor)模型试验装置和钢棒相似土构建二维试验条件,通过沉陷门下沉模拟隧道开挖变形。先通过单Trapdoor试验获取表面沉降曲线,拟合得到单线隧道开挖地面沉降Peck公式参数。再进行双Trapdoor试验,利用单Trapdoor参数叠加得到双线隧道地表变形,并与双Trapdoor模型试验结果进行对比。结果反映,在埋深较大、隧道间距较小的情况下,沉降曲线较早的由双峰形态过渡到单峰形态,从而利用模型试验数据划分了两种形态的大致范围。引入了峰值修正系数和间距影响系数对叠加公式进行修正,建立了基于模型试验数据的双线隧道地表沉降叠加修正公式。

索塔承台大体积混凝土温度及应力场监测与有限元分析

为控制浇筑后大体积混凝土内表温差过大及温度裂缝的产生,了解混凝土内部温度及应力场的分布与变化规律,通过对某大体积混凝土承台温度及应力进行现场监测,结合有限元模拟分析冷却管冷却下,大体积混凝土施工中温度及应力场的变化与分布规律。研究结果表明:承台大体积混凝土浇筑后,在2~3 d达到温度峰值,其不同区域温度先后达到峰值的顺序为:侧表面、上表面、内部;侧表面与内部最大温度差值出现时间较上表面与内部最大温度差值出现时间早;混凝土内部最高温度区域主要集中在相邻两冷却管中间,其温度沿冷却管水流方向有增高趋势,冷却过程中应定时变换冷却水流向;混凝土内部应力随时间变化先后以线性增加、抛物线(开口向上)变化和线性减小的趋势呈现。本文研究结果对大体积混凝土温控设计与施工具有一定的参考价值。

桩承式路堤土拱演化的二维钢棒相似土模型试验

为了解桩承式路堤的变形类型与土拱效应随桩间土下沉的演化规律,并为参数取值提供参考,开发了可考虑桩承式路堤多个单元相互影响的多沉陷门(Multi-trapdoor)试验装置,考虑填料高度H、桩间净距s-a与桩径参数a,进行了1组随桩间土下沉的土拱演化模型试验。试验采用椭圆钢棒相似土作为填料,将采用砂填料的平面应变试验简化为二维试验条件,消除了前后挡板摩擦力的影响。通过粒子图像测速技术获取了填料随桩间土下沉过程的全场变形,利用自制荷载板精确地测试了填料底面的桩土荷载分布,得到不同参数组合下的桩承式路堤土拱变形类型和桩土应力比变化规律;同时利用试验结果总结了3种演化模式的适用条件。结果表明:钢棒相似土能够很好地模拟实际砂填料的平面应力-应变特性,桩承式路堤土拱效应存在三角形扩展型和等沉面型2种主要的演化模式,与三角形扩展模式相比,等沉面模式路堤表面无差异沉降,土拱效应发挥程度高,且桩土应力比随桩间土下沉降低比例较小,另一种塔形升高模式可以看作三角形扩展型向等沉面型转变的一种过渡模式;低路堤桩承式路堤宜调整桩土截面尺寸以提高相对填料高度H/(s-a),使得路堤变形进入等沉面模式。

砂土颗粒DEM模拟中颗粒集合体的组装与标定

颗粒DEM数值模拟中,首先需要进行数值颗粒集合体的组装,颗粒形状与孔隙率是重要的组装参数。采用PFC2D对不同形状颗粒的摩擦系数与孔隙率之间的对应关系进行了探讨,形成了一种获取指定孔隙率数值颗粒集合体的方法。鉴于圆形颗粒集合体表观强度较低的情况,对3种非圆形颗粒的强度和剪胀性曲线进行了对比。将80%的条形颗粒与20%的三角形颗粒混合,获得了指定相对密度85%的集合体,并标定得到了颗粒细观参数。不改变颗粒混合体形状与比例,组装得到相对密度为50%的试样,对颗粒接触力学参数进行微调后也可以获得与实际试验曲线较为对应的结果。采用组装与标定结果,模拟砂填料桩承式路堤模型试验,获得的路堤填料变形演化过程与模型试验吻合,验证了颗粒组装与标定方法的可靠性。