Stoke固定-自由型共振柱实验系统测试原理及标定方法

共振柱作为土动力学实验教学以及科学研究的重要设备,主要用来测试土的动力参数。目前共振柱实验在设备标定和试样安装方面存在一些问题,导致测试结果不可靠。该文基于扭转激振方式,通过推导Stoke固定-自由型共振柱的测试原理,以及不同标定棒以及附加块的重复标定实验,获得了具有不规则形状驱动系统的质量惯性矩,并对该共振柱实验设备进行了标定;通过共振柱测试软黏土的剪切模量,与动三轴和弯曲元测试结果进行了对比,得到共振柱与动三轴在应变重合范围内的剪切模量相同,以及在小应变范围的剪切模量与弯曲元测试结果接近的结论。

三轴转动惯量的振复摆与扭摆法协同测量比例法

空间飞行体在进行三轴转动惯量测量时需要分别沿3个正交方位做圆周摆动,为减少方位调整次数,提出基于振复摆与扭摆法的协同测量比例法。描述了该方法的测量机构,推导了比例法全因计算公式和近似计算公式;对该方法进行了误差分析,并与扭摆法进行了对比;采用模拟件作为测量对象,对提出的测量方法进行了实验研究。实验结果表明:J_(z)/J_(y)小于1.02时,协同比例法的全因计算和近似计算精度基本相同且与扭摆法基本相当;J_(z)/J_(y)大于1.02时,只能采用协同比例法全因计算公式,同时该方法解决了带翼飞行体三轴转动惯量测量的难题;协同比例法与前期提出的协同差值法组成了完整的测量体系,可以满足一定类型的回转体和带翼异形体三轴转动惯量测量需求。

土工静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪研发及应用

为模拟波浪荷载条件下土的动力变形与强度特性,研制开发了能够实施复杂应力路径试验的土工设备土工静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪.该设备能够实现多种固结条件、多种静力与循环剪切的复杂应力路径试验,具有广泛的适用性.对设备研制与开发及技术参数确定中的若干具体问题进行了探讨,有关经验对于类似土工设备研制具有一定的参考价值.初步的试验结果表明:竖向-扭转双向耦合循环剪切试验能够较好地模拟主应力轴连续旋转的复杂应力路径条件;采用内置式的荷载传感器和微小位移传感器,能够较大地提高试验测量精度.

主应力方向变化对松砂不排水动强度特性的影响

针对相对密度为Dr=30%的福建标准砂,利用新研制的土工静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪进行了扭转和竖向循环耦合剪切试验和循环扭剪试验。通过对比三向非均等固结条件下的两类试验结果,着重研究了初始主应力方向变化和振动过程中主应力方向连续变化对松砂的动强度特性的影响。

主应力方向循环变化对饱和松砂不排水动力特性的影响

利用新研制的土工静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪进行了主应力轴循环变化的多种模式竖向和扭转双向耦合循环剪切及普通循环扭剪试验。针对福建标准砂, 在均等固结条件下着重研究了振动过程中主应力方向的不同变化模式对饱和松砂不排水循环特性的影响。试验研究结果表明: 振动过程中主应力方向的变化方式对饱和砂土不排水动强度具有显著的影响, 在所采用的五种类型循环剪切应力路径中, 主应力方向连续旋转条件下的动强度最低。进一步的研究发现: 对于初始均等固结条件,分别采用初始平均有效固结压力和循环破坏次数归一化的循环孔隙水压力比与循环次数比之间的关系与振动过程中主应力方向变化方式无关, 这种归一化循环孔隙水压力比随广义剪应变的变化规律及累积广义剪应变与循环次数比之间关系均与振动过程中主应力方向变化方式无关。

波浪荷载作用下砂土变形特性的模拟试验研究

利用新研制的“土工静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪”模拟波浪荷载作用,对福建标准砂进行了4组三轴-扭转耦合振动剪切试验,以研究海床砂土在波浪荷载作用下的变形特性及其对砂土初始密度和固结压力的依赖性。试验结果表明,应力-应变呈现出良好的双曲线关系,与等效线性模型理论相吻合;阻尼比和模量随应变幅值的变化规律均依赖于土体的初始密度和固结压力;归一化后的E/Emax-ε及G/Gmax-γ曲线对相对密度和固结压力仍具有明显的依赖性;但完全归一化后的E/Emax-ε/εr及G/Gmax-γ/γr的关系曲线则与固结压力无关。

土工静力–动力液压三轴扭转多功能剪切仪数据采集处理系统

将从日本引进的新型土工静力–动力液压三轴扭转多功能剪切仪,配备了工业控制计算机和高精度模数转换接口板,以VC++6.0语言作为编程平台,利用现代计算机技术中的多线程编程技术和计算机绘图技术,实现三轴扭转试验仪的计算机数据采集处理系统,完成试验全过程的应力、应变和孔压等12种数据的实时监测、绘制实时动态曲线及实时数据采集处理,或形成数据文件供后期数据处理绘图。系统使用工控机内部高频时钟进行精确的系统采样定时,使试验仪采样周期的精确度达到微秒级,有效地保证数据采集精度改造后的试验仪数据采集处理系统不仅使试验数据的精确采集、处理过程全部自动化,且成功地完成对试验数据后续处理,如滞回圈等非规则曲线面积及莫尔圆公切线求解等一系列复杂计算。

原状海洋土动泊松比的试验研究

利用空心圆柱扭剪(HCA)仪,针对原状海洋粉质黏土,通过循环三轴及循环扭剪试验,得出相应的杨氏模量、剪切模量和动泊松比,探讨了有效固结围压、固结应力比对动泊松比的影响。试验结果表明:土体的动泊松比随着广义剪应变的增大而增大;有效固结围压、固结应力比均对动泊松比有显著的影响,动泊松比随着有效固结围压、固结应力的增大而逐渐减少;且随着广义剪应变的增大,两者对动泊松比的影响减小,当广义剪应变增大到1.8×10-2左右,试验终止,此时土体动泊松比约为0.48。试验中未出现动泊松比大于0.5的现象,说明土体未出现剪胀现象,试验所采用的粉质黏土在循环荷载作用下具有较好的稳定性。

波浪荷载作用下非均等固结饱和粉土孔压特性研究

选用近海地区分布广泛的粉土作为研究对象,利用空心圆柱仪进行了模拟波浪荷载作用下的循环三轴-扭剪耦合试验,探寻非均等固结条件下饱和粉土孔隙水压力的发展特性。试验结果表明:非均等固结条件下,饱和粉土孔压比与广义剪应变之间的关系符合双曲线发展形式,孔压比与振次比之间的关系可以用幂函数来较好地拟合。根据极限状态的摩尔—库仑定律,推导了少粘性粉土孔隙水压力极限值计算方法,并将计算值与试验值进行了比较。孔压比和固结比的计算值与试验值之间均符合直线型关系,且固结比越小,计算值与试验值之间的差异越小。

三轴—扭转剪切仪中的现代智能控制技术

针对我校2001年从日本诚研社引进的新型土工静力-动力液压三轴—扭转多功能剪切仪,使用模拟PID控制系统,在不同频率控制信号下控制参数无法进行相应的调整而产生的控制精度问题,利用现代智能控制技术中的人工神经元控制理论对控制系统进行改造,对控制参数进行在线调整,进一步提高系统的控制精度和控制系统的鲁棒性,使系统在各种频率信号的控制下都能获得准确的控制效果。

复杂应力状态下钙质砂的动强度

利用土工静力-动力液压三轴-扭剪多功能剪切仪模拟海洋波浪的加载形式,对相对密度为30%的钙质砂进行了扭转和竖向耦合循环剪切试验,着重研究了复杂应力状态下初始主应力方向角α0和中主应力系数b对钙质砂动强度特性的影响.研究表明:初始主应力方向对钙质砂的动强度具有显著的影响,随着初始主应力方向角α0的增大,动强度明显降低,且降低的程度随破坏振动次数的增加而增加;b值对动强度也有影响,影响程度与α0相比要小.

韧性损伤模型在负的应力三轴度下的实验验证

在自行设计的压-扭试验装置上用正火状态的20号钢的薄壁圆管进行了压-扭实验,以检验作者提出的韧性损伤模型在应力三轴度为负状态下的适用性.研究结果表明,作者所提出的韧性损伤模型对应力三轴度为负的状态是适用的.由压-扭实验结果的分析表明,正火状态的20号钢在压-扭状态下的韧性特征参量遵从平均值为0.613、标准差为0.052的正态分布.此外,进一步完善了原先提出的材料韧性特征参量的估算式.

饱和软黏土动力学特性循环扭剪试验研究

以饱和软黏土的循环扭剪试验研究为基础,阐明不固结不排水条件下饱和软黏土的动力学特性。在循环扭剪和循环三轴两种不同试验应力状态下,通过研究不同围压和不同静、动应力组合下饱和软黏土的应力等效破坏关系和应变等效破坏关系,提出在循环荷载作用下饱和软黏土的循环破坏同样遵循Mises屈服准则,且在Mises屈服准则下,饱和软黏土的循环强度趋于不变量。循环破坏的过程可以等效为一种拟静力弹塑性循环蠕变,建立了饱和软黏土循环累积变形随静荷载、循环荷载以及循环破坏振次之间的关系式。上述结论分别从应力和变形两个方面阐述饱和软黏土的动力学特性,与试验应力状态和围压无关,可以推广到一般应力状态下。

复杂应力条件下饱和南京细砂门槛剪应变特性

利用GDS空心圆柱扭剪(HCA)仪,对相对密度Dr=50%的饱和南京细砂进行三向非均等固结条件的循环扭剪试验,研究初始主应力方向角(α0)、初始偏应力比(η0)、初始平均有效主应力(p0)和初始中主应力参数(b0)4个初始固结应力参数对门槛剪应变(γt)的影响。研究结果表明:当其余的3个初始固结应力参数不变时,γt随着任一参数η0、p0或b0的增大而增大;α0对γt的影响较大,且当α0从0°到45°的增大过程中,γt逐渐变小;当α0从45°增大到90°的过程中,γt逐渐变大;当α0≈45°时,主应力方向对γt的影响起主导作用,偏应力比的影响被弱化。

土工静动力液压三轴扭转剪切仪控制软件系统研究

根据土工试验使用要求,应用计算机自动化控制技术,将大连理工大学与日本诚研社合作研制的新型土工静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪,配备了完善的控制软件系统。采用VC++6.0语言作为编程平台,利用现代计算机技术中的多线程技术、精确定时技术、绘图技术,结合现代的单神经元自适应PID控制理论,实现了三轴-扭转试验机的自动控制及数据采集处理功能,能够完成静态、动态等各种组合试验,并可实时监测试验全过程的应力、应变和位移等12种数据,绘制实时动态曲线,更加方便试验者操作,进一步提高了系统的控制精度。

不同应力路径下饱和粉土动强度特性试验研究

试验选用近海地区分布广泛的粉土为研究对象,利用空心圆柱仪进行了模拟波浪荷载的循环三轴-扭剪耦合试验,探讨饱和粉土在不排水条件下的动强度特性,并对液化循环周数与无因次剪切应力比之间关系进行了曲线拟合。试验结果表明,在相同的剪切应力比下,循环三轴-扭剪耦合试验的破坏振次最少,循环纯扭剪最多,循环三轴介于二者之间。通过对加载效率的计算对不同应力路径下强度的差异进行了合理解释。

振动拉压扭剪三轴仪及其试验研究

简要介绍了国内首创的振动拉压扭剪三轴仪的主要特征，给出了饱和标准砂的部分动力试验结果，并对其作了必要的分析研究。

GDS空心圆柱扭剪试验系统阻尼的测定

通过GDS空心圆柱扭剪试验系统的动态三轴试验得到水试样的动应力和动应变时程曲线,采用传统的等效线性模型计算其阻尼比λ_1。通过互相关函数法计算得到系统的阻尼比λ_2,最后将λ_1和λ_2进行比较。研究结果表明:阻尼比随动应力幅值的增大而增大,并呈一定的线性关系即λ=kσ_d,且k的取值范围为4×10^(-5)~7×10^(-5)。

不同围压下饱和砂土不排水循环扭剪试验研究

利用河海大学与日本圆井株式会社共同研制的一种新型的多功能静动三轴仪进行了不排水循环扭剪试验。通过对空心圆柱体试样的动力扭剪不排水试验研究了相同相对密度在不同固结围压下的动力不排水响应。试验初步研究了通过用初始有效平均正应力归一化的有效应力路径,归一化有效应力路径有很好的一致性。如果保持相同的剪应力比,由初始有效平均正应力归一化的有效应力路径不受初始有效平均正应力的影响。

循环扭剪试验中饱和砂土的某些动力特性

本文用国内研制的首台循环扭剪二轴仪研究了饱和砂（Ｄｒ＞５０％）的动强度和液化的特性，围绕着模拟现场地震时土体的应力条件，系统地进行了等压无预剪固结，等压有预剪固结和偏压无预剪团结的不排水循环扭剪试验，并将扭剪试验与一些相应动三轴试验结果作了比较，根据循环扭剪的试验结果。