公路层间剪应力检测实验平台研制与应用

为了完善长安大学公路学院交通工程类专业本科生的实验教学课程,设计开发了一套公路层间剪应力检测实验平台,该实验平台可以有效检测施工后公路面层与基层结合面的粘接强度。该实验平台主要由步进电机、减速机构、推力机构和力传感器组成。工作时,步进电机通过减速机构和推力机构将马歇尔试样推断,力传感器将马歇尔试样断裂所需的剪应力上传至控制系统,控制系统使剪应力数据以曲线图的形式显示在显示器上。经测试证明,该实验平台对公路层间剪应力的检测结果准确可靠。使用该检测实验平台可以有效训练学生进行路面抽样检测的专业技能,为其公路施工检测专业技能的培养奠定了良好的基础。     

岩巷机掘工作面水力压裂参数优化模拟分析

为研究不同水力压裂孔布置形式对机掘工作面岩体水力压裂效果的影响,以余吾煤矿N1100-1高抽巷为背景,设计了菱形四孔式、矩形四孔式、三孔式以及两孔式4种水力压裂孔布置形式,采用FLAC^3D对这4种方案下机掘工作面岩体水力压裂前后的应力、位移以及损伤情况展开了数值模拟研究分析。结果表明：水力压裂后,机掘工作面水力压裂孔包围圈所在区域内的岩体位移最大,约为25 mm,而往周边则逐渐减小为0;水力压裂后,机掘工作面水力压裂孔附近0.1 m范围内损伤最大,而在压裂孔包围圈内损伤值都约为45%,由压裂孔包围圈往外侧,掘进面岩体损伤量则逐渐减小为0;机掘工作面上水力压裂孔呈菱形四孔布置时,水力压裂效果最好,但从钻孔数量以及最终的压裂效果考虑,压裂孔呈三角布置性价比最高。     

零卷吸条件下界面滑移的试验观察

利用光干涉技术观察球-盘运动状态由纯滑动变为零卷吸后接触区内润滑油膜的变化特征,得出不同于经典理论的结果,并将其归因于界面滑移效应。对于可能导致界面滑移产生的润滑油极限剪应力和界面临界剪应力2种机制进行分析,认为界面临界剪应力可以合理解释试验现象。为进一步证实分析的正确性,追踪零卷吸条件下冲击封油核心的运动规律,试验结果与分析结果相吻合。对零卷吸和球纯滑条件下封油核心运动速度进行定量对比,结果显示润滑油内存在同一不可超越的临界剪应力,得出镀有铬膜的玻璃盘界面具有较低的临界剪应力。     

全长树脂锚杆在拉拔荷载作用下的轴向力分析

为进行拉拔荷载作用下围岩剪应力和锚杆轴向力的分析,以Mindlin位移解为理论基础,基于理想弹塑性荷载传递模型,得出围岩剪应力分布与位移关系曲线,并结合某金矿具体工程实例进行验证分析。应用FLAC3D进行树脂锚杆拉拔实验模拟,分析锚杆在不同拉拔荷载作用下轴向力及围岩塑性区的分布情况,并与理论分析进行对比。研究表明:拉拔实验塑性区呈倒锥形分布;围岩剪应力呈负指数分布,围岩剪应力值在孔口位置为0,距离孔口50mm范围内剪应力急剧增大至峰值,之后缓慢减小并在孔底位置趋近于0;树脂锚杆的轴向力在孔口位置受力最大,孔底轴向力逐渐减小并趋于零。研究结果可为树脂锚杆支护提供参考。     

钻孔回填料粒径对传感光缆应变耦合性影响研究

钻孔全断面光纤监测技术已在地面沉降和矿山塌陷等地质灾害监测中不断得到推广应用，其中钻孔回填料与直埋式传感光缆之间的应变耦合性是影响光纤监测结果准确性的关键。利用可控围压光缆–回填料耦合性测试试验装置，探究了0～1.0MPa围压下传感光缆与不同粒径砂土回填料（0.5～4mm）之间的应变耦合性问题。结果表明：在相同围压与拉拔位移下，光缆与砂土之间的应变耦合性，随着粒径的增大而减弱，即0.5～1mm砂土与应变传感光缆间的耦合性最强。将10000με作为传感光缆最大应变监测量程，对传感光缆–砂土应变耦合性进行了评价。当光缆–砂土变形协调系数为0.9时，0.5～1,1～2,2～4 mm粒径砂料的临界围压依次为0.14,0.33,0.52 MPa。应变传感光缆与砂土的界面剪应力先增大后减小，随着拉拔位移的增大，光缆–砂土界面剪应力峰值与传递深度均有增加。研究结果可为确定钻孔全断面光纤监测的临界围压深度提供科学依据。     

水泥砂浆表层溶蚀-冲刷腐蚀失效过程的试验研究

先利用1 mol/L NH4Cl溶液对水泥砂浆环形试件进行静水溶蚀，通过酚酞滴定法和扫描电子显微镜（SEM/EDS）测试溶蚀过程中水泥砂浆试件的溶蚀深度和表层钙硅比，用于表征试件表层的静水溶蚀损伤程度；然后采用自行设计制作的水中水泥砂浆环形试件自旋转冲刷腐蚀装置开展经静水溶蚀的环形试件在不同流速条件下的冲刷试验，以质量损失速率表征水泥砂浆表层冲刷腐蚀性能，分析静水溶蚀损伤程度和流速对试件损伤失效过程及冲刷腐蚀性能的影响。结果表明，在静水溶蚀过程中，试件的溶蚀深度与浸泡时间的平方根成线性关系，表层钙硅比随浸泡时间的增加而减小；在水流冲刷过程中，试件表面剪应力与流速的1.8次方呈线性关系，试件的质量损失速率随流速和表层静水溶蚀损伤程度的增加而增大，且静水溶蚀损伤程度越大，质量损失速率增加越显著。     

公路边坡防护生态轻型桩最优间距分析

为了解决公路边坡水土流失，实现边坡生态防护的目的，依托某实际工程，以Mohr-Coulomb弹塑性理论为基础，采用MIDAS GTS NX软件构建公路边坡模型，结合强度折减法分析生态轻型桩剪应力与距离、剪应力差与距离的变化规律，构建不同方向剪应力差与固土距离的关系模型，得出生态轻型桩在边坡纵向、横向上部、横向下部、斜向上部、斜向下部的固土距离分别为0.45、0.40、0.72、0.44、0.64 m.根据生态轻型桩固土模型，依靠固土强度最大的原则，确定生态轻型桩最优固土距离为0.4 m,最优桩间距为0.8 m,为公路边坡生态轻型桩间距的合理设计提出一种新的思路.     

基于Johnson-Cook模型的剪切闸板性能仿真

目前有关剪切闸板性能分析多集中于闸板应力分析及钻杆参数分析，而对连续管规格、剪切闸板刃口夹角对剪切力的影响研究还不够系统和深入。为此，以Johnson-Cook模型为基础，建立了剪切闸板剪切连续管有限元模型，对剪切连续管过程中的剪切应力进行了分析，同时分析了连续管壁厚、长度及剪切闸板V形夹角等参数对剪切应力的影响。研究结果表明：随着连续管壁厚的不断增加，剪切力峰值总体呈上升趋势，在塑性变形阶段之前剪切力平缓上升，塑性变形之后上升幅度较大；随着连续管长度的不断增加，其剪切应力在不断减小，3 000 m以上连续管，剪切应力明显下降，主要原因是下端拉力在剪切作业中起到了主导作用；随着剪切闸板V形夹角的增加，剪切应力先减少后增加，V形夹角在158°时，上、下闸板应力最优。所得结论可为连续管剪切闸板的结构设计及连续管剪切性能分析提供参考。