细长桩屈曲的透明土物理模型试验研究

 采用一种在无围压条件下的1-g小规模透明土物理模拟试验,观测了不同约束形式下完全嵌入模型细长桩的完整屈曲曲线。同时,结合粒子图像测速(PIV)和近景摄影测量技术,非介入地测量了细长桩屈曲引起的土体变形。透明土由熔融石英及折射率相匹配的孔隙溶液组成。采用激光面照射透明土模型并拍摄下细长桩屈曲引起变形的数字图像,利用PIV获得所产生的位移场。试验结果分析表明：相对屈曲长度随着桩体强度增加及细长比减小而增加;桩端约束形式对屈曲曲线的影响取决于桩身强度和细长比的变化;土体单元的运动规律与经典朗肯土压力理论相一致。     

基于透明土孔隙介质双渗流模型试验研究

对土体内部渗流可视化研究,透明土材料可以作为的重要研究手段之一,能实现的岩土体内部渗流直接观测研究。利用透明土技术,建立双重孔隙型介质渗流物理模型,利用有限差分软件FLAC3D建立双重孔隙型介质结构三维数值分析模型,进行测量数据和数值模拟计算对比分析。模型试验结果和模拟结果表明,基于透明体的双渗透实验能实现渗流的可视化,以及FLAC3D数值模拟结果与实验所测的流速曲线拟合良好。     

塑料套管混凝土桩挤土效应的非侵入可视化研究

 结合透明土、粒子图像测速(PIV)和近景摄影测量3种技术,研究塑料套管混凝土桩(TC桩)的挤土效应,并对周围土体的变形规律进行探讨,且与传统静压桩打设引起的土体变形进行对比。试验结果表明：圆锥桩尖引起的最大变形量相比平底桩尖的降低了40%;而在平底桩尖TC桩的成桩过程中,影响区域扩展到了远离桩体中心线11倍桩径处,而对于圆锥桩尖,则为6倍桩径;沉管上拔引起的土体移动主要发生在上拔前期,对于圆锥桩尖TC桩,其沉管上拔过程引起的最大位移量和影响区域分别约为平底桩尖的57%和33%,然而,在TC桩成桩过程中,沉管打设是引起土体变形的主导因素,沉管上拔引起的土体恢复变形较小;在与TC桩沉管直径相同条件下,传统静压桩打设引起的土体变形量与TC桩的相一致,然而其影响区域略小。     

粒子图像测速技术测量土体变形精度试验研究

对砂土变形测量的工况进行了试验,采用不同计算方法对试验精度进行了对比研究。试验结果表明:粒子图像测速技术对砂土具有较高的测量精度,但计算算法对测量精度的影响较大,其中网格细化法测量精度最高,其精度可达0.01 mm,可满足土体试验高精度变形测量要求。     

基于透明土试验技术的盾构侧穿桩基影响机制研究

为深入研究盾构侧穿既有桩基引起的地层与桩基的变形演化机理,引入了透明土试验技术和数字图像处理技术,研制了一套无损观测土体行为的室内物理模型装置,开展盾构隧道施工的模型试验。试验结合透明土可视化非侵入优势对不同隧道埋深、桩基位置、桩基长度等因素的影响规律展开研究。利用理论解析和数值模拟方法验证透明土方法的可行性及准确性。试验结果表明：理论解析、数值模拟及透明土试验具有较好的一致性。双线隧道施工会对地表沉降产生叠加效应,但后行隧道引起的地表沉降不足总沉降的10%;隧道沉降区域及极值都随着埋深比的减小而逐渐增大;当桩基入土深度大于隧道埋深时,桩基易在隧道埋深所在深度发生转动。文章为盾构侧穿桩基影响机制研究提供了一种新方法,丰富了盾构机制探索体系。     

管道破损引发渗流侵蚀过程的模型试验

城市道路下方埋设的市政管道发生破损后会引发渗流侵蚀并最终导致道路沉陷。针对此问题,本文建立了模拟管道破损引发渗流侵蚀的模型试验。试验结果表明,从地表以下由浅至深,土体受侵蚀区域可分为流动区域,粗粒化区域与空洞区域,其中前两者的范围大于第三者。水流失量与砂土流失量呈对数关系;空洞区域面积与砂土流失量呈线性关系,且低水位工况下单位砂土流失量所诱发的空洞区域面积大于高水位工况。同时,受不饱和区域及粗粒化区域中流失通道堵塞的影响,变水位工况中受侵蚀区域面积及水土流失量均小于相同水头高度下的恒水位工况。受侵蚀区域的土体贯入强度大幅降低(60%~80%),且其降低幅度受流动区域及粗粒化区域影响较大,受空洞区域影响较小。     

上海悬挂式地下连续墙基坑渗流侵蚀引起的沉降研究

针对土体内部渗流侵蚀现象进行分析,揭示土体内部渗流侵蚀现象。固相部分土颗粒在渗流剪切作用下由固相变成可随液相一起流动的悬浮颗粒状态,建立土体内部渗流侵蚀物理模型,推导出描述渗流侵蚀的控制方程。针对上海第三类深基坑降水致使土体内部侵蚀从而诱发地面附加沉降开展研究,以上海典型的深基坑工程为研究对象,基于理论分析的数学物理模型及控制方程,进行数值建模计算分析,数值计算结果阐释了土体内部渗流侵蚀使导致地面附加沉降及变形。     

基于粒子图像测速的锚板抗拔破坏机理试验研究

锚板拉拔过程是板与周围土体相互作用的过程,研究锚板周围土体的变形破坏机制对锚板抗拔力的预测具有重要意义。基于粒子图像测速(PIV)技术开展了一系列锚板拉拔试验,试验结果表明:PIV技术可以有效地捕捉到不同砂土地基密实度和锚板埋深条件下锚板拉拔过程中周围土体的变形破坏模式。PIV位移场分析结果显示:锚板埋深较浅时,松砂地基中破坏模式呈现直面破坏,密砂地基中呈现斜面破坏;锚板埋深较大时,松砂地基中土体内部锚板上方形成灯泡形影响区,密砂地基中呈现曲面破坏。PIV应变场分析结果表明:无论砂土地基埋深如何,松砂地基中形成的剪切应变带与水平面夹角为45°+φ/2,密砂地基中形成的剪切应变带与垂直面夹角约为φ/4。     

基于透明土的取土管贯入扰动变形试验研究

在岩土工程勘察取样过程中,取土管的贯入会引起土体的扰动变形,影响到对土体物理力学性质的准确评价。为了研究取土管贯入过程中土体扰动变形特性,基于透明土及PIV技术,开发了相应的取土管贯入模型试验系统,进行了取土管的贯入试验,得到了在取土管贯入过程中土体扰动变形场的分布特性。试验结果表明:土体扰动变形随着取土管贯入深度增大而增大,管外土体主要表现为斜向上的隆起变形;管内土体主要为向上的隆起变形,在深度方向最大变形位于取土管中间部位;不同截面处土体其变形规律基本一致,截面间土体剪切变形较小。     

3S技术在土壤侵蚀调查中的应用

以克拉玛依市土壤侵蚀为例，论述了利用3S技术在土壤侵蚀调查中的应用，介绍了利用地理信息系统技术进行土壤侵蚀调查的一般方法和步骤，并对土壤侵蚀分区结果进行了分析。     

基于透明土技术土岩边坡滑移机理的模型试验研究

随着工程技术的飞速发展,土岩边坡滑移机理的研究具有重要的意义和工程应用价值。通过透明土模型试验研究坡顶荷载作用下土岩界面接触滑移机理和规律,实现了土岩边坡内部滑移变形的可视化。考虑了岩体Barton节理粗糙度系数、坡体角度和坡体高度等因素对土岩边坡稳定性的影响。利用粒子图像测速(PIV)和激光散斑技术,获得了土岩边坡在坡顶荷载作用下内部变形的特征。试验分析表明,土岩边坡的滑动可分为3个阶段:初始阶段、匀速阶段和加速阶段;在土岩边坡滑移过程中减小岩体Barton节理粗糙度系数、增大坡体高度、增大坡趾角度将引起边坡土体内部较大的位移,进而引发土岩边坡的失稳。采用双排抗滑桩的边坡防护措施后,有效地延缓边坡土体内部位移的发展,提高土岩边坡的稳定性。文中研究成果为揭示土岩边坡滑移机理及其工程防护的有效性提供了重要的理论依据,通过跟踪透明土颗粒的运动轨迹实现土体内部变形可视化的土岩边坡滑移提供了试验依据。     

基于透明土技术的多孔介质孔隙流动特性研究

土体作为一种特殊多孔介质,内部孔隙通道尺度与形态随机性强,导致土体渗流场中孔隙流速分布不均,即存在优势流现象。优势流是影响污染物运移、导致土体渗透变形的重要因素。基于透明土原理,利用聚丙烯酸钠交联聚合物颗粒和蒸馏水,配制成饱和透明多孔介质,并利用一种新的研究透明多孔介质内部流场的装置及方法,将绿色光源激光器、单反相机、十字滑台等组合成简易粒子图像测速(PIV)系统,采集不同水力梯度下透明多孔介质内部流场图像,结合粒子图像测速技术,将得到的流速数据进行统计分析,揭示孔隙液体的流动特性。研究表明,利用自制简易PIV系统进行流场测量,实测孔隙流动结果与宏观流速吻合程度高,能够实现对流场的多点、无扰、高精度测量。研究发现多孔介质内部纵断面上的孔隙面积与纵断面所在位置有关,而孔隙面积越大,断面上的孔隙流速也越大。多孔介质内部孔隙流速分布规律大致相同,优势流速随着断面流速的减小而减小,优势流速越小,其概率密度越高,优势流动现象越显著。     

#br# 基于透明土的XCC桩沉桩挤土效应模型试验及其理论研究

现浇X形桩（以下简称XCC桩）是近几年提出的一种新型异形截面桩,其沉桩挤土效应不同于传统圆形截面桩。针对目前的理论模型和试验技术对于研究异形截面桩沉桩挤土效应的不适用性,提出一种新的异形截面桩沉桩模型试验技术。基于透明土变形可视化技术,分别研究了圆形桩和XCC桩沉桩挤土的位移场变化规律。通过将圆形桩透明土沉桩挤土位移场的结果跟传统的理论模型（圆孔扩张法和应变路径法）进行对比,验证了透明土沉桩模型试验技术的可靠性。随后,开展XCC桩的沉桩挤土试验。进一步地,基于模型试验结果提出一种简单的修正扩孔理论用于计算XCC桩异形桩的沉桩挤土径向位移的分布规律,并将理论计算位移与模型试验测量值进行对比验证修正扩孔理论的合理性。提出的异形桩透明土沉桩模型试验技术以及修正扩孔理论可以作为研究其他如矩形桩、Y形桩、H形桩等异形截面桩的沉桩挤土效应问题的一个基础。     

砂土渗流过程的细观数值模拟

基于散体介质理论,利用PFC2D内置FISH语言定义的流固之间的作用力方程和压力梯度方程,求解不可压缩流体中两相介质的连续方程和Navier-Stoke方程。并尝试用该理论模拟不同水压下渗流引起砂土特性变化的全过程,数值试验得到了流速、渗透系数、孔隙率和砂的流失量等参量的定性变化规律,表明水土相互作用贯穿于渗流的全过程。模拟结果与试验结果相符,且流速与压力梯度满足达西定律,表明应用该理论来模拟复杂的水土相互作用是可行的,它具有一定的理论意义,为进一步研究多孔介质中考虑流固耦合的渗透破坏研究如流土、管涌等奠定了一定的理论基础。     

数量化理论在土壤侵蚀预报中的应用初探

在分析了影响土壤侵蚀的各项因素的基础上,将数量化理论和土壤侵蚀预测结合起来,在拓宽了数量化理论应用领域的同时,为土壤侵蚀预报开辟了一条新的途径,也为水土保持工作提供了新的科学依据。     

考虑粒间法向接触力作用的粗粒土颗粒破碎试验研究

利用岩石双轴流变试验机,采用砂岩、石灰岩和板岩3种材料模拟粗粒土进行了球-球法向接触的颗粒破碎力学试验,对粗粒土颗粒破碎的过程、破碎形态、弹性核和力-位移曲线进行了研究,分析了不同粗粒土材料和颗粒尺寸对法向接触力学特性及颗粒破碎规律的影响。通过试验研究,发现粗粒土颗粒在法向接触力作用下,先在颗粒接触点处开始产生局部破碎,形成弹性核,继而产生贯通裂缝,最后颗粒发生整体破碎。通过拟合,分别建立了球形颗粒破碎准则和弹性核尺寸的经验公式。本文从粗粒土颗粒接触角度研究颗粒破碎的力学机理,开辟了研究粗粒土颗粒破碎的新途径,也可为离散元数值模拟直接提供接触力学参数。     

论土骨架与渗透力

指出了土骨架的定义、成分即所占据的空间;认为土力学就是研究土骨架的力学性质及其影响因素的学科。用大量的例子,形象地说明土骨架的溃散所造成的严重后果。从土的颗粒出发解释了土中水的渗透力的机理,推导了渗透力的计算公式。特别指出,通常所谓的"渗透力就是渗透水流对于土骨架的拖曳力"的说法是不全面的。     

取土器贯入扰动变形规律透明土试验研究

在岩土工程取样过程中,取土器贯入会引起土样扰动变形,造成土样物理力学性质的改变。为了研究取土器贯入过程中土体扰动变形特性及其影响因素,基于透明土及PIV技术,进行了不同尺寸、不同贯入速率的取土器贯入试验,得到了取土器贯入过程中土体扰动变形场的分布特性及规律。模型试验结果表明:土体扰动变形随着贯入深度增大而增大,管内土体表现为向上的隆起变形,在深度方向最大变形基本位于深度20 mm处;增大取土器内径能有效减小轴线处土体扰动变形,但减小幅度随着内径的增大而减小;增大取土器贯入速率不能有效地减小结构性较弱的砂性土样的扰动变形。