地埋管与土相互作用分析模型及其参数确定

对地埋管道结构分析,考虑管道与土的相互作用问题是非常必要的。其相互作用问题可归结为界面处接触应力的确定,为此,基于地埋管道受力特征的实测结果,建立了地埋管道与土的相互作用分析组合模型,并给出了模型参数的确定方法。由于管与土和管与基床的相对刚度对管土接触面上分布应力的影响显著,在确定其相互作用模型参数时,利用实测结果对其进行了修正,从而,将管道刚度的影响融入到相互作用分析模型中。     

加肋土工膜与砂土拉拔试验及界面细观分析

为了进一步研究加肋土工膜拉拔试验作用机制,通过室内拉拔试验和粒子图像测速(PIV)分析,研究不同工况下（加肋高度和温度）加肋土工膜与砂土界面的力学性质以及衬垫系统内部颗粒的位移场和速度场分布。拉拔试验结果表明,不同的加肋高度和温度对界面的稳定性有着深刻的影响,极限拉拔阻力随着加肋高度的增加和温度的降低而增大。通过细观分析得出加肋土工膜和砂土界面附近砂土会形成间接影响区。影响区内部的砂土位移和速度比周围砂土颗粒位移和速度大,这是因为肋块在拉拔过程中挤压其左侧的颗粒或带动其整体移动。并且肋块之间的影响区会相互影响扩散,因此对砂土颗粒形成加固作用。试验结果和PIV分析表明,温度和加肋高度对间接影响区有着显著的影响,从而对加肋土工膜与砂土界面的整体稳定性产生影响。     

地埋非圆形管道与土相互作用的分析计算

对地埋箱形涵道和蛋形管道结构的设计计算,现行的方法是给定作用荷载值和分布,按结构力学方法求解。实际上作用于管道上荷载是随管土的相对刚度而变化的。为此,采用管土相互作用的Winkler模型和传递矩阵法,提出地埋箱形和蛋形管道结构计算的新方法。通过对箱形和蛋形管道与土相互作用的分析计算表明,即使是“刚性”的箱形管道也应考虑与土的相互作用。最后讨论了模型参数、埋深以及管道结构尺寸的变化对管道受力与变形的影响,说明了考虑地埋管道与土的相互作用,对地埋箱形和蛋形管道结构的设计计算才更符合实际。     

基于数字图像技术的土冻胀试验系统研究

开展土冻胀过程的研究对于认识土冻胀机理具有重要的意义,以往学者多采用建立模型进行数值分析的方法,但是在试验中却不能对模型预测的冷生构造、冰分凝、水分迁移等实时过程进行验证。通过建立包括实时图像采集系统、图像预处理系统以及图像数字化系统为一体的基于数字图像技术的土冻胀试验系统,对青藏粉土的冻胀发展过程和冰分凝过程进行了研究分析。结果显示：试样冻胀后已冻区纵剖面的冷生构造可以分为微薄层状构造区、薄层状构造区以及最暖端厚层状构造区三个部分,其中薄层状构造区下部的冰透镜体的分凝作用是冻胀的主要贡献部分,最暖端厚层状构造区中冰透镜体的分凝作用导致了试样未冻区的固结,试样中冰透镜体的分凝过程与试样的冻胀过程和试后含水率的结果能够相互验证。建立的试验系统可以对土冻胀过程中包括冷生构造发育、冻胀变形、冰分凝等过程进行实时采集和定量分析,为冻胀模型的建立和验证提供了试验方法和技术支撑。     

传感光纤-砂土界面力学性质的试验研究

近年来分布式光纤感测技术在岩土与地质工程领域的应用研究已成为一个研究热点,但工程实践表明,埋入式传感光纤与被测岩土体之间的变形协调性会对监测结果产生显著的影响,该问题一直制约着光纤感测技术在工程监测中的推广。本文通过一系列室内拉拔试验,对比了3种预埋于砂土中的单模光纤在不同上覆压力的作用下的拉拔力-拉拔位移曲线,并建立了一个用于描述光纤-砂土界面力学性质的三段式的拉拔模型,分析峰值拉拔力、残余拉拔力、有效拉拔位移和残余拉拔位移4个参数在不同上覆压力作用下的变化情况。分析结果揭示传感光纤-砂土界面的力学特性和应力传递规律,为分布式光纤传感技术在岩土体变形监测中的应用,尤其在变形监测光纤的选用标准方面,提供了参考依据。     

利用人工合成透明土的岩土物理模拟试验

结合粒子图像测速（PIV）和近景摄影技术,建立了一种利用人工合成透明土的岩土物理模拟试验方法,非侵入观测和记录了浅基础沉降（SFS）引起的土体变形,并与利用天然土的传统模型试验进行了对比研究。透明土是由与熔融石英的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SFS引起变形的数字图像,利用基于MATLAB的Geo-PIV软件获得了所产生的位移场。试验结果对比分析显示：与天然砂土中的相比,在透明土中SFS引起的扰动区域较大,最大剪应变扩大了约1.5倍,表层隆起范围约增加了30～50%;然而透明土中土体单元的运动趋势总体上与天然砂土中的相似,表明所建立的试验方法在机制研究上具有一定程度的适用性。     

土结构动力相互作用影响的TMD控制研究

对均质剪切梁—埋置刚性基础—粘弹性半空间模型应用子结构方法, 对垂直入射 SH 波, 导出了调频质量阻尼器( TMD)控制时结构反应的解析解。 通过设置 TMD 将上行波完全吸收, 实现对结构的控制, 由此得到 TMD 参数的频率依赖性。 进而选择确定的TMD 参数, 控制相互作用体系的第一振型。 通过算例, 对无控、全控和主控三种工况下的结构反应及控制效果进行了比较分析。     

基于光纤光栅的土体含水率快速测定试验研究

土体含水率与其强度、变形和渗透特性密切相关。快速测定原位土体的含水率是地基基础工程中的一个重要课题。针对现有测量方法在实时性等方面的不足,本文首次提出了一种基于光纤布拉格光栅（FBG）技术快速测定土体含水率的方法。该方法利用落球对埋设在砂土中的FBG应变传感器施加冲击荷载,获得传感器在冲击过程中的应变状态及其变化规律,在此基础上提出了峰值应变的概念;通过控制变量法,对不同含水率的砂土进行多组室内试验。试验结果表明:峰值应变随着含水率的增加而近似线性减小,因此可通过经验方程估算出土体含水率。最后分析了该方法中可能的误差来源及减小误差的方法。     

基于GIS的大型工程分布式光纤传感监测系统研究

BOTDR是一种新型的分布式光纤传感监测技术,其分布式、高精度、长距离、实时性、远程控制等特点,已逐渐受到工程界的广泛关注。本文结合工程实践中遇到的具体问题,研发了一套基于GIS的大型工程分布式光纤传感监测系统,讨论了系统的设计要求。并结合某隧道BOTDR监测工程实例,开发了一套相应的监测数据管理系统。该系统集工程监测数据的采集与管理、监测结果的可视化、监测信息的对比查询等功能于一体,是一套集智能化分析与决策化管理为一体的多功能管理系统。     

基于长周期光纤光栅的海水盐度监测可行性试验研究

在气候变暖、海平面上升和人类活动等因素的作用下,海水入侵问题日益突出。盐度的变化是判定海水入侵严重程度的一个重要依据,因此,海水盐度的原位监测显得尤为重要。目前,海水盐度的传统监测方法缺少原位、实时、长距离的功能,而近年来有关长周期光纤光栅（LPG）技术测量液体折射率的研究为海水入侵过程中的盐度监测提供了一个新的视角。本文以海水入侵过程中盐度监测为研究背景,设计了基于LPG技术测量海水盐度可行性试验,并将测量结果与理论值进行了比较,论证了该技术用于海水盐度测量的可行性。试验结果表明:LPG谐振峰中心波长与盐度之间存在较好的线性关系,且测量值与理论值的线性相关程度较高,通过标定可实现对盐度的测量,LPG技术对海水盐度测量具有可行性。研究成果为研发下一代海水入侵LPG原位实时监测技术奠定了基础。     

地质和岩土工程光纤传感监测技术综述

光纤传感器与常规传感器相比具有很大的优越性,已经成为地质和岩土工程监测领域中的研究热点。本文介绍了光纤传感监测系统的种类、基本测量原理和目前国内外的研究发展状况,并对各种传感技术的性能和特点进行了比较,指出了光纤传感监测技术应用于地质和岩土工程监测尚需研究的相关课题。