相似材料模型位移场的光学测量技术研究及应用

 博士学位论文摘要　针对岩土工程模型试验的特点, 对自动网格法、散斑互相关法和栅线分析法这3 种光学测量技术程序进行了改进; 并用上述方法做了模型试验, 为工程决策提供了依据。具体工作有以下几个方面。(1) 自动网格法程序的改进。图像分割时, 增加了去掉开挖部分的功能。改进了编码过程, 自由定编码起始点, 环状编码方式绕过移去的网格点, 二次编码为大片未编码的网格点编码, 可以察看、修改编码结果。提供多种位移输出结果, 输出结果的Y 轴可以反转。由计算机生成原始和变形网格图来测试程序。(2) 散斑互相关法程序的改进。定义了掩码文件来标记出开挖部分。在开挖部分的基础上, 通过人机对话, 人工来标记出不相关部分。控制位移结果输出, 遇到不相关部分就不输出位移值。(3) 栅线分析法程序的改进。定义了掩码文件来标记挖掉部分。改进了去包络方式, 改进后的去包络法能够绕开无效区域。由计算机生成原始和变形栅线图来测试程序。(4) 用自动网格法和散斑互相关法分别做了一个模型试验, 研究节理岩体的变形、破坏。试验模拟了试体破坏全过程, 随着轴压的增大, 试体经历线弹性阶段、节理面的错动、节理面尖端起裂和扩展、直到贯穿岩桥, 失稳破坏。(5) 用自动网格法做模型试验来研究金山店铁矿地下采矿引起地表沉降问题, 比较逼真地模拟地下不同的开采水平引起的地表变形和围岩移动过程。分析该矿地表变形随开采步骤的变化规律, 围岩的破坏特征和破坏机理。确定从- 270 m 起采为合理的方案。     

边界条件对混凝土四点剪切 散斑试验结果影响的研究

 用CCD摄像机对单边预制缺口和双边预制缺口混凝土梁分别在滑动支座和铰支座2种边界条件下，在四点剪切加载方式下的破坏过程进行全过程记录。从采集到的连续散斑图中可以清楚地看到混凝土试件不同的裂纹扩展过程和最终破坏形态。用数字散斑相关方法(DSCM)处理采集后的散斑图，得到混凝土梁表面在破坏过程中的水平方向位移场、竖直方向位移场、水平方向应变场、竖直方向应变场及剪应变场。从采集到的散斑图中，间隔一定时间挑选若干张图片与变形前的散斑图片进行运算处理，得到若干个位移场、应变场，将这些位移场和应变场按照时间顺序排列，得到试件在破坏过程中各场的演化过程。将各个场在试件开始破裂处的值进行对比，发现水平方向和竖直方向的位移值大小相近，应变值也处于同一数量级。结果表明预制缺口的附近并不是一个剪应力占主要地位的区域。试验表明，即使使用了滑动支座，支座处的摩擦力也没有被减小到一定的程度。因此，要使混凝土的四点剪切试验更接近于理想状态，一定要对支座处进行仔细处理。     

基于DSCM的边坡变形监测方法及应用研究

滑坡是一种分布广泛的山区地质灾害,而边坡变形监测是进行滑坡预报的可靠办法之一。本文采用纹理提取的方法对边坡现场图像进行散斑化处理,并引入数字散斑相关方法 (DSCM)进行滑坡的全场位移测量,通过数值模拟试验验证了这种方法应用于滑坡变形监测的可行性。研究结果表明:本文提出的方法较数字散斑相关方法计算精度提高了约30%,为数字散斑相关方法在求解边坡位移场方面的应用提供了一种参考。     

模型箱约束对大变形破坏离心模型试验影响初探

离心模型试验需要模型箱盛放模型，模型箱壁边界的摩擦和法向限位约束必然影响到模型的位移变形性状特别是大变形破坏性状。采用大型平面应变模型箱开展了离心模型试验，尝试再现某散货码头堆场地基的大变形推移破坏现象，先后两次模拟了试堆载过程，与第一次试验不同的是，第二次试验部分解除了模型箱端壁法向限位约束。两次试验测得的堆场地基极限承载力值很相近，但第一次试验中淤泥质黏土层最大位移是1 m量级，第二次试验中达5.5m量级，仍不及原型的20 m量级。前后两次试验位移量级的差异表明模型箱端部法向限位约束严重影响模型推移破坏程度，部分解除端部法向限位约束在一定程度上有助于模型产生大变形推移破坏。而大变形三维破坏问题被简化成二维平面问题模拟，宽度方向模拟范围有限隐藏着土体变形破坏过程中土料侧向补充严重不足，这进一步造成土体破坏整体推进的距离和严重程度不及原型，因此，进行大变形破坏离心模型试验和解读试验结果时，必须充分考虑模型箱箱壁摩擦和箱体长度与宽度有限三方面的约束影响。     

散斑互相关法的可视化程序设计研究

散斑互相关法是位移测试的一种光学方法,采集模型表面变形前后的散斑场,利用数字图像处理技术求出全场位移。通过可视化程序设计,操作者能够任意选择搜索区域、搜索窗口;能够控制输出点的间隔距离;实现像素与实际长度单位的转化;实现Y轴的反转;位移结果保存在dat文件中,可以方便打开;能够处理局部散斑场遭受破坏情况。     

岩石变形破坏的数字散斑相关方法研究

 采用白光数字散斑相关方法作为实验的观察手段,对单轴压缩条件下岩石变形破坏进行实验研究。根据实验中数据采集方式的不同要求,将实验分成2组进行：一组是通过CCD相机记录岩石加载全程的试件表面散斑图像,进行岩石加载全程的变形演化实验研究,根据计算结果对岩石加载全程的变形演化和变形集中区域的位移演化进行研究;另一组是通过高速相机记录岩石破坏瞬态过程的试件表面散斑图像,进行岩石破坏瞬态过程的变形演化实验研究,采用不同时刻的散斑图像作为参考帧,分别进行塑性硬化到峰值阶段变形场演化特征、峰值到破坏阶段变形场演化特征的分析。同时,实验研究中还得到试件加载过程中局部化带内变形量值、带内变形最大值与最小值之比,带内最大值与带外平均值之比,以及试件表面裂纹扩展的平均速度等定量参数。     

基于时间序列分析法的滑坡变形特征研究

应用时间序列分析方法建立滑坡位移ARIMA预报模型。采用差分平稳,自回归AR模型和移动平均MA模型对滑坡位移进行预测,得到了该滑坡监测点TP1的预报模型为ARIMA(2,2,1),然后分析对比实测与预测位移–时间曲线之间的关系。计算结果能够较好地体现出滑坡在外界诱发因素作用下位移的发展变化趋势,说明所建滑坡位移预测预报模型效果较好,在滑坡位移预测中是有效可行的。     

基于时间序列分析法的滑坡变形特征研究

应用时间序列分析方法建立滑坡位移ARIMA预报模型。采用差分平稳,自回归AR模型和移动平均MA模型对滑坡位移进行预测,得到了该滑坡监测点TP1的预报模型为ARIMA(2,2,1),然后分析对比实测与预测位移–时间曲线之间的关系。计算结果能够较好地体现出滑坡在外界诱发因素作用下位移的发展变化趋势,说明所建滑坡位移预测预报模型效果较好,在滑坡位移预测中是有效可行的。     

混凝土单边切口梁四点剪切的试验研究

通过用白光散斑技术对单边切口混凝土梁的实验,研究了混凝土梁的变形行为,实时地测量了全场的位移信息。这种实验方法弥补了传统的使用混凝土应变计测量在量程和点测试精度上的不足。实验过程简单,能够应用于小变形、大变形等不同的变形范围。     

软弱基底排土场边坡破坏模式模型试验研究

为了全面分析软弱基底排土场边坡潜在破坏模式及渐进破坏全过程,开发模型试验的非接触测量系统,其中,图像采集子系统获取试验过程中的高清照片,测量分析子系统基于散斑技术和追踪技术获取模型表面位移场和标志点时程曲线。基于模型试验的非接触测量系统,对软弱基底排土场边坡开展一系列底摩擦试验,试验结果表明,软弱基底排土场边坡的破坏具有渐进性,破坏始于坡脚,并沿着基底软弱层向坡体深部逐渐扩展,最终在坡体后部形成贯通滑面,边坡发生整体滑动。破坏裂缝可以分为2种类型:错动裂缝,裂缝主要为错动变形,并伴随水平分离,主要分布在坡体内部;拉张裂缝,裂缝主要为水平分离,并伴随错动变形,主要分布在坡体后缘。研究结果为软弱基底排土场边坡稳定性评价方法和防治措施的选择提供了依据。     

混凝土结构耐久性试验研究进展

混凝土结构的耐久性试验是研究结构耐久性的重要手段。目前这类试验分为材料和构件两个层次。文章在评述目前研究成果的基础上提出了几个在今后的试验研究中值得进一步探讨的问题     

关于浓差能本质及浓差能理论转换效率的再研究

浓差能是一种具有许多独特优点而表现形式较为抽象的新型能源,目前已日益引起人们的兴趣和重视。本文在文献(3)基础上,对浓差能本质及浓差能理论转换效率作了进一步的研究,内容包括两方面:1)对浓差能与机械能在本质上完全一致的观点提出了较严格的证明;2)推导出以膜法为基础的浓差能理论转换效率公式,指出任何理想转换机器在其最大功率输出点处的转换效率均不可能超过η=K/(1 K),这里K是与渗透过程有关的参数。     

脆性岩石扩容起始应力预测——以花岗岩和闪长岩为例

 采用TAW–2000电液伺服岩石三轴试验机,通过32组花岗岩和闪长岩的物性及单轴压缩试验测试,获得岩石的特征物理力学参数。在此基础上,揭示岩石扩容起始应力与弹性模量、泊松比和孔隙度的关系,建立花岗岩和闪长岩的扩容起始应力预测方程。研究结果表明：(1) 弹性模量作为岩石的弹性基质刚度的反映,包括颗粒间的接触刚度和颗粒间基质的刚度,孔隙度作为岩石内部孔洞空间的体积测量指标,是岩石内初始的微裂纹、微孔洞及张开裂纹的综合反映,一定程度上可以反映初始损伤的程度,二者与岩石的扩容起始应力密切相关;(2) 扩容起始应力与弹性模量呈正相关,而与孔隙度呈负相关,当弹性模量最小而孔隙度最大时对应最小的扩容应力值,反之调整;(3) 通过逐步数据拟合分析得出扩容应力的预测模型,通过与试验结果的对比分析,证明预测模型的可靠性。在弹性模量、孔隙度和泊松比已知的前提下,可以先验地对扩容起始应力进行预测,为扩容起始应力的求解提供一条新的思路。     

H型钢开坯轧制变形分析

借助有限元分析软件MSC SuperForm2 0 0 2对H型钢开坯轧制进行了模拟。分析了金属变形特点和轧件充满情况。研究表明 ,箱形孔中轧件腹板的变形与宽展较小 ,异形孔中轧件腹板与翼缘的的变形很不一致 ,腹板出变形区后厚度存在反弹增加现象。异形孔中轧件不能很好地充满孔型 ,异形孔中轧制压力较大。     

节点法一些具体问题的处理

本文阐述城市煤气管网水力计算节点法的基本原理以及在实际应用中一些具体问题的处理方法。     

某图书馆圆形楼盖设计

本文介绍了黑龙江省铁力市第一中学图书馆圆形预应力井式梁板楼(屋)盖应用SAP2 0 0 0软件及有关规范的设计过程。给出了该预应力井式梁板结构的材料选择、预应力工艺选择、预应力筋的线型选择、荷载取值与内力计算、预应力筋与非预应力筋的选配等设计计算的思路和方法,可供建造同类工程时参考。     

岩体力学参数的敏感性综合评价分析方法研究

 针对岩体力学参数敏感性分析单指标方法的局限性，提出基于敏感度熵权的属性识别综合评价模型，这种评价分析方法可以充分考虑各种评价指标，对模型参数的敏感性进行整体性分析，避免单指标方法评价结果的片面性，同时该方法也为模型参数敏感性分析提供一种新思路。在此基础上，结合硬脆性岩体介质的黏聚力弱化–摩擦强化模型，将上述的评价方法应用于锦屏二级水电站引水隧洞辅助洞围岩模型参数的敏感性分析中，分析认为，影响围岩变形和塑性区大小的主要因素为最终内摩擦角、起始黏聚力和弹性模量，其次为残余黏聚力、内摩擦角临界塑性应变、起始内摩擦角、黏聚力临界塑性应变；再者为泊松比、抗拉强度。应用研究结果表明，这一分析方法将会对硬脆性岩体力学参数的分析和反演提供重要的参考价值。     

中科院图书馆、档案馆工程钢结构连廊吊装方案的选择

通过对中科院图书馆、档案馆工程钢结构连廊吊装方案的讨论 ,针对在市区钢结构施工中受到的外部环境的制约因素 ,探索了一种在市区进行大跨度钢结构施工的方案 ,并提出了建议 ,可为类似工程提供参考。     

建筑物纠偏常用方法及其应用

根据以往的一些建筑纠偏的工程经验 ,本文总结了建筑物倾斜原因及对几种常用的建筑物纠偏方法进行了分析和探讨 ,并列举了相应实例 ,以供有关设计人员参考。     

基础大体积混凝土粗骨料的选择

骨料的粒径大小和骨料的品种不同,对基础大体积混凝土的抗裂性影响较大,骨料的粒径增大,将影响到混凝土的极限拉伸能力,骨料品种的热胀系数过大,也将影响到基础大体积混凝土的抗裂性,为提高基础大体积混凝土极限抗拉能力应选择合适骨料粒径和骨料品种,并进行最佳级配。