岩土模型试验中土体变形的数字图像测量

变形量测分析在岩土模型试验研究中占据十分重要的地位.利用四边形等参单元概念,给出基于位移模式的土体剪应变计算方法,采用互相关的图像匹配技术,编制相应的数字图像相关变形分析程序,实例验证结果表明该程序具有可靠的精度.利用该技术对方形基础室内模型试验中的土体变形进行测量,结果表明基于数字图像的测量系统能够实现岩土模型试验中土体位移场及剪应变场发展直至破坏的全过程定量测量,为土体细观力学特性与全场变形特性定性与定量研究提供了有力的工具.     

数字化近景摄影测量在模型试验变形测量中的应用

讨论模型试验中目前主要采用的各种位移量测技术的优缺点，阐述了数码像机数字化近景摄影测量的基本原理和方法，对该方法进行了误差分析，并首次将该技术应用到模型试验变形测量中。该方法具有非接触、设备简单、对环境要求低、能直接提供内方位元素、无软片压平误差、自动化程度高、精度高等优点。研究结果表明，该方法所测位移场规律性好，与试验过程中各种现象符合很好，与对应点百分表测值相差在30％以内。     

三维模型内部位移测试装置及其应用

为了获取岩体内部变形信息,研制出牵引式多点位移测量装置,并将其应用于三维模型试验内部位移量测。在3 600×2 000×2 000 mm(长×宽×高)的大型三维模型中3个不同层位共布设9个内部位移测点,同时在对应位置设置表面位移测点,开展模拟开采过程模型位移规律研究。试验表明,模型内部位移呈缓和的台阶状变化,随着工作面推进台阶阶高逐渐降低,它与模型表面位移的台阶状变化相对应;岩层稳定后,处于相同层位的内部测点最终位移基本相同,3个层位的内部测点的最终位移值分别为54、35、25 mm,同一层位的表面位移也基本相同,最终位移值分别为58、41、30 mm,内部最终位移值比表面最终位移值小7%~15%;同一层位岩层内部变形、表面变形同步变化,与工作面上覆岩层垮落和来压规律一致。该位移测量装置测量数据可靠,读数精度可达0.07 mm/°,安装和操作方便,为三模型试验内部变形测试提供了新的研究手段。     

数字照相量测在大型洞群模型试验中的应用研究

地质力学模型试验和数值模拟方法是研究深埋、高地应力条件下大型地下洞室群围岩稳定性状况的重要方法。以双江口水电站地下洞群模型试验为研究对象,为解决洞周边墙关键点微小位移的量测问题,通过在洞周表面布置人工量测标志点和全程数字图像采集,应用PhotoInfor图像分析软件系统对洞室拱顶及边墙收敛位移进行了计算分析。获得了洞室加载与开挖过程中位移的变化过程与规律曲线。同时,利用FLAC3D软件模拟了洞群围岩的稳定性状况。研究结果表明:在大型洞群模型实验中,数字照相量测能够识别0.02 mm以下的微小位移;数值计算结果与照相量测结果规律基本吻合;数字照相量测弥补了三维模型试验中传统预埋量测仪器而破坏模型整体性的缺点,能够广泛应用在岩土工程试验之中。     

基于图像分析的土坡离心模型试验变形场测量

开发了离心场条件下土坡离心模型试验变形场非接触测量技术并进行了实际应用。基于图像相关分析理论,开发了新的土坡离心模型试验过程中土体位移非接触测量系统以观测离心机运行中土坡的位移。针对简单土坡进行了离心模型试验,测量了土坡的位移场变化过程。测量结果规律性好,表明该非接触测量技术能够较好地测定离心模型试验中土体侧面任意点在任意时刻的位移,适用于离心场环境中土坡变形过程的测量。加载导致土坡在某些位置出现变形集中,意味着这些位置发生了应变局部化。应变局部化的发展与土坡破坏有着密切联系。     

地下结构荷载反算中的测线网优化布置

通过位移反分析方法来确定地下结构上荷载大小分布是一种行之有效的方法。针对地下结构荷载反算中测线赁经验布置的盲目性,提出了独立测线网的布置方案,借助奇异值分解并结合解估计分辨率和解估计方差提出了量优测线网的准则,为地下结构荷载反算正确布置测线提出了理论依据。解决思路可以推广应用到其他位移反分析问题的测线布置优化。     

超高压智能数控真三维加载模型试验系统的研制及应用

 随着世界对矿物资源和能源需求的增加,人类地下开采活动不断走向地球深部。为了揭示超深埋地下洞室在高地应力条件下的非线性变形特征与强度破坏机制,采用数控技术和光电装换技术研制了超高压智能数控真三维加载模型试验系统,该系统主要由模型反力架、超高压加载系统、智能液压控制系统、模型位移自动采集系统、高清多探头窥视系统组成。系统额定出力63 MPa、最大加载45 000 kN、加载精度0.05 MPa。通过智能数控技术实现模型超高压真三维梯度非均匀加载;通过光电转换技术实现模型洞室任意部位位移的自动测试,位移测量精度0.001 mm;通过高清多探头窥视系统实时动态观测模型洞室的破坏状况。利用研制的整套模型试验系统对新疆塔河油田超深埋油藏溶洞的成型垮塌破坏过程进行相似材料三维地质力学模型验,揭示出古溶洞成型垮塌破坏模式、非线性变形特征和应力变化规律。通过地质力学模型试验验证超高压智能数控真三维加载模型试验系统的可靠性,该系统在研究超深埋地下洞室的非线性变形破坏机制方面具有广泛的应用前景。     

堆石围堰变形特性试验研究

本文用结构模型试验方法,研究了堆石围堰在自重和水荷载作用下的变形特性,给出了自重、正常水荷载、漫坝水荷载(超载)和正常水荷载长期恒载作用情况下的水平位移和垂直位移分布规律。表明在各种正常荷载作用情况下,水平位移均小于垂直位移。水平位移与垂直位移的比值约为0.3。 文中还论述了堆石围堰结构模型试验中的模拟原则、相似常数、模型材料、量测技术等问题。     

地下洞室模型试验研究

介绍了地下洞室模型试验研究的目的、内容、原理和方法,结合具体工程的模型试验结果,说明模型试验在复杂地质条件下,地下洞室围岩应力和位移分布以及破坏形态和机理分析中的应用。指出模型试验仍然是复杂地质条件下大型地下洞室围岩稳定性分析的重要手段之一,其与数值计算不可相互替代;而二者的相互结合和补充,则是地下洞室围岩稳定性研究的重要发展方向。     

边坡位移矢量场与失稳定时预报试验研究

 以1985 年6 月12 日凌晨长江三峡新滩滑坡为例进行了工程地质力学白光散斑模型试验, 用白光散斑照相技术和自动记录仪测量模型表面的位移矢量场, 模型试验过程为1 420m in, 破坏前位移量为21. 20mm。依据位移2时间相关关系和边坡模型滑面的抗剪强度,分别用斋藤法、灰色系统预测理论和有限单元法进行了中长期定时预报, 预报的失稳时间分别为1 395, 1 435 和1 415m in, 与试验模型实际破坏的时间基本一致。     

整体式反应位移法的理论推导及一致性证明

整体式反应位移法是近几年提出的用于地下结构抗震分析的实用计算方法,目前适用于复杂断面形式地下结构抗震分析的整体式反应位移法已被《地下结构抗震设计标准》（GB/T 51336-2018）采用。该方法通过建立地层-结构整体模型来反映岩土介质与结构之间的相互作用、采用自由场地层模型计算等效输入地震荷载,避免了经典反应位移法中由地基弹簧的确定和使用带来的计算量和计算误差,同时弥补了经典反应位移法只适用于规则断面形状地下结构抗震分析的局限性。文章基于有限元离散模型,给出地下结构地震反应分析的整体式反应位移法的理论推导,并证明地下结构抗震设计标准中采用的整体式反应位移法与理论推导给出的整体式反应位移法的一致性,有助于对整体式反应位移法的理解和正确使用。     

天荒坪抽水蓄能电站试验洞的位移反分析研究

为查明天荒坪抽水蓄能电站地下厂房所在位置围岩初始地应力场的情况,沿厂房的拟设轴线开挖了模型试验洞,量测了围岩位移与洞周收敛位移,并据以进行了反分析计算。文中所用的数值计算法为边界单元性,包括弹性问题和粘弹性问题的反演计算,所得初始地应力的方向及量值与以其它方法测得的结果符合较好。     

土钉拉拔接触面的细观模型试验研究与数值模拟

 利用数码可视化跟踪技术和土体变形无标点量测技术,通过室内模型试验,从细观层面对密砂中粗糙土钉拉拔时,钉土接触面的位移场、砂颗粒运动轨迹及剪应变规律进行研究,发现接触面颗粒先竖向运动,而后水平运动,且发生剪胀作用;土钉周围土体剪应变逐渐以径向为主,作用区域上下对称。以室内模型试验为基础,建立土钉拉拔的三维颗粒流模型,从细观力学角度验证室内模型试验中接触面砂土位移场规律,并进一步发现拉拔过程中土钉周围的孔隙率随着与土钉距离的增大逐渐减小,土钉端部处的土体孔隙率等值线为由一点逐渐向外扩散的同心的不规则圆;颗粒接触数在接触面处最小,然后向外逐渐增大等细观发展变化规律。研究成果对于进一步明确土钉拉拔的机制和接触面的发展规律都具有意义。     

结构试验中二维位移检测技术探讨

结构试验中试件的位移主体大多发生在一个平面之内,而且位移量往往以一个方向的位移为主,与之垂直方向的位移为辅.传统位移检测方法中,需要用两只一维位移传感器组合的方式进行测试,但该方法在使用过程中有诸多弊端,如易发生测杆弯曲卡壳或基座松动,或对测点的位移敏感度低而达不到测试精度.本文提出一种结构试验中二维位移的测试方法,并...     

基于图像分析的浅基础破坏机理可视化研究

为了研究垂直荷载下浅基础模型试验变形场及破坏模式,以数字图像相关技术(DIC)为基础,编制相应的位移场分析程序,并通过实例对该程序的可靠性和精度进行验证。浅基础模型试验结果表明:利用编制的DIC程序获得了浅基础下土体的全场位移;浅基础在加载过程中先后出现两道滑动面,第一道滑动面与按极限平衡理论所推得的滑移面相似,在极限荷载条件下,最终出现第二道滑动面,滑动面在地表处趋于收敛;基底下的土在整个加载过程中不发生破坏,处于弹性平衡状态。随着离开基础中心线距离的增加,最大水平位移先增加后减小,在基础边缘处,最大水平位移达到最大值;在极限荷载下,基础沉降影响深度约为(1.5～2.0)B。     

土工模型试验数字摄影变形量测新方法

数字摄影变形量测新方法,主要是针对在短螺旋挤土灌注桩成桩挤土效应模型试验中非接触量测桩周土体变形的技术难题而开发的。该方法的核心是,在数码相机位置、摄影参数、光源位置及强度变动的情况下,通过应用自行开发的投影坐标变换程序VPCC和绘图程序CCM,同时利用Windows系统所提供的画图功能,实现了变形的非接触量测。经过在模型试验中的应用,验证了这一新方法能够提供高精度的土体位移场云图和等值线图,从而解决了目前商用数字摄影变形量测软件在模型试验中无法解决的技术难题,为土工模型试验的非接触量测提供了一种有效、可靠且成本低廉的量测手段。     

反应位移法在复杂地下结构抗震中的应用

针对我国尚缺少完善的地下结构抗震分析方法和专门的有关复杂地下结构抗震设计规范的现状,在总结目前国内外地下结构抗震计算方法的基础上,采用反应位移法对某复杂地下大空间结构进行抗震设计与分析。同时,分析中还建立了该复杂地下结构的三维精细化有限元模型,采用动力时程分析给出结构的基准地震响应,从而评价反应位移法用于复杂地下结构抗震设计的适用性。分析结果表明,对于不同的计算工况反应位移法的计算结果与动力时程分析均基本一致,说明反应位移法可用于复杂地下结构的抗震设计。研究结论可为今后类似地下工程的抗震设计提供指导。     

基于图像技术的桩周土位移场测量初步研究

基于数字图像技术对沉桩过程桩周土体位移场进行了测量。在模型桩贯入过程中,采用高像素的数字相机连续摄取桩及桩周土体变形的灰度图像,并实时地存储在计算机中进行相关运算,求出全场土体位移矢量。试验结果表明,本文所提出的全场位移方法所测量位移的精度要高于其它测量方法,测量结果与弹性理论解也十分接近。本法操作简便,对环境要求不高,可以实施全场测量,可以应用于研究土体变形机理的试验研究。     

基于DIC技术的桩–土–承台共同作用性状的 模型试验研究

 利用数字图像相关技术,编制适合岩土试验模型变形量测分析的位移场分析程序(DIC)。结合室内模型试验,利用DIC程序对试验中获得的系列图像进行分析,得到群桩基础的承载变形特性、桩周土体的位移场,并对其破坏模式进行推断。研究结果表明：利用自行编制的DIC程序分析桩周土体位移场是可行的,并可以得到全场位移;随着桩距增大,群桩基础荷载沉降特性有更多的天然地基承载表现;3b(b为方桩边长)桩距群桩由于桩对桩间土体的遮拦作用明显,其侧向位移数值较6b桩距的要小;对于3b桩距群桩,土体的压缩主要集中在桩端以下土层,整个群桩基础呈实体深基础破坏模式,而对于6b桩距群桩,桩间土体的压缩量占主导地位,整个基础因桩间土体侧向挤出而破坏。分析结果验证复合桩基理论,6b桩距可视为常规桩基与复合桩基的桩距分界点。     

一种仅需距离控制的模型试验平面位移场单像视觉测量

 以高速公路滑坡与路堑边坡物理模型试验的平面位移场测量为例,采用一种无需模型坐标控制的视觉测量方法代替常规的物理或机械方法测量平面位移场。以普通数码相机为测量工具,不需要基准点的坐标而只需测量部分基准点间的距离即可恢复模型平面与像平面间的单应关系,使得测量工作不依赖大地测量仪器。试验过程中相机的内、外方位元素固定,且近似垂直于模型平面,经标志点影像坐标量测,单应矩阵检验后得到模型坐标,消除刚体位移后得到模型的平面位移场。解算结果表明,解析处理结果高于立体解算的精度,可用于亚毫米级精度的平面位移测量。