取样扰动对土的工程性质指标影响的试验研究

本文报道了取样扰动对土的工程性质指标影响的一批研究成果。采用100mm和75mm两种直径的取土器取样作对比试验以研究取土器扰动的影响。试验证明取土器直径对试样的孔隙比、压缩系数、超固结比和天然强度等指标都有明显的影响。采用两种预固结处理的方法以恢复原生应力状态,用不固结不排水试验比较了应力状态对天然强度的影响。对取土过程中土体应变的分布及其对土样扰动的影响用有限元方法进行了模拟。     

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。     

地下水扰动作用下地基土体渗透破坏试验研究

为分析近年来中国西南地区频繁发生的“天坑”形成原因,从渗流破坏理论出发,通过自主设计循环变水压渗透试验装置模拟地下水扰动过程,研究了地下水扰动作用下地基土体的变形破坏机制.首先通过现场和室内试验获得土样的基本物理化学性质,排除由碳酸盐溶洞导致地表塌陷的可能性.在此基础上,为模拟地下水循环扰动对土体的渗透破坏作用,采用饱和土渗流理论,设计了1种变压型常水头渗透试验装置,通过自动循环地改变水头大小模拟地下水扰动对土体的破坏机制,分析实验前后土样级配组成、水头变化和土样变形破坏特性,试验表明土样在地下水扰动作用下细颗粒明显减少,土体级配结构发生改变,土体承载力降低并最终导致土体塌陷.变压型常水头渗透破坏试验研究表明,该方法较好地阐明了该地区“天坑”形成机制.     

基于接触力学的复杂桩土结构相互作用分析

基于大型通用有限元软件Abaqus对某驳岸码头群桩结构进行有限元计算,采用接触力学算法模拟桩与土体之间的接触作用,建立了考虑复杂接触的三维有限元模型,对桩身弯矩和侧向土压力的分布规律进行了分析,验证了接触力学算法在复杂土与结构相互作用分析中的有效性。     

压桩过程中静压桩挤土位移的动态模拟和 实测对比研究

 圆孔扩张法及应变路径法由于土体的大变形和桩土界面摩擦接触问题而难以模拟动态的压桩过程,数值模拟法能够考虑到土体的本构关系、大变形和桩土的相互作用等诸多因素的影响,因而在静压桩挤土效应方面得到了广泛的应用。采用合适的土体屈服准则及有限变形理论,通过在桩土界面设置接触以及在桩顶施加位移荷载建立了能够实现动态压桩过程的有限元模型。利用得到的有限元模型模拟了沉桩产生的水平及竖向挤土位移场,讨论了动态压桩过程对沉桩挤土位移场的影响,并和现场实测进行了对比。研究结果表明,挤土位移场动态模拟结果与实测值相一致,且能反映土性的变化情况;在动态压桩过程中,水平向的挤土位移随着压桩深度的增加而增大,竖向挤土位移随着压桩深度的增加浅层土体表现为隆起增加,而深层土体表现为下沉量增加。挤土位移的最大值与压桩深度存在滞后效应,因此在压桩过程中要给以足够的重视。     

热传导CPT探头的研发与应用

土体热导率是能源地下工程、高压电线埋设、冻土路基等工程设计中的重要参数,是评估土体换热性能及地下温度场计算的关键,但目前缺乏有效的原位测试手段。基于瞬时线热源温度消散理论,研发了可测试原位土体热导率的静力触探(CPT)探头。根据理论假设与现有CPT系统尺寸,确定了探头具体长度、直径、内部构造、温度采集点位,并提出相应测试步骤与热导率计算方法。利用COMSOL有限元分析软件对测试过程进行模拟验证,结果表明探头实际传热符合线热源假定,且计算方法适用于一般热导率土体。对于热导率较小(小于0.6 W/(m?K))土体,需适当延长测试时间。现场应用表明,土体原位热导率略高于取样土室内测试结果,表明取样扰动可能降低土体导热性能,最后对取样测试及工程设计提出改进建议。     

热传导CPT探头的研发与应用

土体热导率是能源地下工程、高压电线埋设、冻土路基等工程设计中的重要参数,是评估土体换热性能及地下温度场计算的关键,但目前缺乏有效的原位测试手段。基于瞬时线热源温度消散理论,研发了可测试原位土体热导率的静力触探(CPT)探头。根据理论假设与现有CPT系统尺寸,确定了探头具体长度、直径、内部构造、温度采集点位,并提出相应测试步骤与热导率计算方法。利用COMSOL有限元分析软件对测试过程进行模拟验证,结果表明探头实际传热符合线热源假定,且计算方法适用于一般热导率土体。对于热导率较小(小于0.6 W/(m·K))土体,需适当延长测试时间。现场应用表明,土体原位热导率略高于取样土室内测试结果,表明取样扰动可能降低土体导热性能,最后对取样测试及工程设计提出改进建议。     

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。     

基坑土钉支护的非线性有限元分析

土钉墙支护作为一种基于土体自身承载能力的挡土结构,在土体开挖和边坡稳定中应用广泛。结合土钉墙支护结构的特征及其施工过程,通过非线性有限元分析,对土钉墙支护结构的受力与变形进行了数值模拟计算。为了提升计算精度,在仿真模型中引入了接触面单元,对被支护土体与土钉墙结构之间的接触行为进行了模拟。通过与现场实测结果对比分析表明,利用非线性有限元计算,可以较好开展土钉墙支护的数值计算,计算精度较高,可以有效指导设计与施工。     

大型泥水盾构施工土体扰动实测及动态模拟

目前,对大直径泥水盾构隧道施工过程土体扰动的研究还比较少,但这方面的研究对于隧道施工建设又十分重要.为此,以上海西藏南路越江隧道工程为背景,通过现场监测,得到了盾构在推进过程中隧道周围土体分层沉降及水平位移在时间和空间上的扰动规律,并分析了其原因.然后利用通用有限元程序ABAQUS的单元生死技术模拟了盾构机在土体中的推进过程,并对开挖过程进行了动态模拟.最后,将动态模拟的结果与原位实测的结果进行了对比.     

软土地基取土质量控制与分析

本文叙述了杭州湾跨海大桥南岸接线高速公路软基试验段工程中钻孔取土所用的机具与水压式固定活塞薄壁取土器的应用情况,介绍了室内试验的土样制作情况,对软土试样无侧限抗压强度试验的结果进行了统计分析,得到四层土共105个试样的平均破坏应变只有5.4%,说明本工程取土质量是好的,室内土工试验结果可用于工程效果的判断和理论分析计算。     

大连市黏性土压缩特性SEM微观机理研究

黏性土的工程特性,都与土体的微观结构有着密切的联系。大量的研究表明,微观结构的变化,决定了土体宏观力学性质。因此,研究黏性土工程特性与其微观结构状态之间的内在联系,对于深入研究黏性土工程特性具有十分重要的工程意义。本文选取大连市某钻孔不同深度的5个土样样品首先进行模拟原状样压缩试验(主要还是针对扰动样),分析不同荷载下的释水量和变形量,试验完成后,对原状样和压缩土样采用电子显微镜扫描(SEM),然后利用ERDAS软件对SEM图片进行分析,研究压缩前后土体微观结构,特别是孔隙大小和颗粒相关指标变化规律,结合压缩试验数据,分析二者之间的联系。     

点夯夯沉量分析研究

深圳某拟建加工厂场区原地形高差大,需平整场地。根据场平填土厚度大的特点,对回填土采用强夯处理,夯击能为4000kN·m,试夯累计夯沉量达到1．45～1．88m。在对夯击数与累计夯沉量的同归、夯击能消耗、夯沉量估算的夯锤底接触应力及压强传递进行分析后得出,夯击数与累计夯沉量呈三次方函数关系;前几夯夯沉量大,以冲切密实浅层土为主,土体压缩消耗能量比例大,后几夯,夯沉量小,能量以增加超孔隙压力和振动波的形式加同深层土体和消散;夯锤与土体作用时间仅为0．06～0．01s,接触应力可达4～20MPa,大部分接触应力为超孔隙压力所承担和传递,因而未破坏土体结构的结论。     

侧限条件下冲击作用对黏性土变形与强度性状的影响

在侧限条件下,对不同饱和度的黏性土进行不同能量的冲击,对冲击后的土样进行侧限压缩试验和直剪试验,研究冲击能量与冲击后土的密度、压缩曲线、压缩模量和强度参数之间的关系,得到了一些有益的认识.     

Analysis of steering in horizontal directional drilling installations using down-hole motors

Horizontal directional drilling is becoming an increasingly popular technique for the installation of pipes in urbanised environments or in locations where trenching is difficult, such as under rivers or railways. This technique utilises down-hole bits to create the bore before it is expanded with back-reamers to allow installation of the product pipe. Controlling the path of the bore is critical to the success of many horizontal directional drilling installations and the potential inability to maintain such positional control is a factor that prevents the widespread adoption of this technique in place of traditional open cut methods.Two types of drill bit are commonly used in horizontal directional drilling; shaped jet-cutting bits and bits mounted on bent-subs and driven by mud-motors, the former being utilised in weak ground conditions and the latter in stronger formations. This paper analyses a dataset of survey data from pilot bores for fifty-four HDD installations that used mud-motors to investigate the parameters that impact upon the control of the position of the drilling bit. The drives are broken down into sections of rotary and slide drilled borepath and these are investigated separately. Drilling practice, drilling equipment, length of drive and the geology in which the bore is being established will have an effect upon the ability to control the position of the drilling bit.     

表面张力与接触角对膨胀土干缩开裂影响的试验研究

用悬滴法对纯水、酒精溶液和肥皂水(表面活性剂)3种液体的表面张力进行测量,比较3种液体表面张力的大小;用躺滴法测量混有十八胺的两种土样的接触角。在此基础上,针对不同表面张力和接触角的膨胀土试样进行收缩开裂试验。试验结果表明:孔隙水表面张力和接触角对膨胀土的收缩开裂有重要影响。表面张力越小的试样,其最终收缩开裂裂隙度越小,但在裂隙发展阶段,脱湿时间相同时,孔隙水表面张力小的土样其收缩开裂裂隙度有可能大于表面张力较大的土样。增大土颗粒与孔隙水间的接触角可以很好的抑制膨胀土的收缩开裂,接触角越大,相同的脱湿时间下土体的收缩开裂裂隙度越小。减小孔隙水表面张力或增大接触角都会使土体中的弯液面曲率半径增大,从而减小土体中的基质吸力。接触角的增大还有可能使弯液面由凹变凸,基质吸力会因此消失,从而很好的抑制膨胀土开裂。     

润渭冲洗液对胎体材料的润滑作用

本文用试验的方法证实了润滑剂对胎体的润滑性是影响金刚石制品工作效率与寿命的一个重要因素，并得出结论：钻进硬岩时，润滑剂应对胎体的润滑性较差，以保证新金刚石不断出露、提高时效；而钻进研磨性较大的岩层时，所用润滑剂对胎体的润滑性应较好，以减少胎体的磨损达到提高寿命的目的。根据以上结论本文提出了一种新型、高效润滑剂—Ｓ－１型润滑剂，并在室内进行了试验，证实了Ｓ－１型润滑剂有明显提高时效的作用。     

Drilling detritus and the operating parameters of thermally stable PDC core bits

A single rock type was drilled using two types of thermally stable polycrystalline diamond compact (PDC) and an impregnated diamond core bit using a fully instrumented laboratory drilling rig at a fixed rotational speed, and over a range of weights on bit (WOB). Operating parameters of the bits such as WOB, rate of penetration (ROP), rotational speed (RPM), torque and drilling specific energy (SE) were continuously monitored during the drilling trials. The effects of these parameters on the performance of the bits were examined. Relations between the drilling variables are also described. At each set WOB for each bit, the drilling detritus were collected. The detritus sizes between 1180 and 53 microns were analysed using wet sieving and sub 53 micron was analysed using a Malvern particle size machine. Both data were combined to obtain a particle size distribution at set WOBs for each bit. The relations between the particle size of the drilling detritus and operating parameters, cutter size and wear of the PDC and impregnated diamond core bits, and original rock grain size were established. An increase in WOB, ROP, wear rates, pins or diamond size increased the drilling detritus size for the bits. No relation was found between the drilling detritus and the rock grain size due to the regrinding effect and the high proportion (> 30%) of matrix material in the rock.     

钻孔挤压承压型囊式分支桩施工技术研究

钻孔挤压承压型囊式分支桩施工技术是在原钻孔或沉管成孔灌注桩基础上,充分利用各土层的抗力沿桩身设置多个分支,增加桩侧摩阻力从而提高混凝土桩的承载力。本文介绍了钻孔挤压承压型囊式分支桩施工技术原理、技术特点、施工工艺要点等,为类似的工程提供一定的技术指导。     

Damage-free coring technique for rock mass under high in-situ stresses

Rock sampling with traditional coring method would cause initial damage to rock samples induced by in-situ stress relief during coring.To solve this problem,a damage-free coring method is proposed in this paper.The proposed coring scheme is numerically modeled first,and then it is verified by comparative laboratory tests using rock samples both obtained by conventional coring method and the proposed damage-free coring method.The result indicates that the in-situ stresses in sampling area could be reduced by 30%-50% through drilling a certain number of destressing holes around the whole sampling area.The spacing between adjacent destressing holes is about 10 cm.The average uniaxial compressive strength(UCS) of rock samples obtained by the damage-free coring method in Jinping II hydropower station with overburden depth of 1 900 m is higher than that of samples obtained by the conventional coring method with the same depth by 5%-15% and an average of 8%.In addition,the effectiveness of damage-free coring method can also be verified by acoustic emission(AE) monitoring.The AE events monitored during uniaxial compression test of damage-free coring samples is fewer than that of conventional coring samples at the primarily loading phase.