冻土地层三维空间变异性表征及冻结帷幕温度特征值演化过程研究

为表征冻土地层天然存在的三维空间变异性并阐明冻结帷幕温度特征值演化过程与统计规律,将冻土地层热学参数建模为三维空间随机场,提出用于不规则三维空间随机场离散的四面体单元局部平均法;引进体积坐标变换和高斯数值积分呈现了不规则三维四面体随机场单元协方差矩阵的解析计算方法和数值计算方法;构建考虑冻土地层三维空间变异性的冻结帷幕水热耦合随机分析模型,获得温度特征值动态演化过程与统计规律,讨论表征三维空间变异性的随机场相关结构模式对冻结帷幕温度特征值的影响。结果表明：提出的三维随机场四面体单元离散法能与有限元四面体单元离散法完美结合,随机场网格与有限元网格的对应关系清晰,易于随机有限元程序的编制;冻土地层热学参数的空间变异性对冻结帷幕温度特征值有显著影响,其中导热系数空间变异性影响最为强烈;不同三维随机场相关结构模式对冻结帷幕温度特征值影响程度存在差异,其中三角型模式影响最大,高斯型为中间值,指数型影响最小。     

薄膜式土压力分布测试传感器研发及试验研究

利用导电敏感复合材料与印刷工艺,研制了薄膜式土压力分布测试传感器,整体厚度小于0.2 mm。介绍了传感器的双层结构以及压阻原理,从标定曲线可知,双层结构传感器的压力与电阻之间呈幂函数关系,灵敏度相对更高。通过大型模型试验实测检验了研发的土压力分布测试传感器的基本性能,从试验过程与结果看,传感器基本可靠;测试数据表明,冻结壁模型顶端与底端压力较大、中间压力较小,这与理论分析结果一致。相对土压力盒而言,薄膜式传感器具有体积小（可实现大密度测试）、T/D小（对土体扰动小）、引线方便以及弯曲挠度大（适合弯曲表面压力测试）等优点,具有进一步深入研发的价值。     

炭黑/硅橡胶复合材料力敏元件热、力敏感试验研究

在岩土力学与工程领域,大变形测试方法与技术亟待开发。前期研究发现,利用炭黑/硅橡胶导电复合材料研发的力敏元件具有较好的大变形敏感特性。根据研究需要,通过试验方法研究了这种大变形力敏元件的热、力敏感耦合特性。对制作的力敏元件进行了两种加载试验,一是固定拉伸应变下温度循环试验;二是变应变下温度循环试验。试验结果表明,恒定应变下,试样电阻随温度循环而循环,且呈现出电阻松弛现象;应变与温度同时变化时,电阻的变化主要受应变影响,温度影响相对较弱。     

薄膜式土压力分布传感器研发及试验研究

在岩土力学与工程领域,随着对土压力荷载大小与分布研究的深入,新型土压力传感器的研发愈显重要.本文利用导电敏感复合材料研制了一种新型薄膜式土压力分布传感器,其总厚度小于0.2 mm.首先介绍了传感器的设计原理及结构,初步测试结果表明,双层结构传感器的灵敏度相对更高.然后,通过大型模型试验实测检验了研发的双层结构土压力分布传感器的基本性能.新型传感器具有测点面积小(可实现大密度测试)、T/D小(对土体扰动小)、引线方便以及弯曲挠度大(适合弯曲表面压力测试)等特点.综合来看,它用于土压力分布测试初步是可行的,具有进一步深入研究的价值.     

土工筋带变形测试传感器研发与试验研究

工程上,土工加筋带变形测试一直是个难题,主要是因为其应变较大且加筋带外层是相对较软的聚合物结构.利用纳米导电炭黑颗粒充填聚合物获得敏感材料,再通过印刷技术将其印刷在塑料薄片上,制作成传感元件.通过拉伸试验测试了四种不同底板传感元件的传感性能,试验结果表明,四种元件均具有拉伸敏感性,电阻值随拉伸应变的增大而增大,且满足模量匹配与较大应变要求.对比分析发现,PVC底板传感元件的综合性能最佳,适合作为土工筋带变形测试元件使用.另外,这种方法制作的传感元件可批量化生产,无需逐个标定,极大地提高了它的实用性.     

利用完整和非完整荷载-位移曲线确定抗拔桩的极限承载力

基于6根浅覆盖层嵌岩桩的现场破坏性试验,采用3种预测模型对完整的荷载-位移曲线进行定量分析和预测.通过位移控制法(DCM),折减系数法(RCM),最大曲率法(MCM),临界刚度法(CSM)4种方法进一步确定了极限抗拔承载力的预测值,并与实测值进行了比较.通过分析抗拔刚度变化率与位移之间的关系,提出了一种利用非完整荷载-...     

月球小重力及真空环境地面模拟试验系统研制

系统研究月球极端环境下月壤热、力学特性及工程响应已成为当前月球原位资源利用(ISRU)和国际科研站(ILRS)建设的亟需任务.针对现阶段缺乏月球极端环境模拟设备的现状,本文研发了月球小重力及真空环境地面模拟试验系统.基于磁力场模拟重力场原理,推导了磁拟小重力场基本要求,在此基础上设计了磁体结构及附属模块,实现了持续时间大于20 min的(1/6)g重力场模拟.同时,通过耦合设计叠加了真空模块,实现了?85 mm×160 mm试验空间中1×10^-3 Pa空载真空环境的模拟.最后,开展了CUMT-1模拟月壤在不同重力环境下的静力触探试验和不同真空环境下的导热系数测试,验证了系统的可靠性.     

炭黑充填重塑粉土单轴压缩裂隙群体发展演化测试

利用炭黑充填粉土配制了导电性的土工材料,通过表面布置分布式电极的测试方法,对其内部电阻变化率沿压缩方向进行分布式测量。研究表明:内部裂隙繁衍发展引起的电阻变化可对试样受力阶段进行同步且敏感的响应;根据不同电极间电阻变化率测试值的差异,可反映试样受压破坏演化过程不同部位裂隙扩展程度。研究认为,电极间测试电阻对裂隙扩展具有敏感性,分布式电极的测试方法能够对试样破坏演化过程进行捕捉并反映不同部位裂隙群体发展变化情况,初步具有自测试的能力。