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土的三維應力測試技術

更新時間(jian):2024-03-15瀏覽:140次
在地基承載力(li)、邊坡穩定性和(he)土(tu)體變形(xing)研究等巖土(tu)工程問題中(zhong),人(ren)們往(wang)往(wang)將三維應(ying)力(li)簡化為二維應(ying)力(li)或其(qi)他特(te)殊應(ying)力(li)。這種(zhong)簡化主要(yao)基于現(xian)有測試手段(duan)的(de)局限性,必將降(jiang)低(di)人(ren)們的(de)認(ren)識水(shui)平和(he)解決(jue)問題的(de)能力(li)。

一(yi)(yi)維(wei)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)狀態和平面應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)狀態在(zai)自然界中(zhong)很難遇到,而三(san)維(wei)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)在(zai)土木工程中(zhong)是普遍存在(zai)的。但三(san)維(wei)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)的測(ce)試一(yi)(yi)直存大困難,因此人們(men)(men)常常將三(san)維(wei)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)狀態理(li)想化為一(yi)(yi)維(wei)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)狀態,并用(yong)單向土壓力(li)(li)(li)(li)盒(he)測(ce)試。在(zai)地基(ji)承載力(li)(li)(li)(li)、邊坡(po)穩定性和土體(ti)變(bian)形研究(jiu)等巖土工程問題中(zhong),人們(men)(men)往往將三(san)維(wei)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)簡化為二(er)維(wei)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)或(huo)其他特殊應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)。這種簡化主(zhu)要基(ji)于現有(you)測(ce)試手段的局限性,必將降低(di)人們(men)(men)的認識水平和解(jie)決問題的能力(li)(li)(li)(li)。

物理量(liang)的(de)(de)(de)(de)存(cun)在是(shi)客(ke)觀(guan)的(de)(de)(de)(de),但物理量(liang)的(de)(de)(de)(de)表(biao)示(shi)是(shi)主觀(guan)的(de)(de)(de)(de)。客(ke)觀(guan)存(cun)在的(de)(de)(de)(de)應(ying)力(li)其表(biao)示(shi)方法(fa)也是(shi)主觀(guan)的(de)(de)(de)(de),常規(gui)的(de)(de)(de)(de)三維應(ying)力(li)表(biao)示(shi)方法(fa)是(shi)3個正(zheng)應(ying)力(li)+3個剪應(ying)力(li)。對于各向同性材料(liao)來說(shuo),既可以(yi)用3個主應(ying)力(li)表(biao)示(shi),也可以(yi)用八(ba)面體應(ying)力(li)表(biao)示(shi),還可以(yi)用P、Q、應(ying)力(li)羅德角(jiao)的(de)(de)(de)(de)形式(shi)表(biao)示(shi)。

基于(yu)對3個(ge)(ge)(ge)正應(ying)(ying)力(li)(li)+3個(ge)(ge)(ge)剪應(ying)(ying)力(li)(li)的三(san)維應(ying)(ying)力(li)(li)可(ke)以用(yong)6個(ge)(ge)(ge)正應(ying)(ying)力(li)(li)表示的認識。我們(men)發現通過測試6個(ge)(ge)(ge)不(bu)(bu)同(tong)方向上的正應(ying)(ying)力(li)(li)就(jiu)可(ke)以得到這(zhe)3個(ge)(ge)(ge)正應(ying)(ying)力(li)(li)和(he)3個(ge)(ge)(ge)剪應(ying)(ying)力(li)(li)。并根據此三(san)維土壓力(li)(li)測試原理,已經開發出多種型號(hao)的三(san)維土壓力(li)(li)盒(he),分別適用(yong)于(yu)模型實驗和(he)原位測試等不(bu)(bu)同(tong)應(ying)(ying)用(yong)場景。

例如:

1、三維土(tu)壓(ya)力測試技術在(zai)循環加卸(xie)載(zai)中(zhong)的應(ying)用。將三維土(tu)壓(ya)力盒應(ying)用到(dao)一(yi)(yi)個(ge)模(mo)型實(shi)驗(yan)中(zhong)。通過6個(ge)相同梯度、8個(ge)相同循環的加卸(xie)載(zai)試驗(yan),得(de)到(dao)了(le)土(tu)中(zhong)連續的三維應(ying)力。可以看出(chu)(chu),雖然每(mei)次的荷載(zai)條(tiao)件一(yi)(yi)樣(yang),但土(tu)中(zhong)的三維應(ying)力測試值并不一(yi)(yi)樣(yang)。說明(ming)土(tu)中(zhong)應(ying)力不但與(yu)外部(bu)荷載(zai)有關(guan),還與(yu)土(tu)的性質有關(guan)。在(zai)此(ci)基礎上(shang),可以非常方(fang)便的得(de)到(dao)相應(ying)的主應(ying)力和主方(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)。此(ci)外,還可進一(yi)(yi)步整理出(chu)(chu)側向(xiang)(xiang)(xiang)應(ying)力與(yu)豎(shu)向(xiang)(xiang)(xiang)應(ying)力的關(guan)系,以及不同方(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)上(shang)的側壓(ya)力系數。

2、三(san)維土壓(ya)力(li)(li)測試技術(shu)還可應(ying)用(yong)于研(yan)究基(ji)(ji)坑(keng)開挖相(xiang)關問(wen)題。比如:用(yong)以(yi)測試毗鄰地(di)鐵隧(sui)道(dao)(dao)的基(ji)(ji)坑(keng)開挖對隧(sui)道(dao)(dao)和地(di)下(xia)設施(shi)的影(ying)響。在(zai)基(ji)(ji)坑(keng)和隧(sui)道(dao)(dao)之間設置(zhi)了兩列六個(ge)測孔,每孔分別在(zai)7.5m和15m處布置(zhi)三(san)維土壓(ya)力(li)(li)盒(he),以(yi)監測基(ji)(ji)坑(keng)開挖的影(ying)響。同時,在(zai)基(ji)(ji)坑(keng)內部(bu)和隧(sui)道(dao)(dao)內部(bu)設置(zhi)位移監測點。通過(guo)2個(ge)月左右的監測,得到(dao)了所有測點三(san)維應(ying)力(li)(li)狀態變(bian)化過(guo)程,并在(zai)此基(ji)(ji)礎上得到(dao)了大主應(ying)力(li)(li)、中主應(ying)力(li)(li)和小主應(ying)力(li)(li)變(bian)化規(gui)律及(ji)其路徑。

3、三維土壓力測(ce)試(shi)技術還可(ke)應用于測(ce)試(shi)沖擊荷載(zai)引(yin)起的三維應力變(bian)化。比(bi)如:可(ke)用于測(ce)試(shi)夯擊作用下土中的應力反應,以評估(gu)夯擊效(xiao)果。

4、三維土壓(ya)(ya)力(li)測(ce)試技術還可(ke)應用于測(ce)試碾壓(ya)(ya)過程中(zhong)土中(zhong)應力(li)反應。根據應力(li)反應,可(ke)評價路基(ji)碾壓(ya)(ya)效果,也(ye)可(ke)用于研究路基(ji)的長期應力(li)演化規(gui)律以及路基(ji)的健康(kang)狀況和穩定性(xing)。

5、三(san)維(wei)(wei)土(tu)壓力(li)(li)測試(shi)技術還可應(ying)用(yong)于測試(shi)山嶺(ling)隧(sui)道掘進對周(zhou)圍巖(yan)土(tu)體的(de)(de)影響和(he)(he)掘進之(zhi)后的(de)(de)應(ying)力(li)(li)松弛和(he)(he)演(yan)變過(guo)(guo)程。2022年將三(san)維(wei)(wei)土(tu)壓力(li)(li)盒應(ying)用(yong)于鄭(zheng)萬(wan)高鐵興山老林崗隧(sui)道,包括超前(qian)埋(mai)設和(he)(he)掘后埋(mai)設兩種(zhong)方案共4個斷面、12個孔位、24個測點。在測試(shi)過(guo)(guo)程中由于各個三(san)維(wei)(wei)土(tu)壓力(li)(li)盒的(de)(de)局(ju)部坐標系與整體坐標系均不相同,因此需要事(shi)先確定坐標轉(zhuan)換和(he)(he)應(ying)力(li)(li)轉(zhuan)換關系。經過(guo)(guo)半個月的(de)(de)監(jian)測,得(de)到了掘進過(guo)(guo)程中周(zhou)圍巖(yan)土(tu)體的(de)(de)應(ying)力(li)(li)演(yan)化以及掘進之(zhi)后的(de)(de)應(ying)力(li)(li)松弛過(guo)(guo)程。

6、三維(wei)土壓力測(ce)試技術還(huan)可(ke)應用于地下爆炸引(yin)起的土體應力測(ce)試。

7、三(san)維(wei)土壓力測試技術還可應用樁基施(shi)工(gong)對環境影響研究,比(bi)如:旋噴樁施(shi)工(gong)對周圍土體的影響。

8、三(san)維(wei)土(tu)壓(ya)力測(ce)試技(ji)術還可用于(yu)低(di)溫(wen)環境和凍(dong)脹效應(ying)測(ce)試。但(dan)要(yao)注意,應(ying)用于(yu)低(di)溫(wen)環境時要(yao)進(jin)行溫(wen)度校正(zheng)。原(yuan)因在于(yu)土(tu)壓(ya)力盒測(ce)試數據(ju)受溫(wen)度變化影(ying)響(xiang)較大,這一點與一維(wei)土(tu)壓(ya)力盒是(shi)一樣的,比如:電阻式、振弦式、壓(ya)電式土(tu)壓(ya)力盒應(ying)用于(yu)低(di)溫(wen)環境時,必(bi)須進(jin)行溫(wen)度校正(zheng)。


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