一种测试海底泥流强度的新型全流动贯入仪
发布时间：2021-07-24 16:14
针对当前缺乏低强度、高含水率的海底泥流强度的有效测试技术这一现状,基于全流动的测量机制,开发了一种新型全流动贯入仪;通过对仪器构造和测力元件的全面改进,实现不排水剪切强度、不同扰动程度下残余强度等参数的有效测量.通过在100g离心模型实验和1g常规重力实验条件下的不排水剪切强度测试,验证了新型全流动贯入仪的可靠性和稳定性;将开发的新型全流动贯入仪应用于模拟细粒土海底滑坡形成的海底泥流的循环强度测试中,取得了较好的效果.
【文章来源】：上海交通大学学报. 2017,51(04)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图１Ｔ形全流动贯入仪Ｆｉｇ．１Ｔ－ｂａｒｆｕｌｌ－ｆｌｏｗｐｅｎｅｔｒｏｍｅｔｅｒ
４５８上海交通大学学报第５１卷图２新型全流动贯入仪Ｆｉｇ．２Ｎｅｗｆｕｌｌ－ｆｌｏｗｐｅｎｅｔｒｏｍｅｔｅｒ高测试精度，特别是选择小量程的传感器适用于强度极低的海底泥流测试；③圆柱形金属外壳与底座固定连接，可以有效抵消仪器测试过程中轴杆的侧摩阻力；④无需复杂的贴片技术，简单加工即可实现仪器的制作，便于应用和推广．１．２测试原理新型全流动贯入仪进行强度测试时，首先将仪器固定在传动装置上，然后通过伺服电动机控制其上下运动，以实现仪器在土体中的贯入与拔出过程；仪器内置高精度Ｓ形压力传感器可以获取贯入或拔出的阻力；最后，经采集系统传输，实时反馈并记录数据．新型贯入仪采用全流动破坏机制，假定探头贯入过程中，土体完全紧密地从探头表面流过．分析结果时，土体不排水剪切强度与贯入阻力存在相关联的塑性理论解［９－１０］，其表达式如下：Ｓｕ＝Ｑ／ＡＮ（１）式中：Ｓｕ为土体的不排水剪切强度；Ｑ为探头的贯入阻力；Ａ为探头的投影面积；Ｎ为阻力系数，取决于探头表面的粗糙程度．Ｒａｎｄｏｌｐｈ等［１０］通过上限极限分析法给出了阻力系数Ｎ的解析解，结合Ｓｔｅｗａｒｔ等［７］的实验验证，推荐Ｎ取平均值１０．５．２新型贯入仪验证２．１仪器组装误差影响及修正新型全流动贯入仪根据预估被测土样的强度范围，可更换不同量程的压力传感器，提高测试精度，故仪器内各部件可拆装．每次组装后各部件连接的松紧程度不同，仪器会反映出不同的初始电压值和标定系数（此处标定系数为仪器所受荷载和电压间的标定关系，用以转换实时的
ｅｗａｒｔ等［７］的实验验证，推荐Ｎ取平均值１０．５．２新型贯入仪验证２．１仪器组装误差影响及修正新型全流动贯入仪根据预估被测土样的强度范围，可更换不同量程的压力传感器，提高测试精度，故仪器内各部件可拆装．每次组装后各部件连接的松紧程度不同，仪器会反映出不同的初始电压值和标定系数（此处标定系数为仪器所受荷载和电压间的标定关系，用以转换实时的贯入阻力），影响测试结果的准确性．本文通过２４组标定试验，分析仪器组装误差对标定系数的影响，并进行修正．图３所示为标定试验的结果及拟合曲线．可见：（１）当初始电压为负值时，标定结果离散性较大，这是由于新型全流动贯入仪内置传感器采用Ｓ形压力传感器，组装后压力传感器两端螺纹连接过紧，使传感器轻微受拉，测量过程中受初始拉应力的影响导致结果离散．（２）当初始电压为正值时，初始电压值与标定系数间呈近似线性关系，其拟合关系为Ｄｅ＝１４．７４＋１９．３６Ｕ０，Ｒ２＝０．９５８（２）式中：Ｄｅ为标定系数；Ｕ０为初始电压值；Ｒ２为方程的确定性系数，为０～１的值，越接近１，表明回归方程的拟合度越高．（３）总体上，标定系数在１４～２０内变化，故组装误差会影响测试结果的准确性，需要进行修正．图３试验结果标定Ｆｉｇ．３Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓ在使用新型全流动贯入仪进行强度测试时，应先检查仪器组装后的初始电压值，若为负值，需重新组装，并注意连接的松紧程度；若为正值，可根据式（２）得到标定系数，再由标定系数转换成电压与荷载间的关系，得到新型全
【参考文献】：
期刊论文
[1]静力触探测试技术在海洋工程中的应用[J]. 郭绍曾,刘润. 岩土工程学报. 2015(S1)
[2]微型十字板在海洋软土中的应用[J]. 王振红,张昆,朱泓,赵苏文,徐彬. 水利学报. 2015(S1)
[3]土工鼓式离心机研发及在海底滑坡研究中的应用[J]. 李家钢,王忠涛,徐博,栾茂田. 长江科学院院报. 2015(01)
[4]海底滑坡块体运动研究综述[J]. 李家钢,修宗祥,申宏,江凤鸣. 海岸工程. 2012(04)
硕士论文
[1]全流动贯入仪的室内和离心模型试验研究[D]. 王冉冉.大连理工大学 2013
本文编号：3300992
【文章来源】：上海交通大学学报. 2017,51(04)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图１Ｔ形全流动贯入仪Ｆｉｇ．１Ｔ－ｂａｒｆｕｌｌ－ｆｌｏｗｐｅｎｅｔｒｏｍｅｔｅｒ
４５８上海交通大学学报第５１卷图２新型全流动贯入仪Ｆｉｇ．２Ｎｅｗｆｕｌｌ－ｆｌｏｗｐｅｎｅｔｒｏｍｅｔｅｒ高测试精度，特别是选择小量程的传感器适用于强度极低的海底泥流测试；③圆柱形金属外壳与底座固定连接，可以有效抵消仪器测试过程中轴杆的侧摩阻力；④无需复杂的贴片技术，简单加工即可实现仪器的制作，便于应用和推广．１．２测试原理新型全流动贯入仪进行强度测试时，首先将仪器固定在传动装置上，然后通过伺服电动机控制其上下运动，以实现仪器在土体中的贯入与拔出过程；仪器内置高精度Ｓ形压力传感器可以获取贯入或拔出的阻力；最后，经采集系统传输，实时反馈并记录数据．新型贯入仪采用全流动破坏机制，假定探头贯入过程中，土体完全紧密地从探头表面流过．分析结果时，土体不排水剪切强度与贯入阻力存在相关联的塑性理论解［９－１０］，其表达式如下：Ｓｕ＝Ｑ／ＡＮ（１）式中：Ｓｕ为土体的不排水剪切强度；Ｑ为探头的贯入阻力；Ａ为探头的投影面积；Ｎ为阻力系数，取决于探头表面的粗糙程度．Ｒａｎｄｏｌｐｈ等［１０］通过上限极限分析法给出了阻力系数Ｎ的解析解，结合Ｓｔｅｗａｒｔ等［７］的实验验证，推荐Ｎ取平均值１０．５．２新型贯入仪验证２．１仪器组装误差影响及修正新型全流动贯入仪根据预估被测土样的强度范围，可更换不同量程的压力传感器，提高测试精度，故仪器内各部件可拆装．每次组装后各部件连接的松紧程度不同，仪器会反映出不同的初始电压值和标定系数（此处标定系数为仪器所受荷载和电压间的标定关系，用以转换实时的
ｅｗａｒｔ等［７］的实验验证，推荐Ｎ取平均值１０．５．２新型贯入仪验证２．１仪器组装误差影响及修正新型全流动贯入仪根据预估被测土样的强度范围，可更换不同量程的压力传感器，提高测试精度，故仪器内各部件可拆装．每次组装后各部件连接的松紧程度不同，仪器会反映出不同的初始电压值和标定系数（此处标定系数为仪器所受荷载和电压间的标定关系，用以转换实时的贯入阻力），影响测试结果的准确性．本文通过２４组标定试验，分析仪器组装误差对标定系数的影响，并进行修正．图３所示为标定试验的结果及拟合曲线．可见：（１）当初始电压为负值时，标定结果离散性较大，这是由于新型全流动贯入仪内置传感器采用Ｓ形压力传感器，组装后压力传感器两端螺纹连接过紧，使传感器轻微受拉，测量过程中受初始拉应力的影响导致结果离散．（２）当初始电压为正值时，初始电压值与标定系数间呈近似线性关系，其拟合关系为Ｄｅ＝１４．７４＋１９．３６Ｕ０，Ｒ２＝０．９５８（２）式中：Ｄｅ为标定系数；Ｕ０为初始电压值；Ｒ２为方程的确定性系数，为０～１的值，越接近１，表明回归方程的拟合度越高．（３）总体上，标定系数在１４～２０内变化，故组装误差会影响测试结果的准确性，需要进行修正．图３试验结果标定Ｆｉｇ．３Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓ在使用新型全流动贯入仪进行强度测试时，应先检查仪器组装后的初始电压值，若为负值，需重新组装，并注意连接的松紧程度；若为正值，可根据式（２）得到标定系数，再由标定系数转换成电压与荷载间的关系，得到新型全
【参考文献】：
期刊论文
[1]静力触探测试技术在海洋工程中的应用[J]. 郭绍曾,刘润. 岩土工程学报. 2015(S1)
[2]微型十字板在海洋软土中的应用[J]. 王振红,张昆,朱泓,赵苏文,徐彬. 水利学报. 2015(S1)
[3]土工鼓式离心机研发及在海底滑坡研究中的应用[J]. 李家钢,王忠涛,徐博,栾茂田. 长江科学院院报. 2015(01)
[4]海底滑坡块体运动研究综述[J]. 李家钢,修宗祥,申宏,江凤鸣. 海岸工程. 2012(04)
硕士论文
[1]全流动贯入仪的室内和离心模型试验研究[D]. 王冉冉.大连理工大学 2013
本文编号：3300992
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