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應(yīng)用方案

儀器網(wǎng)/ 應(yīng)用方案/ 【案例】GDS溫控應(yīng)力路徑三軸試驗(yàn)系統(tǒng)----南京林業(yè)大學(xué)案例

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提出問(wèn)題
王海波老師擁有多年的巖土試驗(yàn)教學(xué)和實(shí)地試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn),曾經(jīng)留學(xué)澳洲,對(duì)國(guó)內(nèi)外的巖土行業(yè)認(rèn)識(shí)頗深,且具有很獨(dú)到的見(jiàn)解。
(參見(jiàn):扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)應(yīng)力路徑的三軸模擬分析,南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)2011, 35(4): 121-125;WPS-FA-EPS填料導(dǎo)熱系數(shù)試驗(yàn)研,2010, 32(8), 1297-1302.巖土工程學(xué)報(bào)等).
我們都知道通過(guò)土體的應(yīng)力路徑試驗(yàn),可以模擬土體實(shí)際的應(yīng)力歷史,全面研究應(yīng)力變化過(guò)程對(duì)土的力學(xué)性質(zhì)的影響。此方面的研究在國(guó)內(nèi)外逐漸增多,基于Bishop-wesley架構(gòu)的應(yīng)力路徑三軸被大家廣泛接受,但是土體的應(yīng)力變化通常伴隨環(huán)境的變化。
環(huán)境中的變化因素包括濕度、溫度以及化學(xué)物質(zhì)介入。實(shí)際環(huán)境中溫度的變化是Z常見(jiàn)的變化因子,很多工況中溫度變化高達(dá)幾十度。這樣的變化同時(shí)伴隨應(yīng)力變化,將會(huì)對(duì)土的力學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生什么影響? 不同的土在同樣的變化條件下會(huì)有什么區(qū)別? 這是需要進(jìn)行研究的問(wèn)題。

解決方案

為了研究上述問(wèn)題,基于南京林業(yè)大學(xué)已經(jīng)購(gòu)買(mǎi)的GDS應(yīng)力路徑三軸進(jìn)行改造,以適合試驗(yàn)。原設(shè)備采用Bishop & Wesley三軸壓力室,試樣直徑38/50mm:

-ZD圍壓1700kPa
-ZD軸荷載7kN
-±25mm位移傳感器
-2Mpa孔隙水壓力傳感器
-八通道數(shù)據(jù)采集裝置
-反壓和圍壓壓力體積控制器
并配備多個(gè)軟件模塊用于順利進(jìn)行試驗(yàn)。
在此設(shè)備基礎(chǔ)上,對(duì)壓力室進(jìn)行改造,壓力室內(nèi)安裝上可以循環(huán)冷液的銅管,并加入可以實(shí)際監(jiān)測(cè)溫度的傳感器。溫度的變化通過(guò)另外購(gòu)置的水浴來(lái)控制,試樣的實(shí)際溫度通過(guò)置入的溫度傳感器監(jiān)測(cè)并采集傳輸?shù)紾DSLAB軟件中。
水浴根據(jù)實(shí)時(shí)的溫度變化來(lái)伺服監(jiān)控溫度。
試驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)GDS軟件控制應(yīng)力或應(yīng)變?cè)囼?yàn),通過(guò)水浴進(jìn)行溫度的控制,所有的數(shù)據(jù)包括溫度數(shù)據(jù)都可以通過(guò)軟件記錄下來(lái)。
圖 1. GDS的應(yīng)力路徑三軸儀
試驗(yàn)結(jié)果

應(yīng)力路徑試驗(yàn)在加入溫度環(huán)境因素后,試驗(yàn)的形式和維度都發(fā)生了變化。此項(xiàng)改造,擴(kuò)展了應(yīng)力路徑三軸儀的試驗(yàn)范圍。

試驗(yàn)進(jìn)行到現(xiàn)在,研究了部分土體的特定試驗(yàn)過(guò)程,獲得了一些試驗(yàn)成果。

我們對(duì)于改造的每個(gè)環(huán)節(jié)都積累了豐富的經(jīng)驗(yàn),過(guò)程中經(jīng)過(guò)探求、改造、失敗、再探求、再改造的循環(huán)過(guò)程ZZ達(dá)到成功,不正是體驗(yàn)了科研的精神和含義。

另外本設(shè)備曾經(jīng)升級(jí)過(guò)非飽和土的相關(guān)硬件,未來(lái)的研究方向可能會(huì)加入土類(lèi)材料的這一狀態(tài),以獲得與實(shí)際工況更相符合的結(jié)果。

結(jié)論和感謝

設(shè)備改裝過(guò)程中得到了GDS公司和歐美大地公司工作人員的大力支持。工作人員會(huì)根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)為設(shè)備的改造提供參考。另外工作人員在傳感器的挑選的和適配時(shí),給出了很專(zhuān)業(yè)的建議,使得傳感器與設(shè)備無(wú)縫連接。溫控改造過(guò)程中對(duì)于軟件方面的修改適配,工作人員也給予了很大的幫助。

原設(shè)備應(yīng)力路徑三軸試驗(yàn)系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單,擴(kuò)展性好。支持人員具有專(zhuān)業(yè)水平和較高的素養(yǎng),未來(lái)我們會(huì)更傾向于跟GDS公司再次合

圖 2. 溫控改造后的應(yīng)力路徑三軸
目前南京林業(yè)大學(xué)土木工程試驗(yàn)ZX除了擁有以上設(shè)備外,還配備了GDS的研究型動(dòng)態(tài)三軸試驗(yàn)系統(tǒng),GDS扭剪共振試驗(yàn)系統(tǒng),GDS中壓力自動(dòng)三軸系統(tǒng),GDS固結(jié)試驗(yàn)系統(tǒng)和彎曲元試驗(yàn)系統(tǒng)等,正持續(xù)為巖土科研和現(xiàn)場(chǎng)項(xiàng)目提供科學(xué)和技術(shù)支持。
參考文獻(xiàn)
王效賓,楊平,王海波,戴海明. 凍融作用對(duì)黏土力學(xué)性能影響的試驗(yàn)研究[J]. 巖土工程學(xué)報(bào). 2009(011): 1768-1772(EI收錄)
王海波,楊平,何忠意,孔隙率與飽和度對(duì)粉土導(dǎo)熱特性的影響[ (南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)). 2012, 36(2): 42-46(BY:CD)
南京林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院土木工程實(shí)驗(yàn)ZX為江蘇省省級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范ZX。設(shè)有水運(yùn)研究所、道路與橋梁工程研究所、巖土與地下工程研究所、綠色建筑與結(jié)構(gòu)研究所、江蘇正本南林大研究ZX、木結(jié)構(gòu)研究ZX、測(cè)繪工程研究所、國(guó)家林業(yè)局南方森林工程開(kāi)發(fā)服務(wù)ZX、土建工程設(shè)計(jì)室、測(cè)繪與工程檢測(cè)ZX、中俄合作交流ZX等科研和對(duì)外服務(wù)機(jī)構(gòu)。學(xué)院每年開(kāi)展科學(xué)研究課題和科技服務(wù)項(xiàng)目50余項(xiàng),年出版學(xué)術(shù)論文、教材論著100多篇(部)。
試驗(yàn)ZX與美國(guó)、俄羅斯、芬蘭、澳大利亞、匈牙利、新加坡、加拿大、日本、法國(guó)、意大利等國(guó)的高校及科研機(jī)構(gòu)建立了長(zhǎng)期友好合作關(guān)系。

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