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長沙理工大學近期引進的GDS低溫高壓動靜三軸ELCTAS自投入使用以來運行良好,已用于相關科研項目。該系統(tǒng)以其先進的控溫、高壓和動態(tài)測試功能,為研究凍融循環(huán)及力學特性提供了精準的實驗數(shù)據(jù)。
長沙理工大學 控溫動靜三軸ELCTAS(HLF100kN)
此前,武漢理工大學也順利到貨了一套可燃冰水合物低溫高壓動三軸測試系統(tǒng)ELCTAS,目前也已投入使用,項目組利用該設備開展了一系列前沿性研究。
早前報道:
武漢理工大學三亞研究院引進系列高端巖土試驗設備,助力國家海洋戰(zhàn)略實施!
武漢理工大學 可燃冰水合物低溫高壓動三軸測試系統(tǒng)ELCTAS
GDS開發(fā)的低溫高壓動靜態(tài)三軸測試系統(tǒng)(ELCTTS和ELCTAS)是國際領先的巖土工程試驗設備,廣泛應用于模擬復雜環(huán)境下的土體力學行為。該系統(tǒng)能夠在低溫、高壓條件下進行動態(tài)和靜態(tài)三軸試驗,為研究凍土、膨脹土、水合物砂等特殊土體的力學特性提供了強大的技術支持。
截至目前,ELCTTS和ELCTAS系統(tǒng)已在浙江大學、天津大學、中國海洋大學、青島理工大學、內(nèi)蒙古大學、吉林交通科學院、武漢理工大學和長沙理工大學等多所高校和科研機構成功應用,并取得了諸多重要科研成果,以下是部分科研成果的簡要介紹:
GDS低溫高壓動靜態(tài)三軸系統(tǒng)
近期在巖土工程中的科研成果
1. 橡膠-砂膠結材料的力學特性研究
尹平保等學者利用ELCTTS系統(tǒng),對橡膠顆粒、砂和聚氨酯膠黏劑組成的復合材料進行了不固結不排水三軸壓縮試驗。研究發(fā)現(xiàn),該材料在不同溫度、凍融循環(huán)次數(shù)和圍壓條件下表現(xiàn)出顯著的力學特性變化。結果顯示,材料的破壞強度和切線模量隨溫度降低而顯著增加,而凍融循環(huán)次數(shù)對其影響相對較小。這一研究為季節(jié)性凍土區(qū)樁基工程提供了重要的理論支持,有望解決凍融作用下樁基的穩(wěn)定性問題。
2. 含水合物砂的力學特性數(shù)值模擬
孔壯壯等研究人員采用ELCTTS系統(tǒng),結合修正摩爾-庫倫模型,對含水合物砂的力學特性進行了三軸試驗和數(shù)值模擬研究。通過模擬靜力觸探過程,建立了考慮水合物飽和度的錐尖阻力經(jīng)驗公式。研究發(fā)現(xiàn),水合物的存在顯著提高了砂土的強度和剛度,且錐尖阻力隨水合物飽和度增加而增大。這一成果為南海水合物儲層的開發(fā)提供了重要的力學參數(shù)支持。
3. 高原山區(qū)樁-土體系的穩(wěn)定性分析
寇海磊等學者利用ELCTTS系統(tǒng),研究了高原山區(qū)土體在凍融循環(huán)作用下的力學特性劣化規(guī)律。通過變水頭滲透試驗和溫控三軸試驗,建立了考慮土體結構劣化的水-熱-力耦合模型。結果顯示,凍融循環(huán)導致土體滲透系數(shù)和孔隙比增加,黏聚力降低,內(nèi)摩擦角增大。數(shù)值模擬表明,樁基服役期間,樁周土體整體呈融沉趨勢,削弱了樁基的承載能力。這一研究為高原山區(qū)樁基礎設計提供了重要的技術支持。
4. 凍結膨脹土的統(tǒng)計損傷模型
李新宇等研究人員利用ELCTTS系統(tǒng),對凍結膨脹土在不同溫度、含水率和凍融循環(huán)次數(shù)下的力學特性進行了三軸試驗研究。結果表明,凍結膨脹土的偏應力-軸應變曲線隨溫度降低和含水率減小逐漸由硬化型向軟化型轉變。基于統(tǒng)計損傷理論,建立了考慮溫度效應的凍結膨脹土損傷模型,揭示了其宏觀力學特性劣化規(guī)律。這一研究為高寒地區(qū)膨脹土工程的設計和施工提供了重要的理論依據(jù)。
5. 纖維加筋砂土的抗液化性能研究
周林祿等學者利用ELCTTS系統(tǒng),對纖維加筋砂土在循環(huán)荷載作用下的抗液化性能進行了試驗研究。結果顯示,纖維的存在顯著減緩了超孔壓的累積,提高了砂土的抗液化能力。隨著纖維含量的增加,砂土的抗液化性能進一步增強。通過數(shù)值模擬,驗證了纖維加筋對砂土液化響應的改善效果。這一研究為地震多發(fā)地區(qū)的地基加固提供了新的思路和技術支持。
6. 循環(huán)荷載下飽和風積土的累積塑性變形模型
姬歐鳴等研究人員利用ELCTTS系統(tǒng),對飽和風積土在不同初始靜偏應力、動應力和圍壓作用下的累積塑性變形進行了試驗研究。結合現(xiàn)有模型理論,建立了新的累積塑性變形預測模型。結果顯示,累積塑性應變隨靜偏應力和動應力的增加而增大,圍壓的增加則限制了塑性變形的積累。該模型能夠較好地預測土體在循環(huán)荷載下的動力特性,為路基土的動力災害治理提供了理論依據(jù)。
GDS低溫高壓動靜態(tài)三軸系統(tǒng)在巖土工程領域的多種復雜條件下展現(xiàn)了強大的試驗和模擬能力。從凍融循環(huán)下的樁-土相互作用到地震作用下的抗液化性能,再到高寒地區(qū)凍結土體的力學特性研究,該系統(tǒng)為解決實際工程問題提供了有力支持。
GDS低溫高壓動靜態(tài)三軸測試系統(tǒng)
GDS低溫高壓動靜態(tài)三軸測試系統(tǒng)(ELCTTS和ELCTAS)基于GDS 液壓加載架(HLF),在頂部橫梁上安裝一個動態(tài)液壓作動器來施加軸向荷載,可選荷載范圍為100、250kN、1000kN及1500kN。
用于巖石測試的液壓荷載架(100kN & 250kN)
用于土工試測試的液壓荷載架
HLF能夠控制動態(tài)循環(huán)位移或荷載進行軸向加載,并能與可選的動態(tài)圍壓作動器(徑向應力)同步加載,以實現(xiàn)動態(tài)應力路徑試驗的高級功能。
配置大直徑三軸壓力室,HLF還可以對碎石等粗顆粒試樣進行試驗。
基于液壓荷載架的巖石三軸試驗系統(tǒng)ELCTTS/ELCTAS
基于液壓荷載架的大直徑動態(tài)三軸試驗系統(tǒng)LDCTTS
01
系統(tǒng)特點及優(yōu)勢
主要特點 | 優(yōu)點 |
GDS 液壓軸向/徑向加載架可與圍壓(徑向應力)同步施加 | 為了給用戶提供更廣泛的試驗選項,系統(tǒng)可以提供穩(wěn)定的圍壓,消除了對平衡錘系統(tǒng)的要求,額外增加一個動態(tài)壓力控制器使試驗過程中反壓/孔壓循環(huán) |
高級傳感器選項 | 將可選的高級傳感器(如局部軸向應變傳感器和中平面孔壓傳感器)增加到標 準系統(tǒng)中。三軸壓力室也可升級以結合聲速和聲發(fā)射傳感器 |
GDS 加載架極高的剛度設計,使試樣發(fā)生剪切破壞時反沖力降至最小 | 低剛度加載架在試樣破壞時會產(chǎn)生不良結果,在這一臨界點,由于系統(tǒng)在高荷載下的依從性,試樣破壞后的反沖影響實驗結果。而GDS 確保試樣達到最大荷載時有足夠的剛度來克服這一缺點 |
系統(tǒng)可以完成動態(tài)和靜態(tài)試驗 | 除了GDS 系統(tǒng)通常需要的其他高級三軸測試外,該系統(tǒng)還能夠進行靜態(tài)測試,從而允許單個系統(tǒng)執(zhí)行更大范圍的測試 |
軸向位移或軸向力的動態(tài)控制頻率可達20Hz(取決于加載架) ,正弦波形 | 軸向位移、軸向荷載和圍壓實現(xiàn)直接閉環(huán)控制(動態(tài)試驗頻率可達20Hz,取決于加載架) |
02
技術參數(shù)
指標 | HLF100荷載架 | HLF250荷載架 |
軸向加載能力 | 100kN | 250kN |
壓力范圍 | 2, 4, 20MPa | 1MPa |
試樣尺寸 | 70, 100, 150mm | 300mm |
可選升級項 | 僅加熱,環(huán)境溫度到60℃ | 1MPa |
提升架 | 100kN | 包含 |
試樣制備臺面組 | 2, 4, 20MPa | 可選 |
03
真空控制試樣選項
GDS 有一個獨特的系統(tǒng)用于大尺寸試樣,而不使用三軸壓力室。通過GDS 真空控制器對試樣施加有效應力,根據(jù)所使用的真空泵的不同,該控制器可以精確地施加0kPa 和-75kPa 之間的負壓,這使得試樣可以在負孔隙壓力和大氣壓下固結。真空控制技術允許在荷載架上安裝更大尺寸的試樣。這種尺寸的三軸壓力室笨重,而且價格貴,在不使用三軸壓力室的情況下制樣時間大大減小。此外,試樣開放在外面允許安裝多個徑向位移帶,在這里的例子中,我們使用5 條位移帶,這允許在整個測試過程中很好地估算試樣的體積。
試樣制備臺面上安裝有線性導軌,試樣可以從荷載架下方移出,便于試樣制備和移除。
真空控制試樣選項
04
溫度控制測試選項
GDS 的溫控系統(tǒng)主要分為兩類:高溫和低溫、僅高溫。組合高溫和低溫系統(tǒng)在壓力室內(nèi)使用盤管組件;它通過壓力室底座內(nèi)的標準端口連接到溫度控制單元,允許溫度傳遞接近樣品。
低溫系統(tǒng)提供了一個理想的條件來進行凍土測試,它的高壓(高達100MPa)和低溫測試能力為天然氣水合物測試提供了理想的環(huán)境。僅高溫測試系統(tǒng)有如下選項:從室溫到60℃,100℃ 或150℃可選。
僅高溫選項: | 應用: |
? 室溫到60℃ ? 室溫到100℃ ? 室溫到150℃ | ? 凍土測試 ? 可燃冰測試 ? 高壓測試 ? 高低溫測試 |
高溫和低溫選項: | 壓力選項: |
? -30oC to +85℃ ? -20oC to +85℃ ? -10oC to +60℃ | ? 4, 10, 14, 20, 32, 64, 70 or 100MPa |
溫控動靜態(tài)測試系統(tǒng)
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