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第一章结构试验概论一、名词解释1、相似模型试验：是指用适当的比例尺和相似材料制成与原型几何相似的试验对象，在模型上施加相似力系，使模型受力后重演原模型结构的实际工作状态，最后按相似条件由模型试验的结果推算实际结构的工作。
2、结构动力试验：是研究结构在不同性质动力作用下结构动力特性和动力反应的试验。
3、结构动力特性试验：是指结构在受动力荷载激励时，在结构自由振动或强迫振动情况下测量结构自身所固有的动力性能的试验。
4、结构动力反应试验：指结构在动力荷载作用下，量测结构的动力性能参数和动态反应的试验。
5、结构疲劳试验：指结构构件在等幅稳定，多次重复荷载的作用下，哦测试结构疲劳性能而进行的动力试验。
6、刚度检验法：是以30%-60%的设计荷载进行加载，测得结构变形和材料的应变与理论计算对比，如果符合得较好，可以承认试验结构和材料的可靠性。
7、承载力检验：一般加载到小于极限荷载的某一预定荷载值，检测结构受载后的反应。
8、缩尺模型试验：是原型结构缩小几何比例尺寸的试验代表物。
二、问答题1、生产性试验一般用来解决哪些问题？答：生产性试验一般用来解决：①综合鉴定重要工程和建筑物的设计与施工质量⑵鉴定预制构件的产品质量③对已建结构进行可靠度检验，推断和估计结构的剩余寿命④对工程改建或加固，通过试验判断结构的实际承载能力⑤对受灾结构和工程质量事故，通过试验提供技术依据。
2、结构静力试验有什么特点？答：结构静力试验的特点：①加载设备相对简单⑵荷载可以逐步施加③可以停下来仔细观测结构变形的发展，给人们以最明确和清晰的破坏概念。
3、试举出常用于动力试验中的方法有哪几种？答：常用于动力试验中的方法有：。
结构动力特性试验。
结构动力反应试验①结构疲劳试验。
4、结构试验按试验荷载的性质不同可以分为哪几类？答：结构试验按试验荷载的性质不同可以分为：。
结构静力试验。
结构动力试验③结构抗震试验。
6、科研性试验的目的是什么？答：科研性试验的目的是：①验证结构计算理论的假定⑵为制定设计规范提供依据③为发展和推广新结构、新材料与新工艺提供实践经验。
1 相似模型实验设计1.1模型相似比为了很好的模拟30101工作面开采过程中上覆岩层的移动变形过程及地表移动变形过程，确定合理的几何相似比是实验的首要问题。
本相似模拟实验模拟的岩层厚度为240~260m，选择1:200 几何相似比，模型高度为120~130cm，这样既可以很好的模拟上覆岩层的移动变形过程，还可以对地表移动变形过程进行模拟。
根据实验要求和相似原理，确定了模型的相似常数，具体如下（参数下标p 表示原型，下标m 表示模型）：1.2模型制作以砂、石膏、碳酸钙为相似材料制作相似岩组，主要参考实际岩组内岩石的单轴抗压强度，通过配比试验确定各相似岩组的材料配比。
相似岩组的参数及材料配比如表1所示。
另外，用可塑含砂粘土模拟第四系底部粘土，用松散的干砂铺设底部粘土以上土层。
表1 相似岩组的参数及材料配比注：加水量为占总料量的百分比具体的制作方法如下：（1）每铺设一层相似岩组时，先根据相似岩组的尺寸和材料配比，确定各相似材料的用量，并加水搅拌均匀。
（2）底板整体铺设，顶板采用分层铺设，除煤层外每层厚度不超过2cm，必要时在挡板上画出标记线，以保证厚度均匀；（3）每层需压实，层面和断层面需刮平整，并均匀地撒入云母片，以模拟结构面并保证有较好的分层（界）效果。
（4）相似岩组铺设好后，及时拆下挡板，在通风的条件下干燥完全。
（5）用可塑含砂粘土铺设第四纪底部粘土，用松散的干砂铺设底部粘土以上土层。
（6）装图像检测点。
在煤层顶板以15cm的横向间隔，5cm或10cm竖向间隔布置监测点。
测点用φ0.5mm、长为20mm的大头针将黑白相间长10mm的矩形硬纸片锚固在模型表面。
1.3模型的构建模型实验选取3m 平面应力模型架模型的设计高度为1300mm，设计模型尺寸3000×1300×200mm，基岩厚度905mm，松散层厚度370mm。
根据地质资料和岩石的力学参数，设计模型的层位分布。
实验现象和数据采用拍照、素描、测量、记录等多种方式进行采集，实验测试方法如图2所示。
地基承载力的确定方法地基承载力是指地基土层的承载能力，是地基设计的重要参数之一。
正确确定地基承载力对于保证建筑物的安全和稳定至关重要。
本文将介绍几种常用的确定地基承载力的方法。
一、现场试验法现场试验法是通过在地面上进行实际试验来确定地基承载力的方法。
常用的现场试验有静载试验、动荷载试验和动态响应试验等。
1. 静载试验静载试验是通过在地面上施加静态荷载来测定土壤承载能力的方法。
具体步骤如下：（1）选择合适位置，在土体中钻取孔洞，安装测斜管和应变计。
（2）在孔洞周围开挖一个坑，使其与孔洞底部平齐。
（3）在坑底铺设一层沙垫，并放置一个钢板作为荷载传递板。
（4）将荷载传递板与压路机或液压缸连接，施加荷载，并记录相应数据。
（5）根据记录数据计算出土壤的承载能力。
2. 动荷载试验动荷载试验是通过在地面上施加动态荷载来测定土壤承载能力的方法。
具体步骤如下：（1）在试验区域内挖掘一个坑，使其与地面平齐。
（2）在坑底铺设一层沙垫，并放置一个钢板作为荷载传递板。
（3）使用振动器或其他设备施加动态荷载，并记录相应数据。
（4）根据记录数据计算出土壤的承载能力。
3. 动态响应试验动态响应试验是通过在地面上施加震动荷载来测定土壤承载能力的方法。
具体步骤如下：（1）在试验区域内挖掘一个坑，使其与地面平齐。
（2）在坑底铺设一层沙垫，并放置一个钢板作为荷载传递板。
（3）使用振动器或其他设备施加震动荷载，并记录相应数据。
（4）根据记录数据计算出土壤的承载能力。
二、室内试验法室内试验法是通过对采集到的土样进行实验来确定地基承载力的方法。
常用的室内试验有压缩试验、剪切试验和三轴剪切试验等。
1. 压缩试验压缩试验是通过对土样施加垂直荷载来测定土壤的承载能力。
具体步骤如下：（1）采集土样，并在室内进行充分干燥。
（2）将土样放置在压缩试验机上，并施加垂直荷载。
（3）记录相应数据，并计算出土壤的承载能力。
2. 剪切试验剪切试验是通过对土样施加水平荷载来测定土壤的抗剪强度。
考试试卷A建筑结构试验注意事项：1.请考生按要求在试卷装订线内填写姓名、学号和年级专业;2.请仔细阅读各种题目的回答要求,在规定的位置填写答案;3.不要在试卷上乱写乱画,不要在装订线内填写无关的内容;C. 变形效应D. 导电效应2、反映结构构件和材料强度随试件尺寸的改变而变化的性质;A.受力B.变形C.尺寸效应D.应力应变3、在满足试验目的的前提下,测点宜少不宜多,任何一个测点的布置都应该是有目的的,服从的需要,更不应错误地未来追求数量而不切实际地盲目设置测点;A. 受力B.变形C. 极限状态D.结构分析4、对混凝土结构试验,在达到使用状态短期试验荷载值以前,每级加载值不宜大于荷载值;A. 50%%C. 20%%5、混凝土结构试验时,从加载结束到下一级开始加载,每级荷载的持荷试件不应少于分钟;A. 10C. 306、结构静载试验的目的是通过试验了解结构的 ;A. 变形性能B.静力性能C. 受力性能D.开裂性能7、常用于近似模拟地震对结构的反复作用,可以将其归入结构抗震试验的内容;A.反复加载静载试验B.反复加载动载试验C. 反复加载变形试验D.反复加载模型试验8、加载制度的设计与有关,同时受试验采用的加载设备和仪器仪表的限制 ;A. 试验结果B.试验观测的要求C. 试验数据D.试验特殊性9、为保证测试数据的可靠性,应布置一定数量的测点;A．采集性 B．方便性 C．校核性 D．观测性10、测量仪表和传感器应有措施,避免试验中损坏;A. 接地B. 安全保护C. 检测D. 校核11、钢筋混凝土简支梁静载试验的目的是了解梁的承载能力和变形性能,要求通过试验得到梁的曲线;A.荷载-挠度B.变形C.荷载D.开裂12、板壳结构的静载试验中,挠度是必须测量的项目 ;A. 开裂B. 挠度C. 荷载大小D. 变形13、桁架是建筑结构中常见的结构形式,一般采用方案;A. 正位加载B. 静力加载C. 垂直加载D. 失稳加载14、受压砌体的应变分布沿砌体高度是不均匀的,试验中只能在一定高度范围内测量砌体的 ;A. 平均应变B. 受力C. 开裂D.倾覆变形15、是材料损伤累积导致的一种破坏形式;A. 受力破坏B. 变形破坏C. 剪切破坏D.疲劳破坏16、是建立在超声波传播速度和回弹值与混凝土抗压强度之间互相关系的基础上,以超声波速度和回弹值综合反映混凝土抗压强度的一种非破损检测方法;A. 超声波法B. 现场检测法C. 回弹综合法D. 超声回弹综合法17、钻芯法检测混凝土强度,钻取芯样抗压试件的高度和直径之比应在倍的范围内;A. B. C. 1-218、为防止受集中荷载作用的混凝土或砌体局部受压破坏,应在试件表面辅设;A.砂浆垫层B.钢垫板C.木板D.砂垫层19、气压加载法主要是利用空气压力对试件施加A.静力荷载B.集中荷载C.分布荷载D.均布荷载20、非破损检测技术可应用于混凝土、钢材和砖石砌体等各种材料组成的结构构件的结构试验中,该技术A.对结构整体工作性能仅有轻微影响B.对结构整体工作性能有较为严重影响D.测定与结构材料性能有关的各种物理量二、多选题共20分,每题2分,该题有2个或2个以上答案,错选不得分,少选则每个选对项得分1、根据试验目的结构试验可归纳为两大类;A. 材料试验B.生产性试验C. 分析试验D.科研型试验2、电液伺服系统主要由等部分组成;A.电液伺服液压加载器；B.控制系统；C.液压源；D.稳压器3、地震模拟振动台特点是具有A. 自动控制B.数据采集C. 感应系统D.处理系统4、试件支承装置是支承结构构件、正确传递作用力、模拟实际荷载图式和边界条件的设备,通常由两部分组成;A.杆件B.承台C. 支座D.支墩5、结构试验荷载传递装置;A. 杠杆B.分配梁C. 卧梁D.液压装置6、数据采集原则：为了得到准确、可靠的数据,应该遵照原则;A.公开性B.同时性C. 客观性D.公平性7、仪器设备按显示和记录方式可以分为;A. 直读式B.自动记录式C. 模拟式D.数字式8、预载的目的;A.使结构进入正常的工作状态B.可以检查现场的试验组织工作和人员情况C.可以进行提前加载D.可以检查全部试验装置和荷载设备的可靠性9、按结构试验的分类有 ;A. 原型及模型结构和构件试验B.结构静载试验C. 结构动载试验D.结构非破损检测10、对结构施加静力荷载有 ;A.重力加载B.液压或机械装置加载C. 车辆加载D.杠杆加载11、结构试验测量系统基本上由以下几部分组成 ;A. 处理部分B.放大部分C. 显示部分D.传感部分12、编制是结构试验的一个关键环节;A. 试验方案B.试验大纲C. 需要仪器设备D.数据处理流程13、砌体试件的测试项目主要为砌体的和 ;A. 抗倾覆性B.水平位移C. 应变D.承载力14、结构振动测试的目的是 ;A.掌握结构的动力特性B.掌握作用在结构上的动荷载特性C. 对已建结构进行损伤诊断D. 对已建结构进行健康监控15、在结构分析工作中,一方面可以应用传统和现代的设计理论、现代的计算技术和计算方式,另一方面也可以应用和的手段来解决;A.软件B.分析C. 实验D.检测16、在结构试验分级加载制度中对没一级荷载增量的大小和分级的数量,应根据来确定;A.试件受力B.试件变形C. 试件类型D.试验的目的17、对现场试验,在试验前必须对现场进行清理,含等;A.检查电、水、交通等试验必备条件B.架设临时试验设施C. 检查现场试验时的临时支墩D.设置安全警示标志18、现场静载试验观测的内容有 ;A.位移B.倾角C. 应变D.可能出现的裂缝19、结构现场静载试验的组织和实施包括 ;A. 现场调查与勘察B. 制订加载方案C. 安全措施D. 防护措施20、试验数据的处理包括 ;A. 数据的整理和转换B. 数据的统计分析C. 误差分析三、判断题下列题中,正确的,在题后括号内划“√”,错误的划“×”,共15分,每小题1分;1、相似模型试验：按照相似理论进行模型设计、制作与试验;用适当的比例尺和相似材料制成与原型几何相似的试验对象,在模型上施加相似力系,使模型受力后重演原型结构的实际工作状态,最后按相似条件由模型试验的结果推算实际结构的工作;2、液压加载法最大优点利用油压使液压加载器产生较大的荷载,试验操作安全方便;3、振动台不用安装在质量很大的基础上;4、气压加载法主要是利用空气压力对试件施加均布荷载;5、冲击力加载的特点是荷载作用时间极为短促,在它的作用下使被加载结构产生自由振动,适用于进行结构动力特性的试验;6、结构试验荷载传递装置的作用是将加载设备产生的荷载或作用力正确地按试验荷载图式的要求传递到试验的结构上,可以不满足荷载量放大、分配和荷载作用形式转换的要求;7、数据采集就是用各种仪器和装置,对这些数据进行测量和记录;只有采集到准确、可靠的数据,才能通过数据处理和分析得到正确的试验结果,达到试验的预期目的;8、传感器的功能主要是感受各种物理量转换成电量,结构试验中较多采用电测传感器;9、粘贴补偿片时,补偿片应粘贴在同样环境的其他物体上,这物体只受温度作用,而且与测点具有同样的温度环境;10、最常用的发现开裂的简便方法是借助放大镜用肉眼观察,还可以用应变计或导电漆来测量开裂;11、结构试验一般分为试验规划与设计、试验技术准备、试验实施工程、试验数据分析与总结等四个阶段;12、所谓试验即是指定系统的输入,并让系统在规定的环境条件下运行,考察系统的输出,确定系统的模型和参数的全过程;13、在结构设计计算中,固定边界条件是指构件的端部可以发生和移动,只要能传递弯矩和剪力就满足要求;14、应变测试方法分机测和电测两种;15、应变片自补偿法是采用一种特殊的应变片当温度变化时,附加应变在应变片内相互抵消为零;16、结构试验对仪器设备的标定可按三种情况进行,一是对仪器进行单件标定,二是对仪器系统进行标定,三是对仪器及系统进行综合标定;17、荷载传递装置分配梁的作用是将单一杠杆或液压加载器产生的荷载分配成多点集中荷载;18、支墩本身应有足够的强度和刚度,支承座面积要按地耐力进行反复核算,保证试验时各支墩不发生过度的变形或不均匀沉降,确保试验测量精度;19、机械力加载的缺点是设备复杂,不容易实现;20、试件形状设计的基本要求是在规定的荷载条件下,试件的受力特征可以反映实际结构的受四、简答题共20分,每小题5分1、根据试验目的结构试验可归纳为生产性试验和科研型试验两大类,简述其概念;5分2、简述选择试验荷载和加载方法时要求;5分3、简述地震模拟振动台特点;5分4、简述建筑结构动力试验的内容;5分5、简述建筑结构环境随机激振加载试验的内容;5分6、简述建筑结构数据采集原则;5分五、论述题共30分,每小题6分1．建筑结构试验的任务6分2．论述结构抗震试验的任务6分3．什么是拟动力试验拟动力试验特点是什么6分4．回弹法检测混凝土强度时的影响因素有哪些为什么6分5．论述应变测量的温度补偿原理;6分6、论述荷载传递装置原理;6分7、论述电阻应变计的粘贴、质量及温度补偿的要求;6分。
矿业工程系学生实验报告课程名称矿山压力与岩层控制专业名称11级采矿工程姓名贺成林学号1143817310 15矿业工程系实验室２０14年05月27日实验名称相似材料的配比试验实验日期2014年05月27指导老师魏中举分组号 1 实验地点矿业工程系实验室实验报告内容一、实验目的1．掌握按一定比例配制相似材料；2．了解影响相似材料强度的主要因素；3．学会测定标准试块的单轴抗压强度；4．了解矿山压力相似材料模型的制作及试验研究方法。
二、实验仪器、设备1.二维相似材料模型；2.岩石力学伺服试验机。
三、实验内容相似性原理：（1）几何相似：模型与原结构之间所对应部分的尺寸成比例，模型比例即为相似常数。
（2）质量相似：模型与原模型结构对应部分的质量成比例。
（3）荷载相似：模型与原型在各对应点所受的荷载方向一致，荷载大小成比例。
（4）物理相似：模型与原型的各点的应力和应变、刚度和变形间的关系相似。
（5）时间相似：对结构的动力问题，在随时间变化的过程中，要求结构模型和原型在对应的时刻进行比较，要求相对应的时间成比例。
（6）边界条件：原型与模型在外界接触的区域各种条件保持相似。
如支撑条件、约束情况、边界受力等相似。
（1）描述两个系统对应点的各物理量之间分别保持一个常数——相似常数；（2）描述两个系统对应点的动态发展规律的基本物理参数相同，或者说各相似常数间保持一定的关系，即相似准则。
因此，两个系统完全相似要求的条件是很严格的。
相似材料是用来模拟原型的，对它们的要求是：（1）主要力学性质与模拟的岩层或结构相似。
（2）试验过程中材料的力学性能稳定，不易受外界条件的影响。
（3）改变材料配比，可调整材料的某些性质以适应相似条件的需要。
（4）制作方便，凝固时间短。
（5）成本低，来源丰富。
材料配合后的力学性质往往受原材料成份、质量、细度与搅拌方式等多种因素的影响。
即使是同一种配比的相似材料，其力学指标也可能有若干差别。
因此，制作模型前应当根据自己的具体条件经过试验最终确定合适的配比。
6 软岩巷道支护荷载的确定如何确定软岩巷道支护荷载一直是困扰巷道支护设计的重要问题之一，支架应承受多大的荷载才能确保巷道围岩的稳定也是长期以来没能很好解决的问题。
巷道围岩失稳破坏的主要原因是支护体与巷道围岩之间出现强度不耦合、刚度不耦合、变形不耦合以及其它不耦合因素综合作用的结果。
当其处于耦合状态时，巷道能够保持稳定的平衡状态；当某些部位出现不耦合，支护体不能抵御巷道围岩的变形与破坏时，支护体和围岩将在其不耦合的部位发生变形和破坏，进而导致整个巷道的失稳。
因此，要维持巷道及支护体的稳定，关键是进行关键部位的耦合支护。
关键部位出现的时间就是最佳支护时段，此时的支护荷载为软岩巷道最小支护荷载，简称软岩巷道支护荷载。
下面针对软岩巷道在静压条件和动压条件以及巷道底板稳定(不出现底臌)和不稳定(出现底臌)的不同情况下，分别讨论软岩巷道支护荷载的确定方法。
6.1 静压条件下软岩巷道支护荷载的确定6.1.1 软岩巷道弹塑性状态圈状模型巷道开挖以前，地下岩体在特定地应力场中处于三轴压力的平衡状态，巷道一旦开挖，这个平衡系统就会被破坏，围岩应力会重新调整。
巷道开挖后，巷道壁面围岩由三维应力状态变为二维应力状态，最大主应力是沿巷道壁面的切线方向，巷道壁面切向应力达到最大值。
最小主应力是沿巷道的径向应力，径向应力在巷道周边为零，向围岩内部逐渐增大，这个应力调整过程是瞬间完成的。
如果巷道埋深超过软化临界深度，调整后的应力高于岩体强度的部分岩体就发生破坏，靠近壁面的岩体最先破坏，最大主应力集中区向围岩内部移动。
硐周围岩应力又重新进行调整，调整的结果，围岩出现了四个区，自空区向外依次是：塑性流动区、塑性软化区、塑性硬化区、弹性区。
对于上述各区的划分，国内外学者(陈进[84，蒋宇静[85]等)在有关的论文中都有过论述。
弹性区、塑性硬化区、塑性软化区和塑性流动区的力学行为与岩石的全应力—应变曲线中的相应段是对应的，其中弹性区对应于弹性变形阶段，塑性硬化区对应于塑性硬化阶段，塑性软化区对应于岩石的峰后软化阶段，塑性流动区对应于岩石的松动破坏阶段，见图6-1。
实验十：相似材料模拟实验1 相似原理相似材料模拟是科学实验的一种，它是人们探讨和认识地压规律的途径之一。
用与天然岩石物理力学性质相似的人工材料，按矿山实际原型，遵循一定比例缩小做成的模型，然后在模型中开挖巷道或模拟采场工作，观察模型的变形，位移，破坏和压力等情况，据以分析，推测原型中所发生的情况，这种方法称为相似材料模拟方法。
它被用来研究采场和巷道的某些地压问题，例如估计地压大小，顶底板相对位移，冒落拱形状和大小，支架对地压底影响，地下开采对地表底影响，以及影响地压底各种因素。
要使模型中所发生的情况，能如实反映原型中所发生的情况，就必须根据问题的性质，找出主要矛盾，并根据主要矛盾，去确定原型与模型之间的相似关系和相似准则，原型与模型相似必须具备下面几个条件。
1.1 几何相似要求模型与原型的几何形状相似。
为此，必须将原型的尺寸，包括长，宽，高等都按一定比例缩小或放大，以做成模型。
设以H L 和M L 分别代表原型和模型长度，脚标M 表示模型，L α代表H L 和M L 的比值，称长度比尺，则几何相似要求，L α为常数。
常数==MHL L L α （1） 因面积是长度二次方，所以面积比尺为2L MH A A α＝ （2） 因体积是长度三次方，所以体积比尺为3L MH V V α＝ （3） 一般来说，模型越大，越能反映原型的实际情况，原型实际上1=L α，但是由于各方面条件限制。
模型又不能做的太大。
通常模拟采场用100~50=L α，即原型缩小1001~501，模型巷道用50~20=L α；即原型缩小为501~201。
1.2 运动相似要求模型与原型中，所有各对应点的运动情况相似，即要求各对应点的速度，加速度，运动时间等都成一定比例。
设以H t 和M t 分别表示原型和模型中对应点完成沿几何相似的轨迹所需的时间，以t α代表H t 和M t 的比值，称为时间比尺，则运动相似要求t α为常数。
即常数===L MHt t t αα （4）1.3 动力相似要求模型与原型的所有作用力都相似对于地压问题，按抓主要矛盾的观点进行分析，主要是考虑重力作用，要求重力相似设以H H H V r P ,,和M M M V r P ,,分别表示原型与模型对应部分的重力，视密度和体积，因为H H H V r P ⋅= （5）M M M V r P ⋅= (6)则：3L MH M r r P P α⋅= （7） 所以在几何相似条件下对重力相似，还要求M H r r ,的比尺r α为常数，即r α为视密度比尺。
