公路改扩建高边坡既有锚杆受力特性离心试验

为研究改扩建边坡二次开挖下既有锚杆的受力特性及边坡稳定性,基于自主研发的模型试验锚杆角度支护装置,采用离心试验研究了锚固角度分别为10°、20°、30°、45°、60°及锚杆横向密度分别为1根/(18 cm)、1根/(12 cm)下顺层岩质高边坡开挖全过程中坡顶水平位移、锚杆轴力及坡内土压力变化规律。结果表明:相同锚固角度下,随着边坡开挖卸荷,坡顶累计水平位移非线性增加,且开挖坡顶增幅较开挖坡中大;锚杆轴力呈单峰分布,在开挖坡顶及坡脚时轴力增幅较大,轴力峰值靠近软弱面且随开挖卸荷先减小后增大,开挖后轴力峰值仍为开挖前的61%以上;随锚固角度的增加,坡顶水平位移先减小后增大,坡内土压力先增大后减小,即存在最佳锚固角度;建议边坡开挖宜采用分级开挖,并在开挖坡顶及坡脚时适当降低速率,综合考虑边坡坡度、岩层及软弱面倾角等因素,合理设计锚固角度。研究成果有助于工程技术人员在改扩建边坡二次开挖工程中选择合适的支护措施。

陡坡段穿越溶洞桩基竖向承载特性离心试验

为了研究陡坡段桥梁桩基穿越溶洞时的竖向承载特性,利用离心模型试验,研究陡坡坡度一定时,桩顶竖向荷载作用下溶洞高度变化对桩基础荷载-沉降曲线、桩基极限承载力、桩身轴力及桩侧阻力的影响,给出影响桩基竖向承载特性的关键参数.结果表明,在桩长及桩基入岩总深度一定的情况下,桩基竖向极限承载力随溶洞高度的增大而减小,极限承载力减幅随溶洞高度的增大而增大.当洞高小于1.2倍桩径时,极限承载力的减幅不明显.当洞高大于2.4倍桩径时,极限承载力的减幅显著增大.桩身轴力的衰减速度在粉质黏土层内较小,在持力层内较大,在溶洞范围内基本不衰减.当洞高大于2.4倍桩径时,持力层范围内的轴力衰减幅度显著增大.桩侧阻力在持力层内显著大于上部岩土层,在溶洞范围内几乎为零.随着溶洞高度的增大,桩基础竖向极限承载力中桩侧阻力的占比逐渐减小,当洞高大于2.4倍桩径时,桩侧阻力减小了65.5%,桩基由摩擦桩逐渐向端承桩转化.

基于离心试验的单戗立堵水下抛填砂砾石相对密度研究

水下抛填散粒料常用于围堰、大坝等水利工程的建设,抛填体的相对密度直接决定了工程的变形和稳定性。以汉江某水电站大坝工程的单戗立堵水下抛填为原型条件,基于长科院CKY200大型岩土离心模型试验平台,研制了离心场中单戗立堵水下填筑试验装置,研究散粒料级配、抛填水深、上部堆载高度等影响因素下抛填体相对密度的分布规律。试验结果表明,水深12 m条件抛填平均相对密度约为0.27~0.36,抛填体上部再施加14.3 m上覆堆载后可增大至0.52~0.68,水下抛填密度受砂砾石颗粒级配影响较大,当级配良好时,水下抛填相对密度较大,可达到中密—密实状态,而级配不良时,为松散—中密状态;抛填深度越大,由于抛填料的压重而使得中下部相对密度增大;当抛填体上部施加竖向均布荷载作用时,抛填体尤其是较浅区域的相对密度显著提高。研究成果为充分利用当地散粒体材料进行水下抛填工程的设计和施工提供依据。

软黏土中含桩地下结构地震响应离心试验模拟

针对大空间含桩地下结构(如地下车行系统)在地震作用下的动力响应特性以及场地震陷、结构上浮等危害展开离心振动台试验。试验采用饱和软黏土作为地基土,设计了自由场、整体浅埋地下结构以及等效单元浅埋地下结构3种试验情况,利用层状剪切箱消除边界反射效应,在50g的离心加速度下开展水平地震试验。试验结果表明,不同结构在地震过程中会产生自振在特定的频率区段放大响应,在整体质量、静态浮力及转动惯量等效的前提下,整体结构相对单元结构形式能够降低地震作用下结构的自振效应,且整体结构具有更好地震后抗浮性能。

基于精密激光测距技术的旋翼桨毂离心试验台限位行程传感器校准方法研究

论述了用于旋翼桨毂大修装配调试阶段承担模拟旋翼桨毂在低、高转速状态下,离心限动块打开和复位试验的离心试验台的工作原理,确定了旋翼桨毂多次打开、复位试验仍不满足工艺要求的原因为离心试验台限位行程测量不准,致使离心限动块打开和复位试验出现误判,最终影响装备的修理质量和进度。针对此问题,提出了一种基于精密激光测距技术的离心试验台限位行程传感器的校准方法,可实现离心试验台限位行程传感器的精准计量,测量精度达±1μm,测量不确定度为0.006μm+1.92×10^(-5)L。

一种机载有源相控阵雷达的离心试验方法

离心试验是雷达出厂可靠性检验的一种筛选方式,不仅要关注雷达的结构特性,也要关注雷达的电性能。首先,介绍了离心试验的原理,给出了一种机载有源相控阵雷达离心试验的布局和相关技术要求;然后,提出了一种在离心试验中进行通电的测试方法;最后,根据现有测试方法,分析了一些改进方向,为相关人员开展雷达离心试验提供了一定的参考。

基于隧道离心试验的柔性软接触土压计测试可靠性评价

开展一系列离心模型试验,选取线性误差、平均幅值误差、响应速率作为指标,基于隧道模型对柔性软接触新型土压计ESP-II和两种国际代表性传统土压传感器(PDA、EPL-D1)进行对比评价,验证新研发土压力计测量的可靠性。主要结论如下:①静力状态下,ESP-II、PDA、EPL-D1线性误差分别为19.36%,12.7%,21.0%,平均幅值误差为5.79%,48.2%,22.6%,证明ESP-II土压力计相比国际两种土压计具有较好静力测试性能。②动力荷载下,ESP-II、PDA、EPL-D1土压力计的平均响应速率分别为67.1,51.5,65.8 Hz,ESP-II的响应速率略高于其他两种土压力计,具有良好的响应频率;序列地震动荷载下ESP-II、PDA测得土压力与EPL-D1不同,呈现一致增量规律,而数值存在一定差异,反映土体具有较强结构性。③卸载过程中,3种土压力计测得数据均呈现不同程度的非线性变化特征,PDA和EPL-D1土压力时程曲线产生了偏折、跳变现象,而ESP-II土压力时程曲线保持了较好数据连续性,一定程度说明软接触式设计能实现土压力计与土体的良好接触。

软黏土中吸力锚承载特性离心试验研究

加载倾角和系泊点位置是吸力锚基础最重要的设计要素之一,能够改变锚体的破坏姿态以影响极限承载力。在饱和软黏土地基中选择不同的加载倾角及系泊点位置进行位移控制下的张紧式吸力锚离心模型试验,利用六自由度磁力计装置定量分析了加载倾角和系泊点位置对吸力锚破坏姿态与极限承载力的影响。研究发现,系泊点位置在锚体约2/3高度时,吸力锚发生平动破坏,当加载倾角由35°变化至20°时,在相同的系泊点位置,吸力锚发生后仰破坏,归一化极限承载力稍增大,并且达到极限承载力后仍保持一定的承载力余量;系泊点位置在锚体2/3高度以上时,吸力锚发生前倾破坏,归一化极限承载力降低了25%左右,并且破坏后的承载力余量大大降低。无论破坏模式如何,均未发现锚内土塞与锚有明显分离。

黏土地层盾构隧道开挖面失稳离心试验及数值模拟

通过开展离心模型试验和数值模拟,对黏土地层中盾构隧道开挖面的失稳破坏特征进行了研究.通过开挖面支护力-开挖面板后退位移关系曲线,获得了开挖面支护力呈快、缓和稳的3阶段变化特征,开挖面支护力-位移曲线中未呈现支护力反弹现象,比对应砂土地层更慢达到极限值,极限支护力值为5%~7%初始竖向土压力.地表沉降在开挖面失稳过程持续增加;埋深比为1.0时,横向地表沉降槽形状变化明显.在隧道中心轴线高度处,纵向土压力沿纵向随远离隧道截面距离逐渐增大,纵向土拱率值逐渐增大,且远小于对应竖向土拱率值.根据盾构开挖面失稳过程中竖向土压力沿深度变化曲线、纵向土压力沿掘进方向变化曲线,以及横向土压力沿横向变化曲线的拐点可得到失稳松动区和扰动区的范围.埋深比为1.0时,在隧道中心轴线水平面内隧道截面前方0.5D以外区域,纵向土压力和横向土压力的变化比竖向土压力更加显著.相比传统开挖面失稳分析中仅对竖向土压力变化规律进行的研究,提出应同时研究三向土压力的时空变化规律.

串珠状溶洞影响下桩基竖向承载特性离心试验

为探明串珠状溶洞对桩基竖向承载特性的影响,采用离心模型试验,研究桩基穿越两层溶洞且置于下伏溶洞之上时,不同溶洞顶板厚径比下桩基荷载-沉降特征,竖向极限承载力变化规律,桩身轴力、桩侧阻力及分项荷载变化规律,与下伏无溶洞时进行对比,提出合理顶板厚径比取值方法。结果表明:桩基穿越溶洞后,下伏溶洞顶板厚径比对其竖向承载特性影响较大,与下伏无溶洞相比,厚径比由0.5增大到3.0时,桩基竖向极限承载力影响度由57.4%降至4.0%,厚径比大于2.5后,竖向极限承载力影响度小于5.0%;厚径比增大时,桩基所穿越的溶洞范围内桩身轴力几乎不衰减,上、中层溶洞顶板范围内桩身轴力衰减速度减慢,传递至溶洞顶的荷载较大;在溶洞内桩侧阻力几乎不发挥,随厚径比增大,在上层和中层溶洞顶板范围内桩侧阻力减小;厚径比增加时桩侧阻力和桩端阻力占比分别呈逐渐减小和增大的趋势,逐渐向摩擦端承桩转化,厚径比大于2后,与下伏无溶洞时相比,桩侧阻力减幅小于10%。建议串珠状溶洞区的桩基穿越两层溶洞且置于下伏溶洞之上时,顶板厚径比大于2.5即可忽略下伏溶洞对桩基竖向承载特性的影响,可根据桩基承载需求确定合理的顶板厚度。

溶洞型基桩承载特性离心试验及承载力计算方法

为确定溶洞对基桩荷载传递规律和承载特性的影响,通过离心模型试验,研究了4种洞高、4种洞跨和3种溶洞层数下基桩的荷载-沉降规律、竖向承载力、荷载分担比、轴力和侧阻的变化;引入敏感分析模型,研究了基桩竖向承载力对两因素的敏感性;采用荷载传递法建立了穿过溶洞的基桩荷载-沉降计算公式。结果表明:洞高、洞跨、层数的增加会削减基桩竖向承载力,洞高对承载力的影响大于洞跨;两因素变化下溶洞处桩身轴力几乎不衰减,单位侧阻骤减至接近零;采用改进的荷载传递法和双曲线模型建立了基桩承载力计算公式,计算结果与试验结果相比,最大误差5.96%,具有较高吻合度。研究成果可为岩溶区基桩竖向承载力和沉降计算提供参考。

压实度对分级开挖边坡稳定性及内力分布影响的离心试验研究

以实际工程背景为依托,利用土工离心试验机进行室内模型试验,对分级开挖边坡的变形及加筋材料内力进行监测,研究了下部边坡压实度对分级开挖边坡整体变形、稳定性以及上部边坡加筋材料内力的影响。结果表明:边坡变形量、筋材内力随离心试验加速度的增加而增加,随下部边坡压实度的增加而降低。边坡稳定性系数随下部边坡压实度的增加而增加;底部边坡压实度增加使得上部筋材受力更均匀,筋材内力标准值随底部边坡压实度的增加而减小;随着加速度的增加,边坡塑性区向上扩展,塑性区后边缘随压实度的增加逐渐向边坡内部移动;底部边坡压实度越高,边坡的整体稳定性越好,边坡越不容易破坏,然而一旦破坏,其破坏的范围越大。

吸能边界条件下水下爆炸离心试验中冲击波传播特性数值模拟

受限于模型试验箱尺寸,水下爆炸离心模型试验中爆炸荷载在试验箱边界产生的反射波必然会影响试验的预期效果,因此减小模型箱边界效应将会大幅度还原试验实际情况并提高试验精度。基于耦合欧拉-拉格朗日(CEL)方法对水下爆炸离心模型试验进行数值模拟,通过试验和理论结果对比及1、2、4、6、8 mm和10 mm尺寸网格分析,验证了数值模型的可靠性,在此基础上对比研究了5、10、15 mm和20 mm厚度橡胶和泡沫作为边界消能材料时水下爆炸离心试验中冲击波荷载的传播特性,分析了各边界材料的吸波耗能机理。结果表明:2 mm欧拉网格尺寸能够兼顾计算效率和计算结果准确性;在模型箱内壁敷设橡胶或泡沫材料能有效降低水下爆炸冲击波的反射效应;在5 mm厚度条件下,橡胶材料较泡沫材料对冲击波吸收效果更为明显,但随着材料厚度的增加,泡沫材料吸波效果更加优越;橡胶材料和泡沫材料对冲击波低频信号均有一定的抑制效果,而对高频段信号抑制效果较弱。

覆水砂土场地中桥梁群桩基础地震响应离心试验研究

为探究覆水饱和砂土场地中土-群桩基础-桥梁结构体系动力相互作用规律,自主设计并制作了直(斜)群桩基础-桥梁结构物理相似模型,开展了不同地震动强度和不同特性地震波输入下的离心机振动台试验,分析了群桩基础-桥梁结构动力特性指标,探究了覆水饱和砂土地基超孔隙水压力发展规律和桩-土相互作用动力响应特性。研究结果表明:覆水的存在对地基土-桥梁结构体系的基本周期和阻尼影响很小,但会导致直群桩基础桥梁结构的振动幅值增加20%,而斜群桩基础桥梁结构的振动幅值降低10%;斜群桩基础模型阻尼比是直群桩基础模型的2倍。上覆水导致饱和砂土地基由受低频振动液化深度更大变为受高频振动地基液化深度更大,同时导致小震作用下促进超孔隙水压力发展,而大震作用下则反之。上覆水会增大桥梁上部结构的动力响应和桩身弯矩。上述研究结果可为覆水场地中桥梁工程抗震设计提供关键参考依据。

半地下式LNG储罐地震响应的离心试验研究

以半地下式LNG储罐的地震响应和桩基础对半地下式LNG储罐的抗震性能影响为研究目的,设计并开展动力离心模型试验,通过对比有桩和无桩储罐的地震响应加速度、摆角、储液晃动波高等差异,验证桩基础对半地下式LNG储罐抗震性能的提升效果。结果表明:以自振周期为控制参数的大型LNG储罐离心试验设计方法满足设计原则和要求;0.05g、0.1g、0.3g El Centro波荷载下,桩基础减小了储罐罐顶5.0%~36.6%的水平加速度、13.8%~33.6%最大摆角和8.4%~18.8%储液晃动波高等地震响应,桩基础有利于提高半地下式LNG储罐的抗震性能。

刚性桩复合地基离心试验插桩制模研究

土工离心模型试验是研究复合地基关键问题的前沿手段,饱和黏土工况下的刚性桩复合地基离心模型制作复杂,影响因素较多。基于多组刚性桩复合地基离心模型的制备过程分析,探讨了1g下插桩制模对离心模型地基抗剪强度的影响。试验结果表明:离心模型地基制样扰动与插桩方式相关,先引孔、后插桩有益于减少制样扰动。1g制模过程中,黏土模型地基的不排水抗剪强度有所损失,插桩制作扰动与1g下模型静置是导致饱和模型地基强度损失的主要原因,且复合地基上层软土抗剪强度的降低程度大于下部持力层。离心模型对比试验应充分考虑模型土样应力历史的相似性。研究提出了理想的刚性桩复合地基离心模型试验步骤,可为提升土工离心模型试验的精细化水平提供参考。

数字照相量测在砂土地基离心试验中的应用

采用数字照相变形量测技术,利用笔者提出的适应岩土局部化变形特点的三步搜索图像分析算法,对砂土地基在离心机和重力场试验中的变形场与变形模式,进行了全面观测与分析,得到了地基的变形范围、滑动面位置与形状、变形局部化和剪切带特征,再现了地基的渐进性变形与破坏的全过程。实验成果可为相关岩土本构模型的建立、检验和改进提供参考依据。

新型桩板结构对高速铁路软基沉降控制作用离心试验

在CFG、PHC等刚性桩桩顶加设50 cm厚筏型钢筋混凝土形成板桩板结构控制深厚软土路基沉降,是高速铁路建设中提出的新型地基处理形式,以满足高标准铁路路基变形要求。通过对群桩处理的深厚软土路基在有无钢筋混凝土板时路基沉降的离心模拟,重点研究了钢筋混凝土板对路基沉降的控制作用以及桩、板与土体之间的相对变形。试验结果表明,在群桩处理地基上部铺设一定厚度的钢筋混凝土板,可以使路基整体沉降减小12%,并使路基整体沉降更加均匀;桩端平面上部1/3桩长范围内土体由软塑状态转变为硬塑状态,密度和含水率变化显著;加载作用对路基变形影响深度大于40 m。

基于离心试验的承压水基坑变形稳定影响因素

针对上海地铁M8线黄兴路车站深基坑,采用离心模型试验研究第⑥硬土隔水层缺失与否、基坑开挖深度和承压水头高度等因素对承压水基坑变形稳定的影响.试验研究结果显示:(1)不论存在或缺失第⑥隔水层,基坑最大变形均随着开挖深度和承压水头的增加呈非线性增大,开挖深度影响最大的是坑周地面沉降和连续墙墙脚位移,承压水头影响最大的是连续墙墙脚位移和坑底隆起变形.(2)不论存在或缺失第⑥隔水层,开挖深度对基坑变形影响的敏感性比承压水头大.(3)基坑开挖深度较小、承压水头较低时,第⑥隔水层缺失与存在相比,基坑最大变形差异较小;随着开挖深度和承压水头的增大,两者变形的差异越来越大,缺失第⑥隔水层不利于基坑稳定.

承压水位变动下深大基坑空间效应离心试验与数值模拟

基坑工程是典型的三维空间问题,只有在一定条件下才能简化为平面应变问题。针对基坑工程的空间效应问题,首先采用离心模型试验建立基坑工程三维模型,分析承压水位变动条件下基坑变形规律;然后,进一步开展三维数值模拟,与离心模型试验结果进行对比验证,并开展基坑长度、开挖深度、承压水位高度和基坑面积等因素对基坑三维空间效应的影响研究。研究表明:三维基坑离心模型试验监测得到基坑中部和角部断面处的地连墙水平位移以及基坑外侧地表沉降,验证了角隅效应,且承压水位上升时角隅效应更显著;影响因素分析表明,长江Ⅰ级阶地中当基坑长度大于6倍开挖深度时,基坑中间断面基本为平面应变状态;随开挖深度逐渐增大时平面应变比显著增大,而当深度大于25 m时增大速率减缓;承压水位升高时角隅效应更显著,承压水位超出地表3 m时平面应变比为0.46。该研究成果为长江Ⅰ阶地典型二元结构地层深大基坑的设计和施工提供依据。