黄土地基中能量桩群桩承载变形性状模型试验

基于室内缩尺试验研究了含能量桩群桩在4次冷热循环过程中的桩身热力学特性及桩基承载变形特性变化规律,分析冷热循环对桩土温度、承台沉降、桩顶荷载及桩身摩阻力的影响。试验结果表明:冷热循环过程中能量桩较浅位置处桩身及桩侧土温度始终高于较深处,热循环过程中能量桩的传热效率高于冷循环过程。冷热循环会使承台顶面的工作荷载及群桩中各基桩的桩顶荷载发生往复变化,相应地引起承台发生往复倾斜,热循环引起的承台倾斜稍大于冷循环。热循环引起的能量桩桩身上部摩阻力为负,下部为正,冷循环时则相反。

间歇式运行模式下黄土地基中能量桩热-力特性模型试验

能量桩是将传统桩基与地源热泵相结合的一种建筑节能新技术。为研究黄土地层中能量桩热交换效率及承载变形特性,了解黄土饱和状态对能量桩热交换效率、桩土温度、桩土沉降及桩身轴力、摩阻力的影响规律,开展间歇式运行模式下黄土处于天然湿密状态及饱和状态的能量桩模型试验。试验采用的黄土为人工配制黄土,模型桩为内置单U形换热管的现浇钢筋混凝土桩。试验结果表明:黄土中能量桩具有较高的热交换效率,黄土饱和时能量桩的热交换效率大于黄土处于天然湿密状态,随着无量纲直径D/L的增大,能量桩的热交换效率增加。不论黄土处于天然湿密状态还是饱和状态,桩顶沉降呈现出棘轮形式并随冷热循环次数增加逐渐增大。热循环、冷循环对能量桩的承载力影响不同,经过每一个完整的冷热循环后,桩的承载力均降低了。该文还建立了计算能量桩热交换效率的新公式,该公式考虑了桩身侧表面积及循环液与初始地温差的影响。

桩顶荷载及温度循环对黄土地基中能量桩承载性状影响研究

为对比分析未经过温度循环的普通桩与能量桩竖向承载变形性状,开展黄土地基中能量桩温度循环试验。模型桩为现浇钢筋混凝土灌注桩,黄土为人工配制重塑黄土。研究结果表明:温度循环弱化黄土地基中能量桩桩身侧阻、增强能量桩桩底端阻,温度循环过程中桩顶工作荷载越大,桩侧阻的弱化作用及桩端阻的增强作用越大,这导致能量桩的竖向抗压承载力比普通桩有明显的提高。另外,根据模型试验结果,通过数据拟合建立桩土界面摩阻力-桩土相对位移及桩端土反力-桩端沉降双曲线函数模型,并确定模型参数,其函数计算结果与试验结果对比表明本文模型能合理反映温度循环及桩顶工作荷载大小对桩基承载力的影响。研究结果可为黄土地区能量桩的安全设计提供一定参考。

黄土基坑斜直桩支护结构受力及变形特性模型试验研究

为深入探究斜直桩支护的工作机理及变形特性,通过模型试验对比斜直桩和传统支护在开挖和降雨阶段桩顶位移、桩身弯矩及坑外沉降变化规律。研究结果表明:斜直桩受力及变形均小于悬臂和双排直桩,其极限挖深更大,对周边环境影响更小,其中内斜直支护性能最优。部分直桩改为斜桩可使受力更合理,除了受到弯剪还有拉压,有效提高支护刚度。降雨阶段下支护结构受力及变形增幅较开挖更大,还会引发土体塌陷、坑内外土体表面开裂等破坏。研究结果可为斜直桩黄土基坑施工风险防控提供参考。

湿陷性黄土地基中桩基负摩阻力计算新方法

负摩阻力对湿陷性黄土地基中桩基的承载变形性状具有重要影响,现行桩基规范及黄土规范推荐的负摩阻力计算方法不能反映黄土桩基负摩阻力的实际性状。对近30年来在黄土地区开展的钢筋混凝土灌注桩现场浸水试验实测数据进行统计,分析黄土浸水完成后桩身中性点深度、桩身最大负摩阻力深度及负摩阻力系数与桩长径比的关系,通过线性拟合得到了中性点深度比、最大负摩阻力深度比及负摩阻力系数与桩长径比的经验表达式,提出湿陷性黄土地基中桩基负摩阻力计算的新方法。新方法用三角形表示负摩阻力沿深度的分布,能反映负摩阻力从桩顶向下先逐渐增大、达到最大值后随深度增加逐渐减小、最终在中性点处减小为零的分布特征。将提出的方法、桩基规范及黄土规范方法的计算结果与实测结果进行对比,结果表明,桩基规范预测的中性点深度比优于黄土规范,黄土规范预测的最大下拉荷载优于桩基规范,而用新方法计算的负摩阻力最接近实测结果。

不同工作荷载下能量桩热-力耦合特性模型试验

本文通过黄土地基中能量桩在3种不同荷载工况下的温度循环荷载试验,以及在此基础上进行的能量桩竖向承载特性试验,对比分析了冷热循环过程中热交换效率、桩顶竖向荷载、桩土沉降、桩身轴力、桩侧摩阻力及桩端反力等变化规律。试验结果表明:桩顶竖向荷载随温度循环次数的增加而逐渐减小,桩顶沉降呈现出收敛特性;热循环时桩身受压,冷循环时受压区范围与工作荷载和冷循环次数成正比;桩顶工作荷载较小时,冷热循环对侧摩阻力的影响更大,冷循环时的侧摩阻力更大;工作荷载的大小是桩-土相对位移的控制因素;温度位移零点的位置与荷载大小无关,以此点为界冷热循环对侧摩阻力及桩-土相对位移有不同影响。

水平斜交-竖向组合荷载下斜桩承载机理数值分析

文中通过将不同角度、不同大小的水平斜交荷载与不同大小的下压荷载相互组合,模拟倾斜桩基础在三维空间的受力特征,分析了粉土地基中在水平斜交荷载和竖向荷载共同作用下15°斜桩的承载性能.结果表明:随着水平斜交荷载加载角的增大,斜桩桩顶水平位移减小、单桩水平极限承载力增大.斜交角度不大于90°时斜桩桩顶产生正向的竖向位移,随着竖向下压荷载增大,桩顶竖向位移及水平位移均增大,斜桩水平极限承载力减小;水平斜交荷载加载角大于90°时则相反.桩身弯矩My和扭矩几乎不受下压荷载的影响,水平加载角度越接近90°,其负向弯矩和正向扭矩峰值越大.

黄土基坑桩锚支护开挖变形分析

依托西安某湿陷性黄土场地桩锚支护的深基坑开挖工程,采用ABAQUS有限元软件,研究围护结构在不同开挖深度下的变形及周围土体的变形特征。结果表明:围护结构及周围土体的变形随开挖深度的增大而增大;矩形基坑存在明显的空间效应;长边方向上连续墙水平位移、竖向位移、墙后土体变形均大于短边方向。

黄土地基中能量桩热力学特性及承载变形性状模型试验研究

能量桩通过内置循环管与周围土体进行热交换来开采浅层地热能。通过室内模型试验,测试4个完整的冷热循环过程中能量桩仅受温度作用及热-力耦合两种工况下的桩身和桩侧土体温度、桩顶和桩侧土表面沉降、桩顶荷载及桩身内力,分析黄土地基中埋设单U形换热管的能量桩热力学及承载变形特性。试验结果表明,对于每个冷热循环过程,随循环时间增加能量桩热交换效率逐渐降低并趋于稳定状态,黄土地基中能量桩桩身温度随深度增加逐渐减小。冷热循环会使能量桩桩顶产生累积沉降,与仅受温度作用工况相比,在热-力耦合作用下能量桩桩顶累积沉降较大,桩侧土表面沉降较小,而桩侧土体受影响范围则较大。对于两种工况,冷热循环稳定后能量桩最大附加应力均出现在桩身中部,热循环时桩身上部摩阻力为负,下部摩阻力为正,冷循环时则相反。

水平荷载-扭矩耦合作用下斜桩承载变形特性数值模拟

利用ABAQUS数值软件分析了斜桩在水平荷载H和扭矩T耦合作用下的承载特性、桩身内力以及桩-土界面上的摩阻力等变化特征并与直桩进行了对比,探讨了桩-土刚度比、荷载偏心距和桩身长径比对斜桩受扭承载力的影响。分析结果表明:斜桩在水平荷载与扭矩耦合作用下,桩身为受扭破坏;斜桩的受扭承载力大于直桩,斜桩受扭承载力的大小与桩身倾角相关;桩-土刚度比、荷载偏心距和桩身长径比对斜桩受扭承载力也有一定的影响,而桩身长径比的影响较大。

水平偏心荷载作用下斜桩承载特性模型试验

斜桩周围的土体自重应力场不对称于斜桩轴线,其承载变形特性比较复杂。在砂土地基中开展了斜桩模型试验,研究了斜桩在垂直于其倾斜方向的水平偏心荷载作用下的承载变形特性,分析了桩身表面粗糙程度、桩身倾角对斜桩承载变形特性及桩身内力分布规律的影响。试验结果表明,在垂直于斜桩倾斜方向的水平偏心荷载作用下,斜桩桩顶水平位移很小,而扭转变形较大,其承载力取决于扭转变形。垂直于斜桩倾斜方向的水平偏心荷载不仅会使斜桩弯曲,还会使斜桩沿其纵向轴线拉伸。斜桩桩身最大弯矩超过作用于桩顶的扭矩约10%~30%,斜桩全长受拉,但桩身轴力很小,最大轴力约为桩顶水平荷载的5%。斜桩桩身表面作用有纵向摩阻力及环向摩阻力。斜桩桩身上部纵向摩阻力为正摩阻力,下部则为负摩阻力,中性点的位置约在相对深度Z/L=0.3处,纵向平均摩阻力远小于相同深度处的环向平均摩阻力。

局部破坏对内撑式排桩支护基坑影响的模型试验

为降低实际工程基坑失稳事故发生率,通过室内模型试验研究了支撑失效、土体渗漏等局部破坏对内撑式排桩支护基坑的影响机理。试验结果表明:支撑轴力随基坑开挖加深而增大,靠近基坑中部的支撑轴力增量最大,坑角附近最小;支撑局部失效时,一部分荷载通过围檩传递到邻近支撑,另一部分荷载转换为支护结构的位移协调。当支撑全部失效后,支护结构整体刚度降低,支护体系变为悬臂排桩支护,支护桩位移、弯矩及坑外土体沉降量较支撑全部失效前明显增大;桩后局部土体发生渗漏时,土体迅速垮塌流进坑底形成土堆,同时坑外产生大范围的塌陷区,对周边环境及施工影响较大。

考虑邻近建筑物影响的内撑式排桩基坑支护局部破坏研究

基坑开挖与周围环境相互影响,而邻近建筑物对基坑支护体系局部破坏的影响鲜有研究。通过内撑式排桩支护砂土基坑模型试验,研究了坑外有、无建筑物两种情况下基坑开挖、支撑局部破坏和桩后砂土渗漏对内撑式排桩基坑支护体系受力及变形性能的影响。试验结果表明:受邻近建筑物的影响,随基坑逐渐开挖,平行于邻近建筑物长边的支护桩桩顶水平位移增大,而垂直于邻近建筑物长边的支护桩桩顶水平位移减小,同时基坑中部内支撑轴力明显增大,角撑次之,边撑反而减小;邻近建筑物对平行于建筑物长边的支护桩桩身弯矩及反弯点影响较大,而对垂直于建筑物长边的支护桩桩身弯矩影响较小;局部内支撑破坏引起的坑外地面沉降较小,而内支撑连续破坏导致坑外地面产生显著沉降,影响范围为0.12~0.23倍开挖深度,同时临近的未失效支撑轴力显著增大,易引发连续破坏;邻近建筑物对平行于建筑物长边的支护桩桩身弯矩影响较大,对垂直于建筑物长边的支护桩桩身弯矩影响较小。当桩后砂土出现渗漏时,对平行于邻近建筑物长边的支护桩影响更为明显。

应用于毫米波段的宽带波束调控超表面设计

毫米波段因其较高的数据传输速率和较大的容量而备受关注。为满足现代通信系统对宽带、波束偏转和高辐射效率等天线需求,本文提出了一种工作在88.5~94.6 GHz频带范围内的石墨烯-金属复合结构超表面。该超表面通过调节石墨烯的费米能级,对超表面单元的反射相位进行实时调控编码。调整金属层结构尺寸,可以调制不同编码状态下超表面单元的相位、幅度响应以及编码频段范围。经优化设计,在石墨烯费米能级分别为0 eV和1 eV时,编码超表面单元在88.5~94.6 GHz的宽频带内具有180°±20°的反射相位差,并且反射幅度均大于0.7。利用该单元设计了7×7的超表面,通过合理排布编码单元,可对毫米波段波束进行偏转和多波束切换等动态调控。实验结果显示,单波束最大偏转角度可达105°(-55°~50°),且可实现1~5个波束的切换。该超表面为多功能天线设计提供了新的解决方案,在高速无线局域网、车载雷达、卫星通信等领域具有潜在的应用价值,对毫米波段通信技术的发展具有重要意义。

斜桩竖向抗压承载变形性状模型试验

斜桩广泛应用于岩土工程中,但如何确定其竖向抗压承载力目前还没有合理的方法。因此,通过模型试验研究了竖向荷载作用下斜桩的承载变形性状,分析了斜桩桩身倾角和长径比对其竖向抗压极限承载力与桩顶沉降的影响,通过拟合方法建立了斜桩竖向抗压极限承载力和沉降的计算公式并与文献结果进行了对比。试验结果表明:(1)在竖向荷载作用下,当桩身倾角较小时,斜桩荷载-沉降曲线(Q-S)与荷载-水平位移曲线(Q-H)均为缓变型;当桩身倾角与长径比较大时,其Q-S曲线与Q-H曲线均为陡变型;斜桩的沉降大于相应直桩的沉降,桩身倾角越大,斜桩桩顶沉降和水平位移就越大。(2)斜桩的竖向抗压极限承载力小于直桩,桩身倾角越大,斜桩竖向抗压极限承载力就越小。(3)建立的斜桩竖向抗压极限承载力与桩顶沉降公式的计算结果与文献结果吻合较好。

Th1/Th2平衡对寒凝血瘀证原发性痛经大鼠神经生长因子及其受体的影响

目的 探究1型辅助性T细胞/2型辅助性T细胞(Type 1 helper T cells/type 2 helper T cells, Th1/Th2)平衡偏移对寒凝血瘀证原发性痛经(Primary dysmenorrhea, PD)大鼠子宫组织神经生长因子(Nerve growth factor, NGF)及其受体的影响,进一步揭示PD的发病机制。方法 将32只雌性大鼠,按随机数字表法分为空白组、模型组、Th1偏移组、Th2偏移组,每组各8只。建立寒凝血瘀证PD大鼠模型,在此模型基础上建立Th1偏移PD模型及Th2偏移PD模型。比较各组大鼠扭体反应,检测各组大鼠子宫组织中神经生长因子(Nerve growth factor, NGF)、酪氨酸激酶受体A(Tropomyosin-receptor kinase, TrkA)及p75营养因子受体(p75 neurotrophin receptor, p75NTR)蛋白含量及mRNA转录水平。结果 扭体潜伏时间:与模型组比较,Th1偏移组和Th2偏移组,差异无统计学意义(P>0.05);Th2偏移组较Th1偏移组缩短,差异有统计学意义(P<0.05)。30 min内扭体次数:与模型组比较,Th1偏移组明显减少,差异有统计学意义(P<0.01),Th2偏移组明显增加,差异有统计学意义(P<0.01)。与空白组比较,模型组大鼠NGF、TrkA及p75NTR蛋白表达及mRNA水平均升高,差异有统计学意义(P<0.05,P<0.01);与模型组比较,Th1偏移组NGF、TrkA蛋白表达及mRNA水平降低,差异有统计学意义(P<0.05,P<0.01),p75NTR mRNA水平降低,差异有统计学意义(P<0.01);Th2偏移组NGF、TrkA及p75NTR蛋白表达及mRNA水平均升高,差异有统计学意义(P<0.05,P<0.01)。结论 Th1/Th2细胞平衡干预NGF及其受体表达可能是寒凝血瘀证PD的发病机制之一。

不平衡馈电的宽带全向偶极子天线设计

为了实现在多频段下的无线通信需求,设计了一种宽带偶极子天线。天线由介质基板上下表面的一对多边形覆铜贴片组成,通过2对形状不同的偶极子实现宽频带辐射。天线使用SMA接头直接馈电,为了减轻不平衡电流对天线辐射性能的影响,在天线上表面添加三角形结构,在下表面进行开槽,以调整表面电流的幅值与相位。实测结果表明,天线在1.3~2.5 GHz电压驻波比小于2,且方向图具有全向特性,实测结果与仿真结果具有较好的一致性。该宽带偶极子天线具有质量轻、剖面低的特点,为多频段无线通信提供了一种可能的结构。

一种双分裂环结构的线-圆和线-交叉极化转换器

文中提出了一种高效、多功能的超表面极化转换器,该转换器由双分裂环谐振器周期阵列构成并置于F4B-2介电基板上。通过双分裂环谐振器的耦合效应可以有效拓展工作带宽。采用有限积分法对其极化特性进行分析。仿真结果表明:在5.5~8.55 GHz的频带(相对带宽为43.4%),实现了线极化到圆极化的转换,其能量转换效率优于99.5%;在10.31~15.31 GHz的频带(相对带宽为39%),实现了线极化到其交叉极化的转换,其极化转换比大于0.99。实验上,制备了样品并测试了其极化转换特性,实验结果与仿真结果基本吻合,验证了该转换器设计的合理性和有效性。所提出的超表面具有高效率、大工作带宽、多功能的特点,可应用于无线通信和极化操控设备。