海底管线涡激振动响应动力特性

海底管线管跨段的涡激振动,尤其是管跨在涡激振动下的频率锁定现象,是引发海底管线断裂失效的主要因素之一.通过对不同尺寸管道在不同流速条件下的漩涡发放频率、结构自振频率以及振幅的测量实验,找出了圆形管道在稳定流中涡激振动的规律,提出了由约化速度来控制涡激振动的方法.为了将模型实验结果与理论计算结果进行比较,建立经验参数与不同实验条件下的物理参数之间的关系,利用尾流振子模型方法计算模型的涡激振动动力响应.通过模型实验说明尾流振子模型方法求解管道涡激振动的可行性,计算结果与实验结果吻合较好.

锚固洞室在顶爆作用下破坏形式及破坏过程研究

利用抗爆模型试验和数值分析方法,研究锚固洞室在顶爆作用下的破坏形式及破坏过程。根据锚固洞室破坏模型试验,发现锚固洞室主要有:受拉破坏、剪切破坏、受压破坏和压剪破坏4种破坏形态。通过分析试验解剖图和应力波传播规律发现:爆炸应力波作用下,锚固洞室首先在拱顶锚固区发生"层裂"现象,在自由面附近有类似半椭圆拱岩石介质脱落;同时两侧容易形成"八"字型剪切裂纹,随着爆炸荷载强度增加,如果锚杆加固较弱会在洞顶产生局部坍塌,一旦锚杆加固较强就会发生从爆心至洞室整体坍塌。最后利用数值分析方法分析了洞室受力情况和塑性区发展过程,进一步探讨了锚固洞室在顶爆作用下破坏形式和破坏过程。

开口管桩沉桩过程试验研究与颗粒流模拟

利用侧面透明的模型箱和铝管半模桩模拟了开口管桩在砂土中的沉桩过程.分别测量了不同桩径和不同相对密实度开口管桩完全闭塞时的土塞高度.结果表明桩径越大,相对密实度越小,则土塞高度越大.利用高分辨率数码摄像设备观察到了土塞形成的三个阶段,重点分析了土塞内几个特征砂颗粒的移动轨迹和压桩过程中孔隙率和接触数的变化,从细观尺度出发探讨开口管桩沉桩过程中砂土的变形机制和土塞形成机理.利用Geodip软件分析了桩土接触面处的砂粒长轴定向和平均配位数,分析表明,土塞形成过程中颗粒原先的结构被打破以及发生了剧烈旋转,颗粒重新进行分布.在模型试验基础上,通过二次开发PFC2D颗粒流程序对沉桩全过程进行离散元仿真模拟.数值模拟结果表明,PFC2D能够模拟开口管桩从开始刺入砂土到形成土塞并最终呈现闭口管桩性态的整个过程.

库水位升降条件下边坡失稳离心模型试验研究

三峡库区频发的滑坡地质灾害已愈来愈引起学者的高度重视,其受水位反复升降的影响是库区边坡不同于其他陆地自然边坡的一个显著特点。以离心模型试验为手段,基于三峡库区典型滑坡的工程地质特征,建立相应的土质边坡离心模型。在试验过程中实现对库水位循环升降的控制,模拟库区边坡在水位升降作用下的失稳过程。通过数码摄像、数字图像处理和传感元件测试,获得该试验条件下的土坡在水位升降过程中典型位置的孔隙水压力变化、全断面位移矢量演化(水平位移和沉降)、滑面形态及裂缝形成发展过程,并详细分析边坡在这种外部水环境影响下的变形演化、失稳和破坏模式。试验结果表明,若仅考虑水位升降作用的影响,该试验条件下的库区土质边坡的变形呈现典型的渐进牵引破坏模式,并具备较强的水土软化影响特征;裂缝在变形演化过程中出现交替张开和闭合现象,该失稳模式下的滑面呈折线形态,并在变形破坏过程中次生多级滑面。研究结果为库区滑坡地质灾害机制的深入认识、以及滑坡预防和控制提供了重要依据。

透空箱体浮式防波堤消浪特性实验研究

通过对4种不同结构形式的浮式防波堤进行实验研究,分析了浮式防波堤在规则波作用下防波堤透射系数与模型顶板相对入水深度q/d、相对板间距s/d、相对板长B/L以及顶板开孔的关系.研究结果表明,相对板长是影响防波堤消浪性能的最重要因素.在加大锚链拉力的同时,增加防波堤长度是提高防波堤消浪性能的有效方法.

砂土场地中组合荷载下单桩竖向承载特性研究

考虑砂土场地中单桩承受水平和弯矩荷载的共同影响,完成了五组共十根单桩的室内模型试验,分析了在组合荷载作用下砂土中单桩的竖向承载特性.研究表明:在不考虑竖向荷载作用的情况下,随着水平荷载作用点高度的增加,由于出现了弯矩荷载,单桩的水平极限承载力降低,但降低幅度逐渐减小;水平或弯矩荷载的增大,均会导致单桩沉降的增大和竖向承载力的降低,但只有当水平荷载达到相应位置水平极限承载力的0.5倍以上时,这种变化幅度才较明显;预先施加的水平和弯矩荷载在产生水平位移后,再施加竖向荷载,将会出现P-Δ效应,造成单桩水平位移的增大和水平承载力的降低;水平和弯矩荷载共同作用时对单桩的沉降和桩端阻力的影响程度,与水平和弯矩荷载产生的桩顶水平位移的大小正相关.

扶壁式加筋复合挡墙变形规律和受力机理

采用离心机模型试验和FLAC3D数值模拟相结合的方法,研究上海某高填土工程中扶壁式挡墙与包裹式土工格栅组合的复合挡墙变形规律和受力机理.离心机模型试验结果表明,复合挡墙的水平位移较小,能较好地控制高填土水平位移.在离心机模型试验的基础上,采用FLAC3D计算了复合挡墙的水平土压力,并与同尺寸和参数条件下的纯加筋挡墙、纯扶壁式挡墙的水平位移和水平土压力进行对比分析,结果表明,复合挡墙中扶壁式挡墙能有效地控制水平位移,包裹式土工格栅分担大部分水平土压力.该研究为高填土复合挡墙工程设计提供了理论依据.

格形地下连续墙基坑施工阶段侧向变形

为获得格形地下连续墙受力和变形的一般规律,结合实际工程,采用离心模型试验和现场监测方法对其侧向变形规律、设计参数对墙体位移的影响、围护结构最大侧向位移与开挖深度的关系进行了分析.结果表明：墙顶水平位移较大,墙体发生重力式位移模式;前后墙的变形规律相似,开挖深度、前后墙间距、隔墙间距、土质和临时支撑对墙体位移有显著影响;与拉锚地下连续墙相比,格形地下连续墙整体刚度大,抗水平变形能力强,最大侧向位移（平均值）为开挖深度的0.15%~0.50%,满足软土地区深基坑变形的基本要求.

超长预应力束初张力及持荷时间试验研究

以沪蓉西高速公路野山河大桥的超长预应力束为研究对象,进行模型试验,研究超长预应力束的初张力及张拉持荷时间,并提供了其他几座桥梁的超长预应力束初张力及持荷时间的研究成果。研究表明:弯角和较小的超长预应力束初张力可取规范值上限,弯角和较大的超长预应力束初张力宜通过试验确定;其在张拉至设计控制荷载后,持荷时间宜适当延长。

散装铁精矿流态化宏细观机理

基于室内小型振动台对散装铁精矿进行动力试验,研究了散装铁精矿流态化发生的过程和机理.基于数字图像采集和分析系统,分析了流态化过程中铁精矿位移场、水分迁移以及颗粒运动规律,从宏细观两方面揭示了散装铁精矿的流态化演化规律.试验结果表明:铁精矿产生流态化的主要原因是在动力荷载作用下,铁精矿细颗粒沿着粗颗粒孔隙向下迁移和颗粒表面水下落汇集形成水膜后向上流动.该结论为进一步探究铁精矿的流态化预防措施提供了理论依据.

砂土中筒型基础静压下沉试验及受力特性

为了探究筒型基础静压下沉过程中筒-土之间的阻力特性,开展了3种不同口径的筒型基础在砂土中静压下的沉模型试验,测量了下沉过程中筒壁内外及筒端土压力与总的下沉阻力.基于土拱效应理论推导出筒体内壁土压力计算公式,建立了考虑筒内土塞作用的贯入力预测计算方法.研究表明,在沉贯深度达约1倍口径时开始出现土塞效应,在沉贯过程中,筒内土塞闭塞程度随口径的增大而降低,沉贯结束时各工况土塞增长率分别为65%,70%,80%.筒体内壁土压力呈双折线形式,计算值与实测值吻合较好;外壁土压力成线性增大,可用折减的被动土压力进行计算;土拱阻力占贯入总阻力比例高达70%,考虑筒内土塞作用的贯入力计算方法能够对此进行较好地预测.

动冰力模型试验模型律研究

冰激直立桩结构振动模型试验研究结果表明,冰条件和结构条件的组合形成了对结构响应形式的综合控制,冰激直立结构稳态振动控制机理为冰与结构的相互作用。基于动冰力模型试验数据,提出了由弹性控制因子、率控制因子以及几何尺寸控制因子组成的能够反映冰与结构相互作用水平的相互作用系数,并建立了以相互作用系数为相似准数的相似体系。所建立的相似体系可以确定引发结构稳态振动的结构条件与冰条件组合,对研究动冰力模型试验具有指导意义。

错列剪力墙结构与框架结构抗震的对比实验分析

介绍了一种高层建筑当中的新兴结构体系——错列剪力墙结构。为分析错列剪力墙结构和传统框架结构的抗震性能,分别设计制作了两个错列剪力墙结构和传统框架结构的实物模型。利用小型振动台对这些模型进行模拟地震振动实验。得出了错列剪力墙结构和传统框架结构在地震作用下结构的动力反应特征。实验结果表明:在各级地震波作用下,错列剪力墙结构的地震响应均比传统框架结构的地震反应小,说明了错列剪力墙结构相对于框架结构具有更加良好的抗震性能。

自升式平台桩土作用机理的研究进展

自升式平台是近海石油开发中最主要的移动式平台,被国内外广泛使用。通过对现役自升式平台的结构特点进行分析,简要介绍了自升式钻井平台的分类、桩靴形状和桩土相互作用中的穿刺现象;探讨了国外对桩土相互作用机理的研究情况,重点阐述了国外对桩土相互作用的实验研究和土体本构模型的发展及数值模拟方法;而后对国内的研究情况进行了总结,提出了在自升式平台桩土相互作用方面应该深入探讨的问题。

浅埋偏压条件下特大断面隧道地震动态响应的试验研究

以福州市二环路金鸡山隧道为工程原型,设计制作了浅埋偏压条件下特大断面隧道的1/30缩尺模型,完成了20种工况下的模拟地震动试验,重点关注隧道模型加速度、衬砌接触压力、衬砌表面应力的地震动态响应。隧道中轴面各测点PHA放大系数随高程呈近似对数型增大,改变了原场地高程效应的表现形式;隧道模型的第一卓越频率与EL波的卓越频率较为接近,其共振效应使得EL波激励引起的高程效应明显大于其他地震波。靠山侧衬砌结构所承担的地震动附加压力显著大于临空侧,且在大振幅激励下,其拱腰所承担的地震动附加压力反而大于拱脚。隧道衬砌结构的扁平率和几何曲率,对其动应力峰值的分布均有显著影响,尤其是在大振幅激励下,靠山侧拱脚处的动应力峰值显著大于其他部位。衬砌结构的裂缝发展形态特征,与接触压力峰值及动应力峰值沿衬砌环向分布的规律是相一致的。上述成果为浅埋偏压条件下特大断面隧道抗震设防提供了参考。

超长悬臂钢-砼组合行车道梁的理论分析与试验研究

长沙市洪山大桥是一座竖琴式无背索斜塔斜拉桥,主跨跨径206 m,主梁为脊骨梁布置形式,两侧挑梁采用13 m超长悬臂钢-砼组合梁结构,纵向间距4 m.为了准确把握钢挑梁的受力特性,提出了采用修正的铰接梁法计算钢挑梁的荷载横向分布系数,推导了详细的计算公式,并进行了模型试验研究予以验证,试验结果与理论分析结果吻合良好;采用压重320 kN的方法解决负弯矩区域砼板的开裂问题;综合比较各种规范关于砼收缩徐变的规定;分析了砼板的裂缝宽度;为大桥设计和类似工程提供重要的参考和指导.

新型梁柱-钢管混凝土板柱混合结构试验研究

新型梁柱-钢管混凝土板柱混合结构的特点是钢管混凝土柱-板节点处只承担竖向荷载,不出现或者出现较小的不平衡弯矩,同时提高节点抗侧移能力,避免地震时楼板发生冲切破坏,水平荷载则全部由抗震墙和梁柱框架承担.通过1个1/2比例钢筋混凝土梁柱-钢管混凝土柱无梁楼盖异型板(跨数少于3跨)结构模型试验,研究其在受竖向均布荷载和水平荷载作用下结构的受力性能.试验结果表明,楼盖系统的竖向承载力超出设计荷载的2倍以上,具有较高的安全储备;在重力荷载产生的剪力与板抗冲切承载力的比值(gravity shear ratio,GSR)超过0.8时,弹塑性层间位移角限值不小于2.25%,满足中国《建筑抗震设计规范》(GB50011—2010)中大震下结构侧移的要求,优于普通的无梁楼盖系统.

地基回弹再压缩特性离心模型试验及数值模拟

以港珠澳沉管隧道天然地基段某一横断面为研究对象,对垫层厚度1 m及1.5 m的工况分别进行了模拟整个施工过程的离心模型试验及有限元计算研究,揭示了不同垫层厚度地基回弹再压缩应力应变特性、沉管结构的应变特征,为沉管隧道的施工及地基处理方案设计提供依据。结果表明,开挖卸荷基底产生拱形回弹;回填后基底应力及沉管底板应变均呈马鞍形分布;随时间及回淤增加,仅基底中部应力增大。垫层薄,基底应力分布匀化效果差,再压缩量及工后沉降增大。

确定循环荷载作用下吸力锚承载力的塑性上限法

塑性上限分析法是计算静荷载作用下吸力锚极限承载力的一种方法,依据塑性上限分析原理,为了计算静荷载与循环荷载共同作用下吸力锚的承载力,建议了一种基于塑性上限分析理论计算静荷载和循环荷载共同作用下软黏土中张紧式吸力锚循环承载力的方法.该方法首先假定在静荷载作用下吸力锚的破坏模式,并依据静力平衡原理计算静荷载在土体中产生的平均剪应力,然后依据循环强度与土体平均剪应力和循环破坏次数的相互关系确定相应的循环强度,将循环荷载对土体的作用转化成土体强度的变化,再假定吸力锚在循环荷载下的破坏模式与静荷载作用下其破坏模式一致,并依照塑性上限分析原理和土体的循环强度计算强度变化后的承载力.为了验证该方法的合理性,进行了1g条件下的吸力锚模型试验,并应用该方法对模型试验结果进行了预测,预测结果与试验结果吻合较好.

护壁工程土钉支护模型试验研究

借助模型试验的理论和方法,将长沙星电公寓的填土基坑工程作为原型背景,通过该原型的相似模型试验,来研究土钉支护在填土这类不良地质体中的作用机理等问题,揭示了其中的某些规律性因素,在理论上为类似工程的支护设计与施工提供有价值的指导和参考。