新型排水用轴向中空壁聚氯乙烯埋地管力学性能试验及数值分析

为了研究埋地轴向中空壁塑料排水管的变形与力学响应特性,以便充分利用材料与结构性能,基于模型箱试验,获得埋地管道受到土荷载、地面荷载和管土相互作用下管道及其管周土体的力学及其变形特性;基于ABAQUS有限元分析管截面在埋地外压、排水内压及两者组合作用下的应力和变形特性,建立管道的基本力学参数在砂箱试验与真实埋地条件下的换算关系,提出边界效应修正计算公式。研究结果表明:土柱法+分布角法适用于计算地面静荷载作用下埋地结构壁管道的管顶竖向压力,荷载扩散角宜取30°~35°;在地面静荷载作用下,管道径向变形计算方法中Spangler-Iowa公式偏保守,AWWA M23规范计算结果与试验结果较吻合,而考虑准永久值系数会导致变形计算结果偏小;在埋土外压作用下,管腰位置内壁易发生受压破坏;排水时,管顶位置内壁易发生受拉破坏;内外壁起主要承载作用,受力较大;中间筋主要起连接作用,受力时应力以中性轴为零点向两侧呈梯度增加;本文提出的边界效应修正计算公式是准确可行的。研究成果可为轴向中空壁塑料管等柔性埋地管道的结构设计、力学和损伤失效分析提供参考。

地下水渗流对岸坡稳定影响试验研究

从河道地下水稳定渗流的解析解、有限元解出发,分析了河道坡面上的渗透坡降的分布规律,得到了自由出渗坡面上土颗粒的临界渗透坡降计算公式。开展了地下水渗流对岸坡稳定影响的试验研究,分析了地下水渗流作用下的河道崩岸发生、发展机理和演变过程。从防止坡面发生渗透破坏和降低浸润线、减少渗流量两个角度,研究了防治崩岸的渗流控制措施,重点研究了土工织物和排水减压井在降低渗流破坏、增加边坡稳定性的效果。最后介绍了土工织物设计准则和排水减压井渗流计算方法。

一种砂类土的环刀取样技术及试验验证

为解决砂类土取样困难且易受扰动的问题,本文设计加工了一套砂类土环刀取样装置;采用福建标准砂构筑长600mm、宽600mm、高400mm的室内小型砂箱模型,针对干密度为1.45g/cm^3和目标含水率分别为3%、6%、9%的三组砂样模型,使用该装置进行了分层取样试验,以砂样干密度作为评价指标,对砂类土环刀取样技术的可靠性进行了验证。试验表明:对砂箱模型中具有较好均匀性的同一水平层砂土进行取样得到的干密度差值在0.03g/cm^3以内,平均差值不大于0.02g/cm^3,一致性较好且满足规范要求;同样,取样得到的干密度沿深度变化趋势能较好地反映砂箱模型分层击实制备过程中不同深度砂土层的干密度逐渐增大的基本特征。

基于砂箱模型试验的加筋土挡墙最优布筋方式分析

为探讨最小加筋材料面积的加筋土挡墙最优布筋方式,开展了以纸质作为挡墙面板和加筋材料的砂箱模型试验,测试了加筋土填料和加筋材料的物理力学性质,分析了布筋密度、筋带宽度及长度等因素对加筋土挡墙稳定性的影响规律。试验研究表明:处于极限稳定状态的加筋土挡墙,采用"窄筋密布"、"窄筋长布"方案的用筋量均小于"宽筋疏布"、"宽筋短布"方式;在用筋量相同条件下,采用"上长下短"布置方式的稳定性高于"上下等长"布置。

饱和砂土地基液化特性振动台试验研究

饱和砂土地基试验是研究碎石桩复合地基抗液化性能振动台试验的先导和必要组成部分。本文采用自行研制的简易单向专用振动台和大型叠层剪切变形模型箱完成了两个饱和砂土地基模型的三次振动台试验,验证了模型箱的性能和模型地基内部的均匀性。通过量测振动过程中砂土的超静孔隙水压力,得到了饱和砂土地基液化规律以及振动加密对其抗液化能力的影响。同时,探索了饱和砂土地基液化大型振动台模型试验技术,如饱和砂土模型地基设计与制备、传感器布置、试验加载方案确定等,为今后开展此类试验提供一般的研究思路,并且为后续碎石桩复合地基振动台试验提供了必要的技术经验。

直埋管砂箱试验装置的控制系统设计

应用机电一体化技术,根据直埋管砂箱试验装置的工作原理,完成了该装置控制系统的设计。控制系统采用两级控制方案,由下位机和上位机组成。上位机采用PC机配以监控组态软件组态王,下位机主体采用西门子S7-200系列的PLC。系统通过上下位机的通讯来实现对试验关键参数的实时采集以及对各功能模块的实时监控。

大型叠层剪切变形模型箱的研制

振动台模型试验是研究工程结构抗震的重要手段之一。在碎石桩复合地基抗液化特性振动台试验研究中,基于半无限自由场原型土层的地震反应分析,在比较了目前国内外研究岩土结构地震问题振动台试验常用的3种模型箱(刚性模型箱、圆筒型柔性模型箱和叠层剪切变形模型箱)各自优缺点的基础上,设计一个可以用于振动台试验的大型叠层剪切变形模型箱。该模型箱由方钢管焊接的矩形框架和层间滚珠轴承构成,可以很好地模拟原型土层在天然地震剪切波作用下的变形特性。试验结果表明,所设计的叠层剪切变形模型箱不仅为本次试验获得成功打下了坚实的基础,还可以应用于其他岩土地震问题的试验研究。

两种岩土隔震系统的振动台试验研究

采用低成本的减隔震技术是降低农村房屋地震灾害的重要途经。近年来,围绕结构基础与地基土之间使用低模量材料的岩土隔震技术(GSI)引起了广泛的研究兴趣。提出了两种低成本的岩土隔震系统即基于砂垫层的岩土隔震系统(GSI-SC)和基于玻璃珠-砂垫层的岩土隔震系统(GSI-GBSC)。通过考虑场地的大比例振动台模型试验对单层砌体结构模型进行了有、无隔震系统的对比试验,单层砌体结构模型采用1/4的缩尺比例制作。选取1940年记录到的El-Centro波南北分量作为输入波,输入加速度幅值分别为0.1g,0.2g,0.4g。振动台试验结果表明:提出的两种低成本的岩土隔震系统均可以减少结构的地震反应,达到隔震的目的;在输入加速度幅值为0.4g时,GSI-SC系统使结构屋面板的加速度反应以及结构的层间位移反应的减小率分别达到33%和39%;而GSI-GBSC系统相应的减小率更是达到了45%和48%。GSI-SC系统和GSI-GBSC系统都具有良好的隔震效果,且施工简便、成本低廉,适合在农村地区推广。就隔震效果而言,GSI-GBSC系统较GSI-SC系统更具有优势。

河水渗漏量影响因素的砂箱试验研究

利用模拟河水渗漏补给地下水的砂箱完成了在不考虑天然堵塞的情况下,不同渗透介质、不同河水深及不同地下水埋深的试验,本文总结归纳了河水渗漏量的影响因素。试验得出:河水深度越大,其渗漏量越大;河床及其周围透水介质的渗透性越好,则渗漏量越大;地下水与河水间的水头差越大,则渗漏量越大,但是存在极大值。极大值出现在河水与地下水脱节阶段,脱节后河水与地下水的水头变化不再影响河水渗漏量。

不同埋深砂土盾构隧道掘进开挖面前方土拱效应研究

盾构施工过程中,开挖面前方土拱效应与掌子面盾构机推力大小和埋深密切相关。通过室内模型试验,研究不同砂土密度和不同隧道埋深条件下,盾构开挖面前方土拱效应,分析了砂土颗粒位移变化模式和土拱发展的时变特征,并揭示了不同埋深下土拱的发展规律和对失稳破坏机制的影响;同时基于室内模型试验,采用颗粒流程序进行模拟,从细观角度进一步研究了土拱效应。结果表明:不同埋深条件下,土拱发展规律一致且与支护力大小,地表沉降密切相关;低密度时土体破坏模式呈漏斗状,高密度为条带状,且土拱范围随埋深比增大而增大;颗粒流模拟得到不同埋深条件下,颗粒接触力、孔隙率和平均土压力变化规律一致。最后得出室内试验和PFC^(2D)颗粒流模拟得到的土拱效应相似的结论。

悬挂式防渗墙防渗效果的模拟试验研究

通过砂槽模型试验,从贯入度和位置两个方面,研究了悬挂式防渗墙对于堤基渗透变形的影响,提出了从理论上推导悬挂式防渗墙贯入深度的计算公式。

刚性土箱中砂土对地震动传播规律的振动台试验研究

文中设计了一个装有砂土的刚性土箱,通过振动台试验研究地震动在砂土中的传播规律。土箱尺寸为2.2 m×2.2 m,砂土厚度2.0 m,将土箱底部刚接到振动台台面上,采用3条频率特性不同的地震动作为激励,采集振动台台面和不同土层深度处沿3个方向的加速度时程,通过时域分析、频率分析以及短时傅里叶分析,研究激震方向与非激震方向不同深度土层对地震动的影响规律。结果表明:随着白噪声加载次数的增加,土体的一阶频率逐渐上升并趋于稳定;在激震方向,土体会放大地震动的峰值加速度,滤除地震动高频成分;在非激震方向,土体由下到上加速度峰值先缩小后放大,地表处的加速度峰值最大。

基于变孔隙率的多孔介质中悬浮颗粒沉积渗透率衰减模型研究

研究多孔介质中悬浮颗粒沉积引发渗透率衰变过程对地下水回灌、石油开采、污染物迁移等问题具有重要意义。通过理论分析和室内砂箱试验,对基于变孔隙率的多孔介质中悬浮颗粒沉积渗透率衰减模型进行研究。首先,考虑颗粒沉积引起的孔隙率变化,通过Kozeny-Carman方程建立孔隙率与渗透率之间关系,并使用持续注入下颗粒对流–弥散方程确定颗粒分布规律;其次,利用自主研发的砂层迁移–沉积系统进行不同条件下颗粒注入试验,并将试验结果与渗透率衰减模型计算结果进行对比;最后,对模型计算值和试验值之间的误差进行分析。研究结果表明,建立的基于变孔隙率的渗透率衰减模型较好地反映颗粒沉积过程对孔隙结构及渗透率的影响;模型计算的渗透率衰减规律与试验结果吻合较好,验证模型的合理性;模型预测的渗透率衰减值与试验值存在一定误差,主要原因包括模型本身缺陷及试验方法导致的缺陷。研究成果为定量分析颗粒沉积引发地层渗透率变化规律提供了新的思路。

直埋蒸汽管道型式试验用沙箱试验机的开发

介绍了直埋蒸汽管道沙箱试验(总体抗压强度、工作管轴向移动性能试验)的内容及试验结果判定标准。探讨了自行研制的沙箱试验机的结构及工作原理,分析了设计制造、使用、维护中应注意的问题。

重型设备-桩箱基础-砂卵石地基体系动力稳定性振动台试验

设计并完成了重型设备．桩箱基础．砂卵石地基体系地震反应的大型振动台模型试验，分析了设备结构位移和转角反应特征以及桩箱基础和砂卵石地基的动力稳定性。试验结果表明：设备结构位移反应峰值呈上大、下小的三角形分布，位移和转角反应受结构振动方向第一振型控制；振动过程中基底两侧土反力增量不均，由上部重型结构水平惯性力引起的基础转动效应明显，这也是基础发生倾斜的主要原因；箱形基础振动对周围地基土产生挤密作用，基础转动显著影响侧墙土压力分布形态；强震作用下，砂卵石地基持力层振动孔压比能达到0．3-0．5，振动孔压的累积和消散可引起基础附加沉降。试验结果可为砂卵石地基箱形基础抗震设计提供参考和借鉴。

基于玻璃珠–砂垫层的岩土隔震系统振动台试验研究

为了保护农村房屋免受地震破坏,提出一种基于玻璃珠–砂垫层的岩土隔震系统(简称GSI-GBSC),即在结构基础与地基土之间回填玻璃珠–砂垫层材料进行隔震。对有、无隔震系统的单层砌体结构模型开展考虑场地的大比例振动台模型试验,单层砌体结构模型缩尺比例为1/4。选取1940年记录到的El-Centro波南北分量作为输入波,输入加速度幅值分别为0.1 g,0.2 g,0.4 g。试验结果表明:在小震时,GSI-GBSC系统的隔震效果不明显,随着地震量级的增大隔震效果也随之增强;在输入加速度幅值为0.4 g时,GSI-GBSC系统使结构的屋面板加速度反应以及层间位移反应分别减小了50%和47.5%;即该隔震系统可以显著减少上部结构的地震反应,实现隔震的目的。

箱体式活动沙障风沙流场特征

研究在野外调查的基础上,采用计算流体力学三维数值建模方法并结合室内风洞试验,分析了箱体式活动沙障在孔隙率与风速变化作用下的控沙特点及其周围风沙流场的演化过程。分析结果表明:在沙障的控制下,顺着风向在沙障前后依次出现减速区、减速上扬区、加速区与障后涡流区,在沙障腔体内形成明显的腔内减速区与涡流区,过境风沙流在沙障的减速区、障后涡流区与腔体内发生沉落,可见箱体式活动沙障发挥了控沙作用;随着风速增大,障前减速上扬区高度增大,但沙障迎风侧孔隙率的变化对减速上扬区高度没有影响;当沙障迎风侧横板孔隙率小于5%时,对来流的消减效果显著,积沙在沙障前卸载,不能充分发挥沙障背风侧涡流区的控沙作用;当孔隙率大于25%时,沙障能够充分发挥控沙作用,在沙障的迎风侧、背风侧与腔体内都有积沙卸载;当孔隙率继续增大至30%时,沙障控沙效果没有明显提高;选定孔隙率为30%条件下,随着风速的增大,沙障后积沙增加,沙障腔体内积沙减少,而沙障迎风侧积沙出现先增加后减少的变化趋势。