土工织物加固土质坝堤加高工程的离心模型试验研究

土工织物是一种广泛用于边坡加固的合成材料,但土工织物在土质坝堤加高工程中尚未得到合理应用。针对水位变动条件下土工织物加固的加高土质坝堤进行了离心模型试验,观测了加高坝堤的变形破坏响应过程。试验结果表明,土工织物加固的加高土质坝堤的破坏呈现出新旧坝堤各异的特点,新旧坝堤呈现出不同的破坏特性,离土工织物较远的旧坝堤先发生破坏,土工织物加固的新坝堤的破坏发生较晚,且呈现从上到下渐进发展的特性;加高坝堤的最终破坏是由变形局部化和局部破坏相互耦合渐进发展导致的;土工织物分为加固段和约束段,在约束段坝堤给土工织物提供约束力,在加固段土工织物限制了坝堤的变形,土工织物的加固机理是将坝堤深部的约束力传递到坝堤表面,从而增强了坝堤浅层的抗滑能力;水位变动引起坝堤的变形增加,土工织物的加固作用也随之增强。

霍尔锚拖曳运动状态离心模型试验与数值模拟研究

对于平铺或浅埋在海床中的海底管道和电缆,意外的拖锚作业是影响其安全运营的重要因素之一。由于锚在土中的拖动过程中时刻发生着土的大变形和破坏,涉及材料非线性、几何非线性及接触非线性等诸多力学问题,通过解析的研究手段很难准确地分析拖锚过程。采用离心模型试验和数值分析相结合的手段展开拖锚研究,测试和计算了不同重量的船锚在不同类型海床上的运动趋势、拖曳力发展规律、入土深度等。结果表明,在低强度的黏性土海床上拖锚,极有可能会产生一种假抓底现象;在中高强度的黏性土海床上拖锚,锚的拖动过程可以分为土台形成阶段、锚爪楔入阶段和运动稳定阶段三个阶段;在无黏性土和黏性土海床上,达到稳定阶段时拖动的距离分别是锚长的4倍和1.27~1.96倍;对于质量大于6 t的霍尔锚,无论在黏性土海床还是非黏性土海床上,锚爪的入土深度均大于1 m,拖锚作业很有可能会对海管或海缆造成直接损坏,需要引起重视。

抛锚对海底管道影响的离心模型试验研究

锚击是影响海底管道安全运营的重要因素之一。采用天科院TK-C500土工离心机以及新开发的抛锚试验装置开展了抛锚离心模型试验,测量了海底管道的受力变化,分析了抛锚作业对浅埋海底管道的影响。试验结果表明,落距对管道弯矩的变化有着普遍性的影响,管道弯矩增量与落点的水平距离和管道埋深呈现明显的非线性特征。当12.3 t霍尔锚落在φ630管道正上方时,各种不同落距各种不同管道埋深工况,管道弯矩增量都远大于其塑性屈服弯矩,管道的安全运行已经受到了严重威胁。当落距小于3.5 m、水平距离大于1.4 m时和当落距增大到7 m、水平距离大于2.8 m时,管道弯矩增量不会超过塑性屈服弯矩;随着落距继续增大,锚落于管道一定范围内时,都将对管道安全运行产生严重威胁。

岩土工程中动态离心模型试验技术的应用

介绍了动态离心模型试验技术的发展、原理及目前国内外的应用现状 ,讨论了这一技术在土动力特性研究、堤、坝、堰失效机理研究、边坡稳定性研究、地基液化及基础沉降研究。

干砂地基初始应力对爆炸波传播影响的模型试验

为了研究砂土地基初始应力对爆炸波压力峰值、上升时间、传播速度和初始应力动态卸载等传播规律的影响,开展多组干砂地基常重力和超重力爆炸模型试验.试验结果表明,初始自重应力会抑制爆炸波近区压力峰值的增长,而对远区的影响较小.初始应力的增加使得爆炸波上升时间更长,更易由冲击波衰减为弹塑性波,并使得爆炸波波速增大.超重力试验通过还原砂土地基的原型自重应力,能够模拟爆炸荷载诱发砂土地基初始应力动态卸载的过程,形成爆炸压力和土体初始应力动态卸载拉应力的耦合波,动态卸载拉应力持续时间更长.与爆炸波压应力的比冲量相比,初始应力动态卸载拉应力的比冲量随着传播距离的增加逐渐成为爆炸能量的主要部分,其产生的破坏作用不可忽视.

软土地基上土工织物加筋堤的离心模型试验研究

以黄骅港防波堤工程为依托,对有、无土工织物加筋垫层及不同织物加筋条件下堤坝和软土地基的变形与稳定进行了离心模型试验对比研究。得到了地基土体的竖向与水平位移分布规律以及孔隙水压力的消散特性。研究表明:土工织物加筋垫层的加筋机理源于其对土体的侧限效果,铺设土工织物后能有效地减小地基的沉降,并能够限制浅层土体的侧向变形;为使土工织物的加筋效果能够得以充分发挥,要求织物的强度及模量要与垫层的界面强度相匹配。

衡重式加筋土路肩挡墙土工离心模型试验研究

以某山区公路旧路拓宽改造工程中新建的衡重式加筋土路肩挡土墙为原型,设计了4组模拟墙体实际位移形态的土工离心模型试验,讨论了墙后土体压实度和土中加筋对墙背土压力和路基填土变形的影响规律。试验表明:①墙后土体加筋对减小墙背承受的土压力作用随填土压实度的提高而趋于明显,主要影响区域位于上墙背的下半部分,压实度由88%增至95%会引起上墙背土压力分布由近似线性增大演化为折线型变化;②衡重台对其上覆填土存在托举效应,致使下墙背的土压力大幅减小,其影响范围约为衡重台以下约1/3下墙高度;③墙后土体加筋能提高路基填土的抗变形能力,减小因墙体侧向位移引起的填土表面下沉,对降低新旧路基间的不均匀变形效果显著。

土工合成材料处理桥头过渡段路基离心模型试验研究

采用四种离心模型试验方案,对不同布置方式、不同压实度情况下的土工合成材料处理桥头过渡段路基的沉降变形进行了研究,得出土工合成材料处理的主要作用是使过渡段路基台阶型沉降转化为沉降坡差,而不是降低沉降至某一值,并且得出上部密长的半断面布置为最优布置的结论。

围堰防渗墙与复合土工膜联接型式离心模型试验研究

防渗墙上接复合土工膜是围堰常用的防渗体系,联接部位的有效性是决定防渗成败的关键。以某围堰工程为原型开展离心模型试验,通过监测复合土工膜在堰体与防渗墙变形过程中的应变,揭示复合土工膜的受力性状和联接部位的破坏机理。结果表明:一定上覆荷载作用下,复合土工膜与堰体之间的摩阻力超过其所承受的拉伸力,导致预留伸缩节不能发挥作用;复合土工膜下部风化砂的固结变形使之与刚性防渗墙之间产生较大的差异沉降,以及防渗墙与上游堰体的水平脱离,此两种变形不协调均可导致与防渗墙联接的复合土工膜因受拉而破坏。基于此,提出了防渗墙与复合土工膜联接型式的改进方法,使联接部位的复合土工膜不承受拉应力,通过离心模型试验验证其合理性和可行性,为指导围堰防渗体系的设计和施工提供了可靠的试验依据。

防波堤土工织物加筋地基离心模型试验及数值模拟

以黄骅港北防波堤工程为依托,对土工织物加筋软粘土地基及斜坡式防波堤体系的固结过程进行了离心模型试验和有限元数值模拟,通过分析地基土体固结过程中防波堤-加筋垫层-基体系的位移场和应力场的发展及织物拉应力分布和发展,验证离心试验及数值模拟方法的合理性,并得出以下几点主要结论:(1)土工织物加筋垫层的作用机理为其抗拉性限制自身横向变形,通过与附近土体的摩擦作用限制其侧向变形;(2)加筋减小防波堤-垫层-地基体系的高应力水平区,避免堤身与地基高应力水平区域的连通,增强系统稳定性;(3)在离心试验采用的分层地基的条件下,加筋减小了浅层软基和堤身的侧向位移量,对系统总位移有抑制作用;(4)试验中织物替代材料的极限拉伸强度发挥程度较低,其与砂垫层间摩擦强度的发挥水平约为23.8％。

基于LXJ-4-450平台的土工离心模型试验研究

土工离心机是岩土工程领域最有效的物理模拟手段之一。近年来,随着现代液压、电控及测试技术的飞速发展,土工离心模型试验技术水平显著提升,应用领域也不断拓展。本文基于中国水利水电科学研究院的LXJ-4-450离心模拟试验平台,对新型机载设备及相应的试验成果进行总结,综述了近年来土工离心模型试验的研究进展。具体而言,研制了模拟污染物迁移的离心试验装置,探讨了污染物在土壤中的迁移机理;研制了离心模拟爆炸试验装置,验证了冲击波及气泡脉动在超重力场下的相似关系;研制了离心模拟溃坝试验系统,揭示了土坝漫顶破坏机理;此外,配置了世界首台水平、垂直双向离心机振动台,揭示了饱和砂土地基液化机理及地震动传播规律;开发了基于液压系统的离心模拟试验大荷载施加方法;最后,对中国水科院新建的大型土工离心机试验平台进行了介绍。

栈桥式构筑物抗震性能动态离心模型试验的数值模拟

强震动条件下液化土同构筑物的相互作用问题具有非线性和复杂性等特点,基于动态土工离心模型试验应用有效应力动力有限元来研究,即应用非线性动力有限元FLIP解析土工离心模型试验结果,对比分析来再现建于液化土地基上的实际栈桥式基础在大地震下的破坏程度、状态和机制,取得了较好成果。

路堤荷载下土工织物散体桩复合地基离心模型试验

进行了2组不同筋材刚度土工织物散体桩复合地基路堤离心模型试验,和1组碎石桩复合地基路堤的对比试验,以研究其在真实应力条件下的性状及稳定性。研究结果表明：随着筋材刚度的增大,地基中的超孔隙水压力略有减小,桩顶和桩间土沉降明显减小,而桩顶和桩间土之间的差异沉降明显增大;桩土应力比随筋材刚度的增大先增长明显,而后趋于缓慢;当筋材刚度较低或上覆荷载很大时,土工织物散体桩可发生显著的弯曲变形而引起较大的沉降,碎石桩则在软土中容易发生鼓胀变形而引起很大的沉降,但两者均未在复合地基中形成剪切滑移的趋势。

土工织物加筋黏性土坡坡顶加载的离心模型试验研究

土工织物加筋技术在工程中得到了广泛的应用,取得了良好的加固效果。但对于土工织物加筋机制尚缺乏明确和统一地认识,加筋理论研究落后于工程实践。为此,进行了坡顶加载条件下土工织物加固黏性土坡和素土边坡的离心模型试验,记录和再现了素土边坡和加筋土坡在坡顶加载条件下的变形破坏过程。主要基于变形分析探讨了黏性土坡在土工织物简单加固条件下的加固效果和加筋机制。结果表明,土工织物加筋可以有效地提高黏性土坡的极限承载力,加筋带的存在改变了土体的位移场,扩大了坡顶加载的影响区域,加筋后滑裂面明显后移。加筋带对土体的局部作用和作用范围,随着土体变形的增大而增大和扩展。

土工格室和土工网改善基床动态性能模型试验

介绍了分别使用土工网和土工格室加固基床的５组动态１：１模型试验。为了反映列车荷载对基床的长期作用，每组试验均进行了１００万次的重复加载试验。测试了动应力、弹性变形、永久变形等反映基床动态特性的参量，研究了动应力、弹性变形和永久变形随动荷载而变化的规律，并建立了相关关系。分析比较了土工网和上工格室改善基床动态性能的效果，并对效果的差异进行了分析和总结。

土工离心模型试验中的加筋材料

系统分析了土工离心模型试验中选择加筋材料的基本原则,详细阐述了某土工格栅加筋高填方路堤离心模型试验中加筋材料的确定方法并讨论了多种影响加筋材料选择的因素,对于离心模型的设计、制作和加筋材料的选取具有一定的参考意义和借鉴价值。

填埋场斜坡上土工膜受力特性的离心模型试验研究

由于垃圾土沉降大,斜坡上土工膜易受到较大下拽力而破损,影响衬垫系统防渗功能。通过离心模型试验对填埋场斜坡上土工膜在垃圾土重力和沉降作用下的拉力和应变进行了研究,并通过FLAC数值对比分析,可获得如下结论:试验采用的模型垃圾土能很好地模拟现场垃圾土,模型土最大沉降量可达土层厚度的20%;土工膜存在中性点,以中性点为界土工膜可分为受拉区和受压区,中性点的位置与坡度和沉降有关,从坡顶到中性点拉应变逐渐变小,从中性点到坡脚压应变先增大后减小;坡度和沉降是影响土工膜拉力发展的重要因素,坡度或沉降越大,拉力越大,沉降是通过改变界面强度的发挥程度来影响土工膜拉力的发展;当采用单糙面土工膜(上光下糙)时,外部作用力很难向土工膜下界面传递,土工膜锚固端拉力几乎为零。

水泥土桩联合土工格栅复合地基的离心模型试验研究

在软土地基上修筑路堤需要兼顾承载力和变形两方面的要求。针对山区沟谷软基的特点,采用了夯实水泥土桩与土工格栅联合加固的方法,是一种创新,选择合适的试验手段来研究该种型式的复合地基对于工程设计和施工具有重要意义。通过离心模型试验,模拟夯实水泥土桩联合土工格栅复合地基上路堤的填筑进程,水泥土桩采用石膏柱模拟,土工格栅采用预拉伸加筋格网模拟,试验得出了该种复合地基的工程特性。夯实水泥土桩具有较好的加固基础作用,格栅的主要作用是均衡上部荷载和减小差异沉降,采用夯实水泥土桩联合土工格栅的复合地基形式可以满足沟谷软基的沉降控制要求,其最终结论可以为设计和施工提供参考。

地质工程专业教学中土工离心模型试验的探索与实践

土工离心模型试验因能再现自重应力场以及与自重有关的变形过程,直观揭示变形破坏机理,并能为其他分析方法提供真实可靠的参数依据,而得到越来越广泛的应用。利用成都理工大学建成的TLJ-500型土工离心机开展了土工离心模型教学实验,在缩尺小模型中再现大规模地质原型的变形过程,能有效引导和培养学生宏观把握岩土体变形的分期配套特性的能力,是一种有效的专业教学手段。

土工离心模型试验中图像采集与分析系统的开发

土工离心模型试验技术是研究环境岩土工程的有效手段.本文开发的图像采集和分析系统,可以用于监测和分析离心模型试验中污染物在非饱和土体中的运移过程.系统硬件由摄像头和视频采集卡组成,系统软件由监视、采集和分析三个模块组成.利用本系统可以在试验过程中实时监测污染物运移情况,并获取数字化图像.对数字化图像进行分析,可得到不同时刻污染物的迁移锋面以及锋面运动速率.