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。

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％。

地震液化离心机振动台模型试验与LEAP研究进展

离心机振动台模型试验是研究地震液化问题的重要手段,一方面可重现场地地震响应和揭示液化致灾规律,为发展工程设计方法提供依据;另一方面可以作为特定边值问题的标准模型试验数据,验证数值方法与土体本构模型及其参数选取的合理性。介绍了离心机振动台模型试验的试验原理,回顾了离心机振动台模型试验在地震液化领域的主要研究进展。围绕由中国、美国、日本和英国等国家高校与研究所联合开展的国际合作项目“液化试验与分析”(LEAP),重点介绍了若干为提高离心机振动台模型试验可重复性而发展的物理模拟新技术,包括离心机振动台的台面振动控制技术、模型土体弹性波速测试技术和基于图像分析的动态位移监测技术等。最后针对地震液化领域的若干工程和研究需求,探讨了离心机振动台模型试验领域的发展趋势。

土工离心模型试验研究状况

工程技术中常用相似模型来研究物理现象,以帮助解决理论与实践中的问题。如水利工程中常用的水力学模型,航空工程中常用的风洞试验就是行之有效的物理模型。土工模型是结构物模型,其制模材料及模型内的应力状态必须与原型相同,否则相似性就差,这是土工模型的特点。如将原型按几何相似缩小n倍,用原型土料制成的模型置于重力场(1g)中试验,就是常称的普通土工模型。其自重应力水平远低于原型的水平,而一般岩土工程中重力又是主要影响因素,所以普通模型的相似性很差,模型就不能反映原型所发生的现象,这种模型只是个小型实物,而不能模拟原型。如将此模型置于高重力场(ng)中。

土工离心模型试验中路堤分层填筑装置的研制

为了完善土工离心模型试验中的路堤填筑模拟技术,研制了一套在离心机运转条件下可编程控制的路堤分层填筑装置,其由箱式储砂结构、泄砂推拉机构、步进电机控制系统和摄像系统组成.采用步进电机-行星减速器-滚珠丝杠的组合方案实现大扭矩、高精度动力输出,使低摩阻、小变形的泄砂层与上部储砂结构前后错动,分隔于储砂结构内的高密度锆砂经承力底板上不等径、不等距泄砂孔定量下泄;通过在泄砂孔边缘加装折线形导流板,显著减弱离心场中Coriolis效应对下泄砂粒运动轨迹的影响,降落至地基面预设区的砂粒分层堆积为形状规整的路堤.试验表明,研制的填筑装置在60g离心加速度下,能模拟最小分层厚度20 mm的路堤填筑过程,模型横断面与设计面积相对误差为0.50%~9.50%,实现了模型与原型路堤在几何、密度和强度等方面的相似,具有系统可靠、结构紧凑、功能完整等技术特点.

土石混填路基沉降变形特征的离心模型试验研究

为了揭示土石混填路基的沉降变形特性，为设计和施工控制提供依据，进行了不同含水率、不同压实度和不同颗粒组成土石混填路基的离心模型试验，再现了土石混填路基的沉降变形性状。试验结果表明，路基沉降随压实度的降低和含水率的增加而线性增大；路基顸部从中线到路肩，沉降量逐渐减小，但水平位移逐渐增大。路基边坡顶部随路基沉降发生沉陷，但在1／3～2／3高度处，边坡的水平位移达到最大值，产生向外侧的变形。

离心模型试验概述及其在煤矿开采中的应用探讨

离心模型试验由于其可以直观的模拟自重应力场 ,在工程建设中起到越来越重要的作用。本文首先简单介绍离心模型的试验原理和特点、国内外离心模型试验的发展状况 ,然后探讨其在煤矿开采方面的应用 ,并运用离心模型模拟了煤层开采 ,最后提出煤矿开采中离心模型试验存在的问题以及今后发展的方向。

基于PXI总线的土工离心机撞击爆炸模拟试验测控系统设计

为应用离心场下的土工缩比模型研究炸药与炮弹对大坝等目标的毁坏效应,采用了在土工离心机上引爆炸药毁坏土工模型与气体炮发射子弹撞击土工模型两种方式来模拟,通过测量土工模型的加速度、应变等瞬态响应信号得到模型毁坏机理;试验中主要应解决炸药引爆、弹丸发射控制与土工模型动态响应测量的同步以及远程控制离心机上的测控仪器动作等技术问题;文中根据模型试验研究的测控要求,设计了一套基于PXI总线的远程网络化测控系统,成功实现了土工模型在炸药爆炸加载方式与气体炮发射弹丸撞击模型方式下的各种动作自动控制与测量功能,完成了模型试验数据的采集,为离心场下的模型试验技术研究奠定了基础。

南京水利科学研究院土工离心模型发展概况

本文叙述了土工模型放在离心力场中的必要性,介绍了南京水利科学研究院研制的20gt土工离心机。自1982年起,已在该机上用离心模拟技术解决陆上及近海的岩土工程技术难题,叙述了这些试验项目与离心模拟数据采集系统;本文还介绍了已研制多年的具有激振功能的400gt大型土工离心机的总体布置、结构型式与驱动系统以及确定该机规格性能的根据。该大型离心机计划于1990年年底建成使用 该机设有80年代国际先进水平的动态平衡系统、水工模型试验用的供水系统及模拟地震装置等,所以本机可用于检测海洋工程受风暴、波浪及地震等动荷载影响时,基础工程在海底的稳定性,这是海上采油等结构物常遇到的重大难题。因此,利用此台大型离心机进行离心模型试验,并结合数值分析以及大比尺的现场试验等常用方法,将是优化海洋工程设计、施工及管理维修等方面的重要手段。另外,南京水利科学研究院于1989年建成和投入使用了一台50gt土工离心机,本文不详细介绍。

岩土工程勘察、测试与评价进展

文章全面总结了近5年岩土工程勘察测试与评价领域的技术进展,主要包括土工室内试验技术,原位测试技术、模型试验以及岩土工程勘察测试智能化技术。重点介绍了特殊环境(低温)试验技术、特殊材料(含气土、污染土等)、新型微观分析、技术原位测试新功能与新应用、水陆域超深原位测试技术、土工离心机技术、大型模型试验技术、智能勘察技术、智能监测技术、智能评价技术以及岩土工程智能管理平台建设等方面的进展。分析表明,重大工程建设、低碳绿色理念、智能技术、极端环境催生了一批岩土工程勘察测试新技术与新方法,智能化测试与评价是未来一段时期我国岩土工程勘察评价技术发展的方向。

长江科学院岩土离心机抛填过程模拟装置研制成功

2012年8月17日，长江科学院与中国工程物理研究院总体工程研究所共同研制的“抛填过程的离心模拟装置”顺利通过了离心模型试验的检验。该设备的成功研制，填补了国内外岩土离心机在模拟抛填过程成套技术方面的空白，为长江科学院离心机增添了新特色。

阶梯状黄土堑坡稳定性态的土工物理模拟

利用土工物理模拟(离心模型试验)技术,研究了阶梯状多级矮坡型黄土堑坡的稳定性态。内容包括变形与破坏特性,以及降雨入渗对其稳定性的影响。试验结果表明:次级矮坡的坡高相对于高边坡的坡高小到一定尺度,则高边坡的稳定性主要受宏观坡率的控制,只要不出现降雨的局部聚积,则这种坡型边坡的稳定性基本不受影响。同时,试验中的到的一些数据可以为以后的黄土边坡坡型设计所借鉴。

遮帘式板桩码头研究现状及展望

遮帘式板桩码头是一种新型码头结构形式,其工作机制、结构效应、力学特性的研究越来越受到工程界的关注。文中结合实际工程情况,阐述了其工程特点、工程价值和理论意义;从土工离心模型试验和数值模拟等不同方面总结了近年来遮帘式板桩码头的研究成果,并针对遮帘式板桩码头研究中存在的不足,探讨并展望了遮帘式板桩码头今后的研究方向及思路。

三种孔隙水压计量测性能对比初探

地震荷载下的孔隙水压力量测准确性与可靠性对判别场地液化和构建单元本构模型极为关键,是带有高频、瞬时特点的动力离心模型试验中一个值得学者们关注和重视的问题。与传统Druck孔隙水压计对比,介绍了两种可替代的新型传感器基本参数和结构组成,通过物理试验和数值模拟分析了三种传感器的响应性能和影响因素。静态水压试验和动力离心模型试验表明,三种传感器在静态响应上结果相对一致,而动态响应上具有显著滞后和幅值差别。数值模拟实验分析了主要元件对传感器频响特性的影响,其中透水石尺寸与频响能力关系密切。主要研究结论和方法,证明建立孔隙水压量测可靠性评价方法和开展动态频响改进设计研究十分必要。