北疆地区砾石土岸坡冲刷破坏大比尺模型试验及其破坏机理研究

以北疆地区广泛存在的砾石土重建岸坡,开展砾石土岸坡冲刷破坏大比尺模型试验研究。引入新型观测方法——三维激光扫描技术,对岸坡冲刷破坏全过程进行观测,并详细分析获取的扫描数据。联合三维激光扫描和现场传统测量成果,依据不同阶段的破坏特征,将岸坡破坏划分为3个阶段,即冲刷破坏阶段、局部失稳阶段和整体失稳阶段,确定北疆地区砾石土岸坡的冲刷变形失稳过程与破坏模式。基于砾石土岸坡大比尺模型试验成果,推导建立砾石土岸坡稳定性计算公式和局部失稳破坏高度预测公式,并建立砾石土岸坡冲刷破坏阶段和局部失稳阶段的有机联系,以深入揭示砾石土岸坡失稳破坏机理。

浅埋盾构隧道开挖面失稳大比尺模型试验研究

盾构隧道施工过程中支护压力不足会引起开挖面失稳。针对浅埋盾构隧道,采用大比尺物理模型试验对盾构开挖面稳定进行研究。试验通过控制支护板移动速度来模拟开挖面失稳变形过程,并对支护压力和地表变形进行监测,发现了支护力和地表变形发展的3个阶段。与此同时,采用数码摄像技术对失稳土体实时观测,并利用颗粒图像技术对图像进行处理得到失稳土体的位移增量场。对比发现,位移增量场的变化规律与支护力和地表变形的3个阶段相对应。

基于大比尺模型试验的连续配筋混凝土路面开裂研究

为控制连续配筋混凝土路面(CRCP)的横向裂缝,修建大比尺模型-连续配筋混凝土梁(CRCB),分析混凝土材料、配筋率、纤维及横向预切缝对CRCP开裂的影响.构建解析模型推导横向裂缝间距和宽度的计算表达式,理论量化不同设计参数对CRCP横向裂缝特征的影响.结果表明:解析结果与现场勘测数据吻合,说明解析法切实可行;横向裂缝随着试验梁龄期增长而发展,且于19个月后趋于稳定;配筋率对裂缝间距和宽度影响较大,采用筋径为22.23 mm(#7号钢筋)的试验梁,其裂缝间距和宽度比采用筋径为19.05 mm(#6号钢筋)的试验梁降低了17%左右;采用轻质混凝土可增大裂缝间距、减小裂缝宽度,为控制冲断提供可能;加入纤维和设置横向预切缝可增大裂缝间距、减小裂缝宽度.

差异沉降对路面结构附加变形影响的大比尺模型试验

为合理描述新老路基差异沉降条件下路面结构层的附加变形问题,借助大型地基差异沉降平台,开展了新老地基差异沉降条件下拓宽沥青路面层影响机制大比尺模型试验研究。试验结果表明:在地基差异沉降作用下,沥青路面结构层整体处于受拉状态,下面层受到的地基差异沉降的影响最为明显,在地基差异沉降达到14cm时,路面结构面层开始出现塑性变形;新老路基中铺设土工格栅可以缓解下部地基差异沉降并减小路面结构层的附加应变;路面汽车荷载能在一定程度上缓解拓宽路基差异沉降导致的结构层附加变形;地基差异沉降会导致路面结构层与路基出现脱空从而产生局部弱支撑,在重力的作用下,沥青混凝土路面板呈现弯曲状态,路面表层会出现反坡。

大比尺采场模型试验液压支架模拟系统研究及应用

液压支架模拟装置是采场模型试验的重要测试装置,为了精准测试模型试验中的支架运行工况,借鉴已有模拟装置的结构与功能特点,基于液压控制原理研制了适于大比尺采场模型试验的新型液压支架模拟系统,主要包括泵站动力系统、液压控制装置、模拟支架、支架工况监测装置和信号处理系统。力学标定结果表明,立柱油压与支架工作阻力保持良好的线性关系,线性回归相关系数达0.99以上,模拟支架具有线性度高、重复性好、力学性能稳定等特点。大比尺采场模型试验应用表明,该模拟系统能够模拟现场支架的运转特性,模拟支架的阻力变化特征能够反映顶板周期性来压过程。采场模型试验引入该模拟系统后,可以深入开展顶板来压特征、支架选型与适应性评价、支架与顶板相互作用关系等研究内容,为煤矿采场支护决策提供依据。

大比尺切削模型试验条件下砂岩破坏特征研究

为探究单刀齿线性切削作用下岩石的破坏规律,利用大比尺模型试验平台对砂岩开展了线性切削试验,结合分形几何学方法,对砂岩在不同切削角度及不同切削深度下的切削产物,包括切削沟槽的尺寸及切削碎块的几何特征进行了分析。试验结果表明,切削影响宽度与切削深度呈良好的线性关系,且随切削深度的增加而增加,切削角度为45°时相同切削深度对应的切削影响宽度最小。砂岩的切削碎块块度分布具有分形特征,分形维数集中在1.88~2.66。分形维数与切削深度呈良好的线性关系,随切削深度的增加而减小。分形维数与切削角度间的关系可统一用二次函数进行拟合,但随着切削深度的增加,函数二次项系数由正值变为负值。

饱和及非饱和粉土中扩底桩极限上拔承载力大尺寸模型试验研究

通过采用大比例尺模型对饱和度为49%的非饱和粉土及饱和粉土中埋深比(桩埋深与扩底直径之比)为1,2,3和5的扩底桩进行试验研究,揭示饱和度、埋深比对扩底桩极限上拔承载力及其破坏模式的影响。试验结果表明:土体饱和度从49%增加至100%,扩底桩的极限上拔承载力降低至原来的30%～50%;扩底桩埋深比从1增加至5,非饱和及饱和土中桩的极限上拔承载力分别增加8和12倍;扩底桩的上拔破坏模式随埋深增大由桩周土体倒圆锥台形破坏变为扩底圆周土体局部破坏。

破碎波冲击直立桩柱的大比尺试验研究

波浪破碎是海洋中最常见的现象之一,其能够对海洋中的结构物产生巨大的波浪力作用。本文在大比尺波浪水槽通过聚焦波的方法生成了极端波浪和不同破碎阶段的破碎波浪,并对其冲击桩柱过程中的点压力进行了测量,进而采用连续小波变换的方法,对桩柱上点压力的分布及大小进行了细致分析。结果表明,多次重复试验下,相比非破碎极端波浪,破碎极端波浪产生的点压力离散性更强;波浪破碎程度越大,测点位置越靠近波峰,则点压力离散程度越大;破碎波的最大点压力出现在1.2倍的最大波面附近,且其大小可达3倍的最大静水压力;基于点压力小波谱,不同破碎阶段破碎波产生冲击作用不同,对于波浪作用桩柱前波浪已经发生破碎的情况,其冲击区域更大,点压力分布更复杂;而对于桩面破碎的情况,其造成的波浪总力更大。

波浪作用下软土地基半圆型防波堤稳定性模型实验研究

在长456 m、宽5 m、深8~12 m的实验水槽建立了模型与原型比尺为1∶5的模拟波浪—半圆型防波堤结构—软土地基实际工作状态的物理模型实验系统,开展了设计高低水位、不同波高和波浪作用循环次数作用下半圆型防波堤结构稳定性实验研究。通过对实验测试数据分析,得出半圆型防波堤软土地基孔隙水压力的变化规律,孔隙水压力发展趋势分为四种类型。从结构安全不利角度选取增长型曲线进行数据拟合,得到半圆型防波堤下软土地基对数型的最大孔隙水压力发展模型。

循环加载下X形桩竖向承载特性模型试验研究

实际工程中桩基经常受到各种动荷载作用,如高铁路基中的加固桩长期承受列车行车时产生的循环动荷载作用,桩基在循环荷载作用下的承载特性研究对动荷载下的工程设计至关重要。X形桩是一种在传统圆形截面桩基础上发展而来的新型异性桩技术,其承载机制不同于传统圆形截面桩。为了深入研究X形桩在循环荷载作用下的动力特性和荷载与沉降规律,开展了砂土中X形桩竖向循环加载大比尺模型试验。试验结果表明,随着循环加载的进行,X形桩顶产生累计沉降,且循环荷载比越大,加载频率越高,桩顶沉降越快;循环加载初期,X形桩顶动刚度降低,桩身轴力响应增大,桩侧摩阻力发生弱化,之后逐渐趋于稳定,且桩身下半段侧摩阻力较大;在同等加载条件下X形桩与等截面圆形桩相比,承受动荷载能力较强,桩侧摩阻力较大,长期循环加载作用下产生的累计位移较小。研究结果可为X形桩在动荷载作用下的工程设计提供参考依据。

FPSO软刚臂单点系泊模型实验平台设计

以渤海明珠号FPSO软刚臂为例,建立软刚臂实验平台,通过部分相似策略对典型的软刚臂和单点平台进行缩尺。实验平台的模型部分主要由单点平台、软刚臂、系泊支架三部分构成,船形浮体由6自由度平台代替。基于理论分析与现场实测数据,6自由度平台模拟浮体带动软刚臂,实现了大比尺模型实验,克服了在传统的水池实验中软刚臂单点系泊系统全部缩比导致的误差过大问题,为软刚臂的问题分析提供了研究平台。通过软刚臂横摆减振和轴承损伤实验验证了实验平台的正确性和可行性。

珠江隧道工程基础灌砂试验研究

通过大比尺模型试验 ,找出砂流法施工过程中的施工工艺及技术参数 。

溪洛渡泄洪洞掺气减蚀设施及体型优化的试验研究

结合溪洛渡水电站3号泄洪洞,在大比尺水工模型试验的基础上,对目前高水头明流泄洪洞掺气减蚀设施和体型的典型设计方案进行修正和优化研究。试验表明:通过采用掺气跌坎和挑坎相结合的组合形式、在反弧段前增设一道掺气坎、缩短渥奇曲线段的长度和减小反弧段的圆心角等措施,可明显改善掺气效果,增大反弧段前掺气坎的掺气能力,从而有效减小和消除反弧段末端掺气盲区。该研究对于高水头、大流量明流泄洪洞掺气设施和体型的合理设计具有十分重要的价值。