负摩阻力引起的桩身下拽力和桩顶下拽位移研究进展

简要介绍了土体沉降引起的桩侧负摩阻力导致桩身下拽力和桩顶下拽位移的原因、力学机制以及工程危害性;总结了近年来国内外负摩阻力问题的现场试验、模型试验、数值模拟和理论计算方法等方面的研究现状;指出了目前存在的主要问题——针对考虑桩顶下拽位移、地基土固结时间效应等因素影响以及减少负摩阻力措施方面的研究相对较少;介绍了一种既可以提高桩基竖向承载力又能有效降低负摩阻力对桩基影响的新桩型——扩底楔形桩.

负摩阻力作用下桩基中性点位置、下拽力及下拽位移与时间的关系

介绍桩基负摩阻力产生及发展过程;针对中性点位置、下拽力及下拽位移与时间之间的关系,提出关系拟合预测曲线模型,并与现场工程实测结果进行对比分析,探讨曲线模型参数的物理意义。研究结果表明:提出的曲线模型计算结果与实测结果吻合良好,从而验证该模型的准确性和可靠性,为进一步研究桩基负摩阻力特性及其设计和计算提供参考依据。

基于电容吸收拓扑电路的新型磁阻线圈发射器

磁阻线圈发射器具有出口速度一致性好、可靠性高和能源清洁等优点。但是现有磁阻线圈发射器普遍效率较低,限制了其工程应用。为提高发射效率,提出一种基于电容吸收拓扑电路的新型磁阻线圈发射器方案。首先建立了传统二级磁阻式发射器的模型,采用有限元软件进行了仿真计算。结果显示,在电枢经过线圈中心后,驱动线圈中剩余电流产生的磁场会使电枢受到反向电枢拖拽力而减速。针对上述问题,提出一种新型的基于电容吸收拓扑电路的能量回收方案,分析了各阶段的放电特性。计算结果表明:与传统放电电路相比,新型放电电路可以使驱动线圈的剩余电流被电容器吸收实现快速衰减,电枢出口速度由21.46 m/s提高至26.19 m/s,效率由14.50%提高至21.59%。新型放电电路能够对电枢加速后的剩余能量进行回收,明显减小电枢拖拽力,提高了发射速度与能量回收效率。

堆载条件下单桩负摩阻力模型试验研究

通过对粉土中混凝土单桩竖向静载荷的模型试验,分析了在桩周土堆载条件下,端承桩、摩擦端承桩在桩周土含水率变化时,桩侧摩阻力、桩端阻力的变化规律及不同土层的沉降、"中性点"位置和下拽力的变化。研究发现,摩擦端承桩"中性点"位置随桩周土含水率、堆载等级的变化而变化,在最优含水率附近,土层的下陷量较大,致桩体沉降量也大,故"中性点"的位置会有所上升;随着桩周土堆载的增大,桩周土对桩侧的下拽力也增大,桩体进一步下陷,使桩土相对位移反而减少,"中性点"有所上升。

考虑时间效应的群桩负摩阻力模型试验研究

基桩负摩阻力是桩基础设计中必须考虑的重要问题之一,但是针对考虑土体固结时间效应的群桩负摩阻力研究却相对较少。进行了在地面堆载固结条件下,黏性土层中3×3群桩负摩阻力性状的室内模型试验研究,测得了不同桩间距(3d,4d,6d)条件下各位置桩(角桩、边桩、中心桩)的桩侧负摩阻力、桩端阻力以及桩周土体分层沉降随固结时间的变化情况,分析了桩身下拽力和中性点位置随时间的变化规律;并进行了同等条件下单桩及2×2群桩(4d)试验作为比较分析。试验结果表明,群桩中桩侧负摩阻力引起的下拽力和中性点位置都存在明显的时间效应和群桩效应,其数值与基桩数、基桩的布置位置及桩间距等因素有关;在本文试验情况下,当桩–土相对位移达到2 mm时,桩侧负摩阻力将达到其最大值的80%～90%。

考虑时间效应的斜桩基负摩阻力室内模型试验研究

斜桩基是桥梁支墩、码头等工程中常用的桩基础形式,但是针对斜桩基础负摩阻力问题的研究却相对较少。进行了黏性土层中斜单桩及斜群桩在桩周土堆载固结条件下负摩阻力性状的室内模型试验研究,测得了桩侧负摩阻力、桩端阻力以及桩周土体分层沉降随固结时间的变化情况;并进行了同等条件下竖直单桩及竖直群桩试验作为比较分析。试验结果表明,斜桩和竖直桩桩侧负摩阻力引起的下拽力都存在明显的时间效应和群桩效应;在本文试验条件下,当桩–土相对位移达到2mm时,桩侧负摩阻力将达到其最大值的80%～90%左右。

单桩负摩阻力计算方法比较分析

桩基工程中桩侧负摩阻力所产生的作用于桩体上的下拽力,可能引起桩体破坏、桩基不均匀沉降等诸多工程灾害。为此,工程师们建立了许多单桩负摩阻力计算公式,但是由于这些公式各自的适用性和局限性,计算结果差别较大。首先介绍了目前国内外用于计算单桩负摩阻力及确定中性点位置的几种常用方法:极限分析法、荷载传递法、弹性或弹塑性理论法、剪切位移法和数值分析法;再结合具体工程实例,对以上几种方法进行比较,指出各自的适用条件、优缺点等,为工程设计提供参考。

桩顶荷载对负摩阻力性状影响的三维数值分析

利用ADINA非线性有限元软件,考虑桩土相互作用,建立了单桩三维数值模型,分析了桩侧堆载作用下负摩阻力的形成过程,研究了桩项荷载作用下桩身荷载传递、桩侧摩阻力分布、中性点位置、桩顶附加沉降的变化规律以及桩顶荷载和堆载的施加顺序对桩侧负摩阻力的影响。分析结果表明:随着桩顶荷载增大,桩侧负摩阻力逐渐减小,中性点明显上移,由桩侧负摩阻力产生的下拽力增加的速率变小,而桩顶附加沉降速率呈现逐渐增长的趋势;桩侧负摩阻力的大小受桩顶荷载和堆载施加顺序的影响,桩顶荷载先于堆载施加则产生的负摩阻力最大,而采用相反的加载顺序,产生的负摩阻力最小,甚至消失。所得结论对工程设计过程中负摩阻力的计算提供参考。

堆载条件下现浇扩底楔形群桩负摩阻力特性研究

可压缩性软土地基中,为了在确保基桩竖向承载力的前提下,有效降低地面堆载引起的负摩阻力对基桩承载力的影响,提出了一种现浇扩底楔形钢筋混凝土桩。简要介绍了扩底楔形桩的设计思路和施工工艺。基于FLAC3D有限差分软件,建立了扩底楔形群桩数值模型;通过针对具体模型试验实例的模拟分析,验证了本文所建立的数值模型的可靠性;继而研究了桩间距、楔形角、桩–土模量比、摩擦系数以及土层模量比等因素对扩底楔形群桩下拽力和下拽位移特性的影响,并与等截面桩进行了对比分析。研究结果表明,与等截面桩相比,楔形角的存在对降低桩顶下拽位移非常有效:小角度楔形角(0.4°～1.0°)对桩顶下拽位移量的减少率可以达到16%～20%。

楔形角对基桩负摩阻力特性影响的数值模拟分析

负摩阻力引起的基桩下拽力和下拽位移是桩基础设计中必须考虑的重要问题之一,楔形桩中的倒楔形角是一种有效减少基桩下拽力和下拽位移的结构形式;但是针对楔形角在减少负摩阻力效果方面的研究却相对较少。结合工程实例,建立单、群桩负摩阻力特性分析的三维数值模型,并通过与现场试验结果和已有文献分析结果的对比分析,验证所建模型的准确性和可靠性。对比分析4种不同楔形角组合形式对基桩负摩阻力的减少效率以及是否考虑土体固结形式对基桩负摩阻力特性的影响规律。研究结果表明,桩体上部分楔形角对基桩负摩阻力特性影响较显著;桩体下部分楔形角的影响相对不明显;小角度范围内,楔形角增加1度,最大基桩下拽力减少约20%。

堆载下单桩负摩阻力工作性状非线性数值分析

利用三维非线性数值方法对一算例在堆载作用下桩侧负摩阻力进行了计算分析。计算结果揭示了摩擦型、端承型桩负摩阻力工作性状的异同;分析了堆载速度、桩顶荷载对负摩阻力的影响:堆载越快,负摩阻力越小;在无桩顶荷载作用下,由负摩阻力引起的下拉荷载最大,可视为常规方法设计的上限值;桩顶荷载与堆载施工顺序对负摩阻力的影响也很大,先施加桩顶荷载,后进行堆载所产生的负摩阻力最大,反之最小。

堆载作用下群桩负摩阻力特性的参数分析

针对地面堆载作用下群桩负摩阻力特性问题,采用有限元分析方法,进行三维有限元数值模拟。计算模型考虑桩–土界面的接触问题,分别研究地面堆载等级、桩顶竖向荷载等级、地面堆载和桩顶竖向荷载施荷顺序等参数对群桩负摩阻力特性的影响。研究结果表明:随着地面堆载等级的增大,桩身轴力和桩身下拽力增大且增大幅度逐渐减小;随着桩顶竖向荷载等级的增大,群桩受到土体引起的桩身下拽力逐渐减小;施荷顺序对桩身下拽力的影响显著。

喷雾清洗中微颗粒受到流体作用力的研究(英文)

对喷雾清洗过程中微颗粒所受到的流体力进行了研究.由于液滴撞击在平面上产生的不稳定流,无法用现有的层流作用力公式来预测颗粒所受到的作用力,本文采用了计算流体力学模拟的方法对流场分布进行了模拟,并且计算颗粒上相应受到的作用力.通过计算结果,讨论了影响颗粒清除效果的关键因素.研究表明,在微米尺度内,平面的可湿性质对液滴展开的初始阶段流场分布有显著影响,从而也大大影响了平面上颗粒所受到的作用力.此外,撞击在干燥表面时,颗粒受到的拖拽力会比撞击到湿表面上时大三个数量级以上.而在湿表面上时,提高撞击速度会比增大液滴大小来得更有效,主导颗粒去除的力为拖拽力.

锯齿形拖拽体的沙泳运动离散元模拟研究

为了探索锯齿形拖拽体在颗粒中平动运动时所受阻力和升力的变化规律,利用颗粒离散元数值模拟的方法,对不同的锯齿倾角、侵入深度、运动速度以及边界条件情况下的拖拽体进行了比较全面的分析研究。结果表明,锯齿倾角越大,阻力和升力越大,侵入深度越大和速度越大,阻力越大。最后,建立了拖拽阻力的建议公式,实际归一化结果表明,锯齿倾角一定时,就可以确定相应参数,进而表达不同拖拽速度和不同侵入深度时的拖拽阻力。

滤池冲洗时滤料颗粒受力计算

滤池在使用一段时间后,杂质会逐渐堵塞滤池,导致滤池无法正常工作,必须对滤池进行反冲洗.冲洗时出现的问题相当多,并且大都与滤料的受力密切相关,但目前对这一情况的研究甚少.文章从理论上对滤池冲洗时石英砂受力进行了探讨,运用化学工程的流化理论,对石英砂颗粒受力进行分析,并推导出砂颗粒受水流拽力的表达式.

容性耦合硅烷等离子体尘埃颗粒空间分布的二维流体模拟

基于自主研发的二维流体尘埃模型,研究了射频容性耦合硅烷等离子体放电中不同腔室结构对尘埃颗粒密度空间分布的影响.模拟发现,有别于一维模型,径向电场和作用在尘埃颗粒上的离子拖拽力径向分量是导致尘埃颗粒密度分布径向不均匀的主要因素,使其在极板边缘处呈现两个局部峰值,其中一个峰值表明尘埃颗粒有可能会克服电场力的支撑更接近极板.在极板半径较小或极板间距较小的情况下,径向离子拖拽力的作用增强,使尘埃颗粒更易于在极板边缘处和腔室侧壁附近聚集,出现环状尘埃颗粒分布带.在放电极板有介质材料包裹的情况下,尘埃颗粒密度径向分布的均匀性得到改善.最后,还模拟了单个尘埃颗粒在极板边缘处的涡旋运动规律.

希尔兹曲线统一表达式及其在唐家山堰塞湖下游河道冲刷防治中的应用

在研究地震堰塞湖泄洪导致的下游河道冲刷问题时,所涉及的一个最基本的问题就是泥沙颗粒起动的问题。在泥沙起动切应力的研究中,希尔兹曲线无疑是一个经典并且已经被水利工作者广泛使用。但是由于希尔兹关系曲线中,纵、横坐标都包含摩阻流速,因而实际应用中会很不方便。主要是要建立一个希尔兹曲线的确切表达式,以便解决希尔兹曲线使用困难的问题。表达式是通过一个经验公式的形式给出的,公式首先要求是连续函数,在大小沙粒雷诺数情况下其能自动简化为传统公式,且在整个沙粒雷诺数变化范围内其能够与实验数据吻合,作者模型与其它已存模型比较结果显示作者模型具有最好的精度。最后将作者模型应用于唐家山堰塞湖下游河道冲刷防治中。

输气管路弯头内壁面冲蚀进化的试验和数值模拟研究

砂粒的连续冲击使输气管路弯头内壁面连续不均匀地发生着冲蚀进化现象.本文作者基于3D成像技术精确描述了R/D=1.5弯头内壁冲蚀进化过程,并采用CFD方法对该过程进行了数值模拟研究.结果显示,随着颗粒冲击,磨损严重的区域向弯头圆心角高角度扩散的速度较大;通过修正Schiller Naumann拽力系数模型可较准确地模拟弯头的冲蚀进化过程(平均误差小于0.15 mm).以上工作对管路的完整性评价具有重要意义.

气井临界携液流量的计算方法

在气藏开发中,气井井底的液量若不能及时排出,就会在井底聚集,将会形成积液,严重时造成水淹停产,因此,预测气井积液很重要。目前现场主要应用Turner模型进行气井临界携液流量的计算,但有一定的局限性。在实际生产现场,每口井的生产条件是不一样的,因此在计算气井临界携液流量时应先结合拽力系数CD的全域拟合关联式计算出液滴的拽力系数,采用与Turner液滴模型相同的力学分析方法,得到了针对不同生产井的临界携液流量的计算公式。通过实例的计算分析,其预测结果较符合实际生产。

半潜式平台内孤立波载荷计算方法及其试验验证

针对半潜式平台的立柱群和沉箱群,设计了两套独立的载荷测量系统,利用大型重力式密度分层水槽,在不同来波方向下对孤立波中半潜式平台载荷进行了系列模型试验。研究表明,对平台立柱部分,其内孤立波载荷可以用Morison公式进行计算,基于试验结果建立了Morison公式中其拖曳力系数以及惯性力系数的经验公式;对于半潜式平台的沉箱部分,当来波方向与其中纵剖面不平行时,其水平内孤立波载荷同样可以使用Morison公式进行计算,并建立了Morison公式中其拖曳力系数以及惯性力系数的经验公式;当来波方向与半潜式平台中纵剖面平行时,沉箱群的水平内孤立波载荷可以采用Froude-Krylov公式进行计算;同时,在不同来波方向下沉箱群的垂向载荷同样可以采用Froude-Krylov公式进行计算。