小比尺条形基础承载力模型试验的尺寸效应研究

开展小比尺模型试验是土力学承载力研究中的重要方法,但小比尺模型的尺寸效应会影响试验的定量结果,导致小比尺试验一般仅能用于定性研究。在饱和砂土地基中开展了20组条形基础承载力的小比尺模型试验,通过改变基础尺寸、埋深以及砂土的密实度研究承载力的变化,进而引入离散元分析方法,采用抗转动模型模拟砂土颗粒的力学行为,对条形基础承载力试验进行模拟,从微观角度揭示小比尺模型试验尺寸效应的来源和对宏观承载力的影响规律。研究结果表明,饱和砂土地基密实度与基础埋深越大,小比尺实试验的尺寸效应越明显,尺寸效应的产生是应力水平变化、破坏模式改变以及渐进破坏程度综合作用的结果。

鱼道水工模型及放鱼试验比尺效应研究

鱼道水工模型试验是对鱼道结构合理性进行验证并提出优化措施的有效手段。在鱼道水工模型中开展放鱼试验,是分析验证鱼道内部结构、水流条件合理性直观有效的措施。本文阐述了鱼道水工模型试验及鱼道放鱼试验的必要性,总结了三种不同水工模型——枢纽整体模型、鱼道整体模型、鱼道局部模型比尺的选择依据,归纳了开展鱼道水工模型放鱼试验的目的及放鱼试验鱼体大小的选取原则,并指出量化鱼道比尺与试验鱼体长之间的关系对鱼道工程的发展与应用具有重要的意义。

悬移质动床模型设计中的时间比尺和含沙量比尺

从悬沙动床模型设计的一般问题出发，就时间变态的产生及其对试验结果的影响进行了分析，得出了含沙量比尺偏离导致时间变态产生的结论。在分析现有含沙量比尺确定方法的基础上，提出了由水流运动相似和河床变形相似来控制含沙量分布相似。

潮流泥沙模型冲淤时间比尺研究

物理模型试验中,由于模型缩尺效应及采用的模型沙与天然沙不一致,导致河床水流时间比尺与河床冲淤时间比尺不一致。因此,在潮流泥沙模型试验中针对不同的研究问题,需要选取不同的冲淤时间比尺。研究表明:以冲刷为主的模型,与以淤积为主的模型时间比尺存在差异;潮汐河段和径流河段冲淤时间比尺的确定存在差别,当河床演变受径潮流共同作用,时间比尺确定的依据根据水流造床作用来判断;风暴潮冲淤时间比尺,主要考虑其水流泥沙输移特性,一般采用冲淤时间比尺等于水流运动时间比尺,而含沙量比尺需作相应的调整。

宜昌砂岩不同pH值酸性溶液浸泡下时间比尺及强度模型研究

结合试样切片检测、pH值变化精确测量、浸泡过程中岩石试样的腐蚀脱落深度量测等技术手段,对不同pH值酸性环境中宜昌地区钙质中～细砂岩的浸泡时间比尺及强度模型展开研究。以H+物质的量为基准量,提出时间比尺的概念。指出可以通过时间比尺的转化,用强酸的短时反应来模拟弱酸长时反应的效果,并分稳定酸根离子和没有稳定酸根离子补给2种情况给出算例,进一步论证该方法的可行性。提出并解释砂岩反应后的表面"多孔特性"和"多层状"现象,指出H+浓度降低速率随时间和腐蚀深度增长逐渐变缓,为强度模型建立提供基础,同时建立试样腐蚀脱落深度与浸泡时间的关系。基于岩石试样的腐蚀深度模型简图和相关假设,推导硫酸溶液作用下试样强度变化与时间关系式,并对比分析强度计算值及实测值,两者吻合较好。

空化形成机理和比尺效应

高速水流容易发生空化,为进一步研究空化的形成机理和影响因素。对空化形成机理和液体粘性、表面张力、气核状况等影响因素的最新研究成果进行了综合分析。水流空化试验中存在比尺效应,指出并建立了空化比尺效应的经验公式。对空化机理的研究还有待进一步深入。

调压井模型试验变态比尺的研究

本文对有压非恒定流调压井系统，其中包括调压井，进水隧洞，压力管道三部分的变态模型设计进行了系统的研究．提出了模型比尺的相关性概念，研究表明，仅从涌波方程推导相似条件往往产生顾此失彼问题．文中还提出了变态模型比尺的参数表示法，通过该方法可实现变态模型比尺的优化选择．研究还指出，当调压井的比尺小于１／２５时，整个系统完全正态模型是难以实现的．得出的结论表明，不仅可以，而且应该使变态模型比尺同时满足涌波方程，水锤波方程和压力管道水弹性方程的相似条件．本文还提供了一个实际工程项目的变态模型设计比尺的优化选择．

选沙对水力侵蚀比尺模拟试验侵蚀过程相似的影响

针对坡面水力侵蚀比尺模拟试验存在的选沙困难、侵蚀过程相似验证不充分的问题,在前人研究的基础上,就降雨条件下选沙对黄土坡面水力侵蚀比尺模拟试验侵蚀过程相似的影响进行了研究。结果表明,无论选用何种模型沙,当雨强比尺满足iλ=1lλ/2,土壤含水量比尺满足λθ=1,径流过程都满足相似;依据悬浮相似选择的模型沙,需检验其是否满足起动相似,利用经检验不满足起动相似的模型沙进行的试验,侵蚀过程也不满足相似;利用依据起动相似选择的模型沙进行的试验,侵蚀过程满足相似要求。黄土坡面水力侵蚀比尺模拟试验宜选用依据起动相似为主的选沙方法选择模型沙。

桶形基础负压沉贯过程中的比尺效应试验研究

通过对7个不同材料及大小的模型桶基在粉土中的负压沉贯实验过程中的沉贯速度、沉贯负压、桶内表层土中产生的渗流梯度和桶内土塞率的大小的比较,揭示了比尺不同的桶基对贯入过程的影响,为桶基设计和施工提供依据。

挑流水垫塘掺气比尺效应试验

为了研究泄洪消能缩尺模型中的掺气比尺效应,以提高模型预测精度,通过模型试验,对比分析1:50和1:100两个不同比尺模型上的挑流水舌形态及下游水垫塘内掺气量(体积分数,下同)分布。试验结果表明,在同样的孔口体型作用下,不同比尺模型水舌空中裂散程度有明显差异,1:100模型中水舌呈月牙形散落在水垫塘,1∶50模型水舌呈椭圆形散落在水垫塘;水舌入水形态的差异进一步导致水垫塘掺气量分布不同,1:100模型水舌入射区域掺气量相对较高,掺气量峰值约为50%,1:50模型上同样位置掺气量峰值约为40%;从水垫塘内掺气量空间分布来看,1:100模型水垫塘横向掺气范围相对较小,纵向掺气范围相对较大。

空化机理和比尺效应综述

对空化的形成机理、液体气核存在机理、空化发生的判别指标等进行了总结回顾,综合分析了液体粘性、表面张力、气核含量和压强分布等因素对空化初生的影响,对空化试验中存在的比尺效应,介绍了相关比尺效应的经验公式及应遵循的模型比尺,指出空化机理和比尺效应的研究还有待进一步深入.

气核对空化比尺效应的影响

针对空化试验的比尺效应,主要分析气核对空化比尺效应的影响。分别对气核密度、分布规律及初始半径对空化比尺效应进行分析,得出消除由此产生的空化比尺效应应采取的措施。采用临界压力代替汽化压力定义空化数,建立初始气核大小与液体抗拉强度的关系,力图消除液体抗拉强度对空化比尺效应的影响。总结了现有空化试验资料,指出消除空化比尺效应应注意的一些问题。给实际试验提供参考,并为进一步寻求完整而准确的模拟方法提供理论依据。

坡面水力侵蚀比尺模拟试验设计与验证

针对黄土高原坡面水力侵蚀调控实体模拟试验中存在验证不充分的问题,利用黄土高原小流域水力侵蚀调控实体模拟试验理论与技术,设计黄土坡面水力侵蚀比尺模拟试验,并对其进行验证。结果表明:在正态条件下,满足几何、降雨强度、入渗、径流运动、输沙、床面变形等相似条件下所建造的坡面模型;在试验条件下,虽然与模型原型流型有所偏离,但降雨、径流流态、平均流速、阻力系数、汇流过程、产沙、输沙及床面变形是基本相似的。表明该方法可以作为坡面治理水土流失、优化治理方案,寻求水土资源高效利用措施的工具。

河工动床模型试验的含沙量比尺

本文在评述目前关于含沙量比尺确定方法的基础上,指出前人采用sλ确定的含沙量比尺,不能满足水流挟沙相似条件。剖析所找的原因是相似分析时,采用了不能同时适用于原型和模型且简化成指数等于1的半经验水流挟沙力公式,推导过程中又引入系数比尺等于1的假定,并以不考虑紊动扩散作用影响的λω作为泥沙悬移相似条件。选用容重适中的模型沙所开展的试验论证结果表明,含沙量比尺的大小对河床变形相似有直接影响,该比尺小于1时河床变形与原型偏差较大,该比尺与淤积物干容重比尺相近时,模型同原型才较为相似。此外,文中还认为,目前确定含沙量比尺的办法最好是通过分别确定原型和模型水流挟沙力的途径来实现。

坡面水蚀比尺模型室内外相似性试验研究

对野外和室内在25°陡坡、人工降雨条件下的侵蚀产沙试验进行了对比分析,结果表明:在降雨强度相同或相近时,室内外降雨侵蚀力非常接近,但是土壤可蚀性却相差4倍左右;当其它影响因素如土壤容重、土壤前期含水量等相同或相近时,仅要达到累计侵蚀产沙量的相似,室内坡面模型可以采用2∶1的几何比尺,该比尺下室内外侵蚀产沙量的误差小于10%;从侵蚀产沙速率来看,室内外试验侵蚀产沙的过程差异较大;室内外试验都是降雨强度越大,坡面产生的细沟数量越多,并且细沟的平均长度、宽度、深度也越大;但要做到室内外坡面形态发育的相似还存在较大难度。

冲刷物理模型试验的比尺效应研究

冲刷物理模型试验的比尺效应主要是由模型沙不满足泥沙运动相似的要求所产生。因此在将试验结果外推到原型时会产生较大偏差。全面分析了系列模型实验法、经验公式法和相似模型试验法减少或者消除比尺效应的优缺点;提出了经验公式用于分析试验结果的偏差程度。认为满足泥沙起动相似和动床阻力相似是冲刷物理模型设计和模型沙选用的重要原则。

悬移质动床模型试验含沙量比尺计算方法研究

对已有的含沙量比尺的确定方法进行了评述,指出存在问题的主要原因是在推导含沙量比尺中选用了不能同时适用于原型和模型的水流挟沙力公式。为此,以适用性较好的张红武公式为基础,通过简化处理和模型资料率定,得出了有一定理论基础的含沙量比尺计算公式。进一步分析和验证表明,该公式不仅能反映模型几何比尺和泥沙容重对含沙量比尺的影响,而且大量模型计算的含沙量比尺与实际采用的含沙量比尺较为接近,因而可以用于动床模型含沙量比尺的初步计算。

静冰力学模型试验的相似比尺问题探讨

分析冰盖形成的热力学模型,推导出室内模型试验的相似比尺.模拟野外降温过程,在低温实验室内进行静冰压力模型试验,研究实验室模拟静冰压力产生过程的可行性.结果表明:实验室模拟最大冰厚39.8 cm,试验历时387.4 h,冰的冻结过程符合天然规律;实验室目前难以模拟融化过程中天然状态的太阳辐射,有待进一步改进降温制度.模拟试验的冰压力最大值出现在升温阶段,与温升率相关,温升率越大,静冰压力值越大;当环境温度升至0℃左右时,静冰压力达到最大值,随后迅速消散,符合水库冰过程观测结果.

基于实验的二维八边形液舱晃荡比尺效应研究

文章针对二维八边形液舱晃荡冲击的比尺效应开展了实验研究。实验根据弗劳德相似准则分别选择1:1原型液舱与1:2和1:3两个比尺模型液舱,在横荡单次冲击外激激励的作用下,考虑80%危险载液率分别对流体冲击侧壁、上斜板和顶板时的晃荡荷载与冲击波形进行了比尺效应对比分析。分析结果表明,冲击过程中,如果原型液舱和缩比模型液舱中对应冲击壁面处于流体中,包裹的气泡越少,冲击压力峰值由模型还原到原型时更接近于原型实验实测值;若考虑整个冲击过程中的流场形态,应尽可能选择大比尺液舱来开展晃荡模型实验。

调压井试验中模型律及模型比尺的选择

该文主要根据变态模型试验中模型能坡比降与原型不等（λ1≠λh=λB）的变态方式，在长隧洞模型变态设计的依据基础上，重点介绍了调压井水力模型变态设计方法，推导建立了一套较完整的变态模型比尺关系式。