简述岩土离心模拟试验室的建设与管理

随着离心模型试验技术的发展,岩土离心机试验室的数量逐年增多。有些试验室由于在建设之前缺乏系统的规划设计,造成后期使用上的不便和困难。主要结合中国水利水电科学研究院大型岩土离心机试验室建设和运行的经验,给出了离心机试验室设计的特点及基本原则,提出试验室的设计应满足离心模型试验的工艺要求,同时也给出了一些有关建设和运行方面的细节考虑,以期有益于今后的岩土离心机试验室建设和发展。

坡底饱和型黄土滑坡离心模拟试验

黄土极具结构性和水敏性,人类活动及自然因素作用下的水致地质灾害备受关注,其中坡底饱和型黄土边坡极易失稳破坏并造成危害。基于离心模拟手段,采用未扰动原状黄土制作模型,自主设计模型后缘渗水装置,模拟坡底饱和型黄土边坡的失稳过程;通过模型顶部视频监测、侧面粒子图像测速(particle image velocimetry,简称PIV)分析、底部孔隙水压力及土压的联合监测手段,分析其失稳破坏特征,并结合现场滑坡演化特征进行验证对比。主要得出以下结论:加速度达80g时,模型底部饱和,前缘出现滑移、后缘发生塌陷及内部湿陷,呈多元破坏形式;模型侧面位移表现为滑移前的表层张拉变形、底部湿陷变形及后缘塌陷前的顶部沉降变形;模型底部高孔隙水压力区分布于大面积滑移和塌陷区域下方,表征了坡底高水位对破坏的影响及底部水渗流的不均匀性;模型滑移破坏与现场滑坡具相同演化进程:坡底饱和-张拉裂缝-后退式小型滑移-水位抬升-后退式大型滑移。研究成果可为原状黄土的模型试验研究思路及原位滑坡的多元破坏机制研究提供借鉴。

输水渠道冻胀离心模拟试验

冻胀破坏是导致寒冷地区渠道输水利用系数低的主要原因。依托南京水利科学研究院大型土工离心机成功研制了热交换试验装置,该装置实现了渠道模型在离心场中与温度场的耦合。在此基础上开展了20g和30g下的不同渠基土含水率冻胀离心模拟的模型试验,根据试验结果探讨了渠道离心模型的换热过程以及封闭系统中渠基土含水率对渠道法向冻胀位移的影响。此外,根据试验结果验证了离心场下土体模型内传热速度是原型的N2倍的关系。所提出的渠道冻胀离心模拟装置和试验方法为北疆地区输水渠道冻害处治提供了新的研究手段。

土壤冻胀离心模拟试验

介绍了在清华大学离心机上进行的土壤冻胀离心模拟的模型模拟试验、４０ｇ 下离心模拟重复试验等初步试验成果． ３０ ｇ 和４０ ｇ 下的土壤冻结模型模拟试验结果一致， 说明土壤冻胀离心模拟试验中热传导缩比关系正确． ４０ ｇ 下土壤有／ 无荷离心模拟重复试验结果相近， 说明土壤冻融离心模拟试验的可行和可靠性．

一种新型板桩码头结构的离心模拟

卸荷式地连墙板桩结构码头是国内自主创新的深水码头结构,为了深入认识这一板桩码头结构在设计荷载下的工作性状和土与结构共同作用机制,结合某一拟建码头泊位的卸荷式地连墙板桩码头结构设计方案验证需要,进行了3组大型土工离心模型试验研究。其中2组为重复性的模型试验,以验证设计方案的可行性;第3组则模拟了无卸荷平台结构的地连墙板桩码头结构设计方案,以比较有无卸荷平台的板桩码头来揭示全直桩卸荷平台结构的卸荷效果。并且介绍了码头结构离心模拟技术,包括模型设计、模型制作和模型测量及试验步骤等关键内容。

软土地基路堤施工控制的离心模拟试验研究

软土路基上快速填筑路堤时的稳定控制是非常重要的。为此在现行规范中,采用了一些位移或位移速率的控制标准。但实践表明,采用现行的标准仍然出现一些地基失稳的事例,说明这些标准需要进一步求证和改进。除了继续收集、分析失效事例之外,通过离心模型试验也可以进一步理解堤基失稳的机制。离心模型试验结果表明:路堤快速填筑使得地基破坏时,地基变形略呈马鞍形,坡肩处沉降比道中处沉降略大,坡脚水平位移增加较快;破坏时的位移速率与现有规范建议的控制标准基本符合,但地基内的孔隙水压力是在地基进入破坏状态并发生较大变形之后才有突然增加的趋势;此外,坡脚水平位移和道中沉降的速率比,可能是一个较好的稳定性控制的指标。

非饱和土中水分迁移及污染物扩散的离心模拟

近十年来 ,土工离心机被作为模拟污染物扩散的一个重要手段。但是 ,目前能否采用离心机进行非饱和土中的水分迁移研究尚有争议 ;另外在无机可溶性污染物方面的研究也仅限于对惰性的、土壤吸附能力很低的无机物 (如钠离子 )在土体中的扩散机理研究。本文选用能够与土颗粒发生较强作用的重金属镉 ,利用土工离心机进行了非饱和土中一维模型的模拟研究 ,分析了非饱和土中含水率的变化和污染物的迁移机理 ,检验采用离心模拟方法研究污染物扩散机理的可行性 ,验证与污染物扩散机理相关的模型相似律。

爆破挤淤堤坝工后沉降特性离心模拟试验研究

爆破挤淤技术在海洋围垦工程建设中发挥着重要作用,但其理论研究落后于工程实践。通过离心机点火装置的研制实现离心场中的起爆控制,进而建立概化模型,模拟堆石堤坝存在时爆破挤淤的作用效果,研究爆炸荷载作用下地基土体的孔压消散特性及形成堆石堤坝的工后沉降特性。通过多次尝试性试验,最终取得两组合理有效的爆破试验测试成果。研究表明:地基土含水率越高、强度越低,爆破后堤坝瞬时沉降越大,爆破挤淤置换效果也更显著;在地基土较软弱的条件下,爆破挤淤堤坝工后沉降明显较大;在堤坝上覆压力存在的条件下,爆破瞬间地基土中产生显著的超孔隙水压力,超孔压的产生使得地基土瞬时有效抗剪强度弱化,甚至会丧失结构强度和承载能力,从而为爆破挤淤"泥–石"置换过程创造了有利条件。

水下边坡稳定性的离心模拟试验研究

针对水下边坡稳定尚无成熟的计算方法 ,采用搜索法对水下粉砂质边坡和水下细砂质边坡的极限坡率进行离心模型试验。通过 13组模拟试验结果表明 ,水下粉砂质边坡的极限坡率陡于水下细砂质边坡的极限坡率 。

砂土自由场地基水平垂直振动离心模拟试验

利用最新研制的R500B振动台在450 g-t离心机上对砂土自由场地基在水平和垂直地震下的动态反应做了离心模拟试验研究。模拟离心重力场为30 g,振动台在水平和垂直方向的控制最大加速度分别为20 g和10 g。模型内布置相应的微型加速度计以测量地震反应。结果表明,在水平和竖向同时激振与单向分别激振砂土两种情况下,砂土地基有不同的动力反应,应在设计中予以考虑水平和竖向同时激振的耦合作用对砂土地基的影响。

延安市阳崖黄土边坡开挖破坏离心模拟试验研究

人工开挖是黄土地区滑坡形成的主要诱发因素之一,开挖导致斜坡一定范围内产生卸荷回弹和应力重分布,斜坡应力重新平衡的过程伴随着斜坡形变,甚至破坏。延安市宝塔区枣园镇阳崖滑坡为典型开挖诱发的黄土边坡,本文选取阳崖滑坡为地质原型,采用TLJ-500大型土工离心机对边坡坡脚开挖状态下变形破坏过程进行模拟试验,通过对模型控制点监测数据分析,研究边坡坡脚开挖前后坡体形变位移特征、坡体内部土压力响应特征以及边坡变形破坏机理。结果表明:坡脚开挖后临空面附近产生局部垮塌,其坡体位移、潜在滑移面以及拉张裂缝均由坡体前缘往后部渐进性变化发展。开挖后坡体内部产生明显的应力松弛,且越靠近开挖面卸荷效应越明显,开挖主要影响坡体的中前部分,对坡体后部影响较小甚至无影响,分析得知坡体变形破坏机理为典型的渐进后退式。

土石坝填筑过程的离心模拟方法

本文从离心模拟方法入手，建议了一个新的分析方法，可以得到坝体填筑过程中的变形与应力．文中还用数值模拟方法对离心模拟过程与实际的坝体施工过程进行了多方面的比较．结果表明，本文的方法总体上符合实际情况。

低渗透黏土中氯离子弥散作用离心模拟相似性

针对低渗透黏土中弥散作用离心模拟的相似性问题,以高岭土和氯离子为材料,开展高岭土重塑试样的纯扩散试验,获得氯离子有效扩散系数与孔隙比的关系;在常重力(1g)和超重力(25g^50g)环境下开展不同流速的土柱试验,得到水动力弥散系数与分子扩散系数的比值与Péclet数(Pe)的关系.试验结果分析表明:当Pe基于弥散度定义时,可沿用目前的标准(即Pe=1)判别高岭土中弥散作用的相似性;当Pe基于平均粒径定义时,判别高岭土中弥散作用相似性的临界Pe远小于1.当离心机模拟氯离子击穿2m厚黏土衬垫时,对于填埋场可能遭遇水头差(0~40m),当离心机加速度不高于100g时,击穿时间模拟误差不超过24%.

土工离心模拟技术及其在港口工程中的应用

介绍了国内外土工离心模拟技术的发展状况,针对新型遮帘式板桩码头设计过程中存在的问题,结合具体实例进行了多种设计方案的离心模型试验研究,初步探讨了该种结构的整体稳定性与变形情况。

LXJ-4-450土工离心模拟试验机的研制

LXJ-4-450土工离心模拟试验机的最大转动半径5.03m,有效转动半径4.0m,最大加速度300g,有效负载1.5t,最大有效荷载容量450g·t,试验吊篮尺寸为长·宽·高=1.5·1.0·1.5m,其规模为亚洲第一,在世界上排第四位,该离心机主机结构合理,运行平稳,其运行全过程由级联微机网络自动控制,调速稳速精度高,安全可靠,数据采集系统采用数字信号传输方式,软硬件配置合理,测量项目齐全,试验室土建工程总体布局合理,使用方便,基础抗震性能好。

卫生填埋场室内离心模拟试验研究

用离心试验法模拟了填埋体的沉降和边坡土工膜的应力应变状态,并将其与有限元计算结果进行了对比.结果表明:该方法可以定性地描述出卫生填埋场现场的状况;边坡土工膜存在初始损伤的情况下发生的应力集中是导致其受拉破坏的主要原因;保证边坡防渗层安全的关键是加强现场管理与监督,提高土工膜铺设工艺.

我国离心模拟试验技术的现状和展望

一、概况 离心模拟试验技术是岩土力学和岩土工程领域中的一项新技术。对这项技术的研究,国外在30年代就已起步。由于离心模拟技术的独特优点,对模拟以自重为主要荷载的岩土结构物的性状特别有效。因此国内几家科研单位也于80年代初开始研制离心机,致力于发展我国自己的离心模拟试验技术。1991年6月在上海铁道学院举行的第二届全国离心模拟试验技术学术讨论会是近四年来我国在该项技术发展的一次检阅。

离心模拟超重力场下的雨滴运动轨迹分析

为了探究离心模拟超重力场下的雨滴运动轨迹及降雨模拟过程,分别以旋转中心和喷嘴端部为原点建立惯性系和随动坐标系,综合运动学和动力学方程求解雨滴运动轨迹,修正现有研究中雨滴下落轨迹分析的不合理之处.分析离心模拟超重力场下雨滴下落覆盖范围受超重力N值、下落高度、初始速度的影响程度以及不同方法计算结果相较于推荐方法的误差,以离心机内降雨冲击作用和降雨均匀性要求为判据提出试验建议.结果表明,已有方法存在较大的偏差,下落覆盖范围中心位置的偏移量最大相对误差达到28.22%.

土工离心模拟技术的发展

本文简要地介绍了近１０年来土工离心模拟技术在南京水利科学研究院的发展。扼要地介绍了离心模拟方法的原理与优点；ＮＳ－４００ｇｔ大型土工离心机的特点；以及离心模拟技术在工程和基础研究中的应用。

我国岩土离心模拟技术的应用与发展

离心模拟技术正式登上岩土工程舞台已有半个多世纪了。由于它具有真实地再现工程实际应力水平的独特优点,因此成为岩土工程性状模拟的重要手段,具有不可替代的地位。首先介绍了离心模拟技术的原理和优缺点、主要用途,以及发展简史。然后,较具体地叙述了我国近年在边坡和土石坝工程、基坑和地下工程、软基工程、加筋挡墙、抗震工程、海洋与港口工程等常见的土工工程中若干成功的应用实例,同时也介绍了利用离心机解决岩土工程研究中疑难课题的一些新鲜经验,如深水抛填料密度、冻土工程、爆炸与地震海啸模拟、污染物的迁移、岩石力学研究等。最后对离心模拟技术的进一步发展作了展望。