超重力试验大楼主机厅钢-混凝土组合网壳结构分析

超重力离心模拟与试验装置主机厅屋盖采用三向网格型单层网壳和钢筋桁架楼承板共同组成的钢-混凝土组合结构。本文利用不同有限元分析软件,重点分析了结构整体稳定性、节点承载力和刚度以及混凝土裂缝等问题,探讨组合网壳结构设计问题。使用MIDAS/Gen软件,分析了不同约束条件下的屋盖稳定性,发现下部结构转动约束对网壳稳定性有较大影响,而平动约束影响较小。利用ANSYS软件实体建模,进行了节点有限元分析,证明鼓形节点能够满足“强节点,弱构件”要求,同时刚度可以达到刚接节点要求。利用ANSYS软件SOLID65混凝土单元,分析了屋盖混凝土的内力分布,借助理论公式计算了裂缝宽度,结果显示无论降温或升温工况裂缝宽度均能满足规范要求。本文采用的分析方法和得到的结论,可供类似工程参考。

超重力试验孔压增量模型与适用性研究

超重力试验是目前岩土工程领域一种日趋成熟和广泛使用的物理试验手段,但在本构关系方面研究较少,而其在真实应力和边界条件上对本构关系研究更具明显优势。基于Ishibashi各因子乘积形式的基本思想,重点考虑有效应力、动剪应力比、循环振次和固结比等关键因子,提出了适于任意荷载和非均等固结的全因子孔压增量模型。通过自主研发的高性能孔压传感器DSP-II量测液化孔压动力时程,揭示了不同荷载、密实度、埋深条件下新孔压增量模型预测饱和砂土孔压发展过程和液化阈值的准确性与普适性。给出了不同密实度砂土的抗液化强度与计算参数,结果表明随循环动应力比的减小,初始液化触发循环振次N呈现增大规律;而随相对密度Dr的增加,抗液化强度则呈现逐渐增大规律;该模型计算的抗液化强度预测值与实测数据基本吻合,可较好地预测超重力液化试验饱和砂土的抗液化强度与变化趋势。

高密度聚乙烯(HDPE)纤维土工网加固高填方路基的超重力试验研究

以高密度聚乙烯(HDPE)纤维土工网加固的高填方路基为研究对象,基于土工离心机开展系列外部荷载作用下,HDPE纤维土工网加固高填方路基的超重力模型试验。试验结果表明:循环荷载相较于单调荷载更易引起路面较大变形。路基变形程度随振次的增加而增大,可分为前期快速增长和后期缓慢增长两个阶段。循环荷载对路基变形的影响区域是有限的,称为"变形区"。HDPE纤维土工网一方面有效限制了土体变形,减小路基竖向位移的发展;另一方面使得路基内部变形更加均匀化,有效限制了强烈的应变局部化,从而显著提高路基抵抗变形的能力。

超重力离心模型试验土体弹性波速监测与表征

压电陶瓷传感器在岩土体弹性波速测试方面具有独特的优势,已在常重力工况下得到了较多的应用。文章针对离心机模型试验的超重力环境对弹性波速测试所提出的严苛要求,研发压电弯曲元和压电压缩元传感器及相应的弹性波速测试技术,主要包括传感器微型化和高频响性能设计,电磁屏蔽和防水接地技术,接收信号的快速叠加和带通滤波处理方法,以及时域初达波法确定接收信号到达时间等。在60g离心加速度下开展一组水平黄土场地的超重力模型试验,重现降雨入渗过程中模型场地土体的软化过程,并利用所研发的弯曲元和压缩元实时监测土体的剪切波速和压缩波速。结合TDR技术监测到的土体密实度,获得土体剪切模量、杨氏模量和泊松比等弹性参数随着土体软化的变化过程,实现超重力环境下模型土体弹性参数的实时监测与表征。

非挤土桩对于砂土地层地震液化的影响机制研究

如何通过工程措施实现地基抗液化能力的有效提升,是岩土工程领域近年来研究的热点问题之一。非挤土桩作为地基处理的常用措施,其加固后地层的抗液化能力能否得到提升,在学术界还存在着一定争议,主要原因是其对于砂层地震液化的影响机制尚未明确。针对该问题,本文开展了干砂及饱和砂土原状场地与非挤土桩加固场地的超重力模型试验,通过对比不同试验中地层的动力响应与超静孔隙水压力的发生发展规律,首次发现非挤土桩对于地层的作用机制并非仅有“刚度效应”,还有因振动过程中桩-土变形不协调而产生的附加作用力,该作用力将显著提升浅层土体的应力及应变水平,加大其液化的可能性,且随着埋深增加,该附加作用力逐渐变小,“刚度效应”将逐渐占据主导地位,相关研究成果可为进一步揭示非挤土桩抗震加固机理、评估其加固效果提供一定的基础和支撑。

超重力离心模型试验中孔隙水压测试影响因素与标定方法

孔隙水压力测试是岩土工程监测和物理试验的关键技术之一,但超重力离心模型试验中离心加速度、黏滞液体、高频振动等特殊条件,对其测试可靠性的影响尚缺乏深入研究与认识。设计开展一组干砂、饱和砂、纯液体离心模型平行标定试验,探讨单一状态参数作用下3种典型孔压传感器响应的变化特征和误差成因。结果表明:(1)随离心加速度增加,干砂埋设孔压计幅值呈上升或下降趋势,与上覆压力基本无关,但离心加速度50 g下变化值均小于1.0 kPa,可忽略。(2)随黏滞系数增加,孔压计响应速率和分辨力均发生下降,1~100 cst条件下2Mie,DSP-II和HC-25响应速率分别由4.92,4.98,10.75 ms降至13.42,13.15,20.01 ms,分辨力由54,59,121 Pa分别降至109,113,213Pa,在液化阈值和孔压增量模型研究中应给予适当考虑。(3)布设方向对饱和模型孔压测试具有显著影响,顺向孔压振荡严重,孔压比振幅达0.78~1.02;竖向超静孔压比明显偏高,处于1.04~1.20,原因分别为地震剪应力和超静孔压渗流的干扰作用。(4)强电磁环境影响可忽略。提出的标定方法与研究结论,为提高超重力离心试验孔压量测技术和修订规范建立了重要指导依据与数据支撑。

振动作用下碎石桩复合地基渗流理论分析与物理模拟

碎石桩技术是常用的抗液化处理措施之一。在地震荷载作用时,由于桩体材料比桩间土渗透性更高,能够加快地基土体超静孔压的消散从而部分或完全消除地基的液化可能性。首先将单根碎石桩及其影响范围的地基土当做一个表征体元,将碎石桩影响边界处的孔压作为已知条件,基于已有解析解推导了碎石桩复合地基竖向和水平向渗流的计算表达式。并开展了一组碎石桩处理地基超重力振动台模型试验,用提出的碎石桩复合地基径竖向渗流解得到总渗流量,并基于地基土体的体积守恒关系得到计算沉降值,与试验结果吻合,从而验证了提出的碎石桩复合地基渗流计算公式的正确性。进一步基于所推导的渗流计算表达式,分析了本次超重力振动台模型试验碎石桩复合地基水平向和竖向渗流演化规律。

离心机非连续转机对阻隔墙内污染物运移影响的数值模拟研究

土-膨润土竖向阻隔墙广泛应用于场地管控和修复工程。正确评估阻隔墙的服役寿命,成为阻隔墙设计的关键。使用现场试验评估阻隔墙的长期服役性能往往需要数十年,而使用超重力模型试验能够将试验周期大大缩短。在高离心加速度下,土工离心机无法长时间工作,为解决该问题本文提出采用非连续转机的方法来模拟污染物长时间的运移。在非连续转机情况下,污染物的运移发生了变化,为正确评估阻隔墙的服役寿命,建立了一个数值模型来模拟污染物在离心加速度周期性变化下的运移行为。研究结果表明:①采用有效转机时长作为非连续转机情况下污染物运移的时间,则阻隔墙的服役寿命将低于连续转机。②离心机停机时,阻隔墙内污染物运移速度降低有限,污染物运移以扩散为主。③阻隔墙的服役寿命随离心机转机间隔的增大而减少。