基于相似理论的岩石地基材料制作及模型基础抗拔试验∗

为探究岩石地基中挖孔基础的承载力特征和地基破坏模式,以重晶石粉、铁粉和石英砂为骨料,水和石膏为胶结剂,黏土为增塑剂配置岩石相似材料,应用正交设计方法,以胶结物/骨料质量比（因素 A）、胶结物含水率（因素 B）、骨料细颗粒（铁粉+重晶石粉）占比（因素 C）、细颗粒骨料铁粉占比（因素 D）为 4 个因素,共 16 组材料配比方案,开展相关试验测定了各组材料的密度、黏聚力、内摩擦角、抗压强度、弹性模量等参数指标,并研究了相似材料物理力学参数与影响因素之间的变化规律;而后选取 3 种代表性相似材料开展了岩石挖孔基础抗拔承载特性的室内模型试验。结果表明：（1）对于相似材料密度,因素 C 影响最大;对于试样黏聚力和抗压强度,因素 B 影响最大;对于内摩擦角,因素 C 影响最大;对于弹性模量,因素 A 和因素 B 影响最大;（2）地基岩体破坏面呈现为沿着一定角度的开口向地面延伸的线性破坏面,且该破坏角随材料内摩擦角增大而减小,在规范中假定的 45°附近变化;（3）依据抗拔承载力计算得到的相似材料等代极限剪切强度随单轴抗压强度增大而增大,约为单轴抗压强的 0.027。     

水下抗分散水泥土正交试验及配比优化方法研究∗

水流经过桩基时会形成漩涡侵蚀床面,影响桩基及上部结构的稳定性,冲刷治理是工程界关注的热点问题。 为促进固化土技术在桩基冲刷修复中的应用,设计开展了抗分散水泥固化土系列正交试验。针对高岭土和淤泥土,选用 PAM、EVA、黄原胶、HPMC 四种抗分散剂,采用平均效果分析和极差分析,研究了抗分散剂种类、抗分散剂掺量、含水量和水泥掺量对流动度、浊度、7 d 和 28 d 无侧限抗压强度的影响。结果表明：对于高岭土,抗分散剂掺量从 0.25‰ 增大到 1‰,水泥土流动度减小 20%,浊度减小 25%,抗分散剂掺量对流动性和抗分散性的影响显著。对于淤泥土,对抗分散性影响显著的仍是抗分散剂掺量,而对流动性的影响显著的则是含水量,含水量从 1.4 倍液限增大到 2.0 倍液限,水泥土流动度增大 45%。基于综合平衡法、矩阵分析法和多元线性回归模型,提出了一种抗分散水泥土配比设计方法,研究得到了高岭土和淤泥土抗分散水泥固化土的推荐配比,其在泥沙起动实验中的抗冲刷特性明显优于原始土样。     

采用不同滑面材料的滑坡模型试验研究

为研究滑坡模型试验中不同材料模拟滑带土对模型稳定性的影响,以堆载为试验方法,以位移计为主要的测试手段,进行了采用草木灰、单层塑料薄膜、双层塑料薄膜作为滑面材料的两种工况5组模型试验。通过增加模型上的堆载,增大滑体的下滑力,使滑体最终发生滑动。根据试验的初始稳定状态、最终稳定状态及监测到的模型位移曲线,确定滑坡的极限平衡状态;同时根据最终加载量,反算出滑带土模拟材料的相似抗剪强度;得出不同滑面材料的稳定性及相似抗剪强度,为滑坡支挡模型试验提供试验基础。     

水石流概化水槽试验相似律的探讨

针对水石流粒粗,粘性小的特点,提出了利用水槽进行分段模拟水石流的设想,首次通过几何率解决难度较大的阻力相似问题,改变以往过度加糙的方式,通过变粒径尺度的方法消除了相模型沙级配不连续相似的问题,较好地实现了固体物质级配相停,达到了泥石流的密度相似和输沙相似,通过水槽概化模型实验实例,对本方法进行了验证。     

斜坡振动台试验模型相似材料的动力特性研究

利用动三轴试验仪器,研究了斜坡振动台试验中的模型相似材料(模拟软岩和软弱夹层)的动力特性。试验结果表明,循环荷载作用下,软岩弹性变形迅速,荷载翻转处滞回环呈"尖叶状",而软弱夹层则相反,为"椭圆状";不同围压下,2种材料的动弹模均大于静弹模,骨架曲线近似双曲线,1/Ed—εd呈近似线性关系;随着围压的增大,软岩相似材料呈应变硬化的趋势,而软弱夹层则相反;软岩和软弱夹层相似材料阻尼比随动应力增加而增大,但相同应力状态下,软弱夹层阻尼比是软岩的1.5~5倍,与此对应,薄夹层斜坡较厚夹层斜坡动力响应更强,破坏规模和范围更大。该研究结果可供强震下斜坡的非线性动力响应分析借鉴。     

山区乡村房屋模型洪水冲击试验研究

洪水对山区乡村房屋冲击作用的试验研究成果,可为山区乡村房屋的抗洪设计和抗洪能力评价提供依据。试验主要研究到溃口不同距离处的乡村房屋所受的洪水冲击作用。采用3种开洞率模型进行试验,研究洪水在不同距离、不同开洞率的情况下对房屋结构的冲击荷载分布、冲击力大小以及冲击弯矩的影响,得出了荷载分布规律和冲击力、冲击弯矩的变化规律。研究结果表明,迎水面冲击荷载沿水平方向的变化无明显规律,沿竖直方向随着高度的增大而逐渐减小;冲击力随着房屋到溃口距离的增大而增大,而开洞率对其影响不明显;冲击弯矩、冲击作用力随着距离的增大而增大,随着开洞率的增大而减小。     

下蜀土边坡地震稳定性的大型振动台试验研究(Ⅰ)——模型试验设计

为研究下蜀土边坡的地震稳定性,选用天然下蜀土,按照Meymand的相似法则,对一坡高为0.5m、宽度为1.05m、坡角为45°的模型边坡进行了几何相似常数为20的1g大型振动台模型试验详细设计。首先,运用数值模拟的方法确定了模型边坡尺寸适当的边界范围,模型边坡地基厚度、坡脚前缘和坡肩后缘长度均取为0.5m;其次,按照确定的模型几何尺寸设计了符合试验要求的模型箱,其内壁净尺寸(长×宽×高)为1500mm×1050mm×1100mm,属刚性模型箱,且不会与模型边坡发生共振;最后,制定了包括加速度和位移在内的数据量测策略,运用拟静力法求得下蜀土边坡平均屈服加速度为0.561g,综合确定了地震动峰值(PGA)按0.1g、0.3g、0.6g和0.9g的顺序逐级加载的原则,并制定了详细的试验步骤,从而可保障试验得到可靠的结果。     

大型钢筋混凝土结构相似性准则及试验方案研究

目前对于大型钢筋混凝土结构的动力分析研究中,结构动力模型试验与破坏试验仍然是了解结构非线形动力响应与地震破坏形态的一种重要手段。原型结构与模型结构之间各种力学和物理量的相似关系至关重要。本文结合三峡升船机抗震试验,首先介绍了原型基本概况,基于原型对模型进行了设计,给出相似性关系。根据需要研究的内容,给出了可实施的具体方案,包括准备阶段、弹性小震阶段、设计地震阶段和超设计地震阶段,并对加载的地震时程进行了设计。期望研究成果对今后开展大型钢筋混凝土结构的破坏试验工作有一定的指导和借鉴作用。     

基于落石棚洞冲击试验的落石冲击力研究

基于落石棚洞冲击试验,考虑不同落石重量、高度和冲击角度对落石冲击力的影响,分析了落石冲击力在这三个因素影响下的变化规律,发现落石高度与棚洞顶板倾角共同变化时,随着落石高度的增加和棚洞顶板倾角的减小落石冲击力增大,增大幅度达80.02%;落石高度与重量共同变化时,当落石重量较小,落石冲击力随着落石高度增加后的变化幅度较小,反之较大,最大值较最小值的增大幅度达182.10%;棚洞顶板倾角和落石重量共同变化时,落石重量比棚洞顶板倾角对落石冲击力的影响大,增大幅度达48.99%。然后基于正交试验分析发现落石重量是影响落石冲击力最重要的因素,其次为落石高度,最后为棚洞顶板倾角。最后通过回归分析获得了棚洞落石冲击力计算公式,并通过方差分析证明了棚洞落石冲击力计算公式与各因素间的回归关系高度显著,因此该公式可用于落石棚洞设计时冲击力的计算。     

基于时空相似与熵权修订相结合的雷电定量预警模型研究

为提高雷电预警的指示性,利用时空相似和熵权修订相结合的方法,采用天气系统分型选择历史相似个例,进行雷电的定点定量(级)预警研究。利用相似个例的雷电分布建立时、空预警模型;选取地面气温和热岛强度为因子对东台风雷电预警模型进行强度和落点的熵权修订。以东台风为例进行验证,结果表明：该方法有明确的预警等级边界,原预警常为一个等级,无等级差异;现预警等级与雷电风险等级成正比,提高了雷电等级预警的指示意义;过滤了零星雷电和弱雷电,避免了弱风险下的雷电预警,指导性强。采用时空相似和熵权修订相结合的方法可以实现雷电的定量(级)预警,且有明显效果。     

地铁振动作用下上部正交综合管廊动力响应试验研究∗

为揭示地铁振动荷载作用下上部正交管廊的动力响应规律,采用缩尺物理模型试验的方法,利用激振电机模拟地铁列车运行时产生的振动荷载,研究地铁隧道?黄土地基?综合管廊传播路径下地铁运行振动的传播规律及管廊结构的动态响应特征。试验结果表明：地铁运行产生的振动由隧道顶部向上部土体传播的过程中表现出先骤减后缓慢减小的规律,加速度响应主要集中于隧道上部 40 cm（原型 4 m）区间,动态土压力则在隧道顶与其上部管廊垂直间距 80 cm（原型 8 m）全段均有较明显的响应。上部正交综合管廊顶、侧、底板与周围土体的动态接触压力响应明显,并且在相同振动荷载作用下表现出相对稳定的比例关系。随着地铁振动荷载的增强,上部正交管廊的结构加速度响应逐步增强,而管廊结构与周围土体的动态接触土压力增长幅度更为显著。     

超高层筒体结构模型振动台地震破坏试验研究

就超高层筒体结构在地震作用下的动力特性与破坏反应,对一个1∶50比例的超高层建筑模型进行了微震、强震直至破坏的振动台试验研究。试验通过满足弹性—重力相似条件得到原型结构在地震作用下的动力特性与破坏现象。结果表明,结构的横向二阶以上及竖向一阶振动对结构的抗震安全性起控制作用,结构中上部是抗震薄弱部位,试验破坏现象与实际震害吻合。     

填充粘弹性材料的开缝钢筋混凝土剪力墙性能试验研究

建立了填充粘弹性材料的开缝钢筋混凝土剪力墙的力学模型,基于通用有限元软件ABAQUS,对具有不同形式的钢筋混凝土剪力墙进行了数值模拟,通过对其在相同加载速率下的弹塑性分析,探讨了开缝填充粘弹性材料的剪力墙和整体墙、开缝墙的性能,以及粘弹性材料缝的尺寸等因素对剪力墙性能的影响.试验结果表明,开缝后填充粘弹性材料,在剪力墙...     

膨胀土地基中大比例模型桩浸水试验研究

通过对埋设在膨胀土地基中的一试桩的长时间浸水试验观测，模拟了自然降雨气候条件下单桩位移、沿桩身轴力、侧摩阻力分布、地基胀缩及其时间变化等基桩一系列工作性状和桩-土共同作用规律。试验结果显示：桩顶位移呈现出先下沉后回升并最后趋于稳定的3阶段特征；桩身全长受拉，轴力沿桩身分布呈“波峰”形态。基桩的最大轴力位于桩的中下部，轴力峰值历经由小到大的过程；中性点在浸水过程中，其位置有从桩下部上移的现象；桩侧摩阻力与桩端阻力荷载分担比随时间呈现出先减小后增大并渐趋稳定的3阶段特征。研究结果对膨胀土地基中的桩基设计和施工提供了理论依据。     

颗粒材料在三轴试验中滞滑现象的研究∗

球形玻璃砂和不锈钢珠是两种典型的颗粒材料,采用这两种材料进行不同围压下的常规三轴排水和不排水试验,研究颗粒材料在三轴试验中的滞滑现象。研究工作表明,两种材料在三轴排水试验中都存在明显的滞滑现象,围压大小会直接影响滞滑时应力值跌落的幅度,但两种材料在滞滑中的表现却有明显不同,并且玻璃砂样中的滞滑现象随着玻璃砂样的重复使用而减弱至基本消失,表明玻璃砂试样的制备历史对其滞滑现象的发展具有重要影响。玻璃砂和钢珠不同的表面特征是影响两种材料滞滑现象差异性的一个重要因素。重复使用的玻璃砂颗粒表面特征会发生明显改变,这是其滞滑现象逐渐减弱的重要原因。试验结果对玻璃砂和钢珠等颗粒材料滞滑现象发生机制的深入研究提供一定参考,为滞滑演变规律的微观机制探究提供思考方向。     

圆柱体相似试件的拉裂破坏模型研究

首先简单介绍了单轴压缩试验的具体情况。对于拉裂破坏模式,提出了相应的力学计算模型,并建立了抗压强度和抗拉强度的关系式。对于由拉裂面的存在而导致试件最终破坏的计算模型,提出了4种相应的假设。其中,对4种特征的拉裂面建立了抗压强度和抗拉强度的关系式。     

碳纤维加固钢筋混凝土斜腿刚架桥节点的试验研究

碳纤维是1种轻质、高强的加固补强材料,广泛应用于钢筋混凝土结构的加固中,而在钢筋混凝土斜腿刚架桥中,斜交的梁柱节点作为结构内力传递的枢纽,是保证结构整体工作的重要构件,有必要对斜交节点的碳纤维加固进行研究。本文对5个碳纤维加固钢筋混凝土斜腿刚架桥节点试件和1个对比试件进行了试验研究。试验分析表明,在加固以后,节点的强度和变形能力有了明显的提高,同时也提高了节点的承载能力。通过试验发现,与裂缝斜交的碳纤维起着与箍筋类似的抗剪作用,同时在节点受弯部位粘贴的碳纤维与其相对应处的受弯钢筋相比,承受了较大的应力和应变,承受了较大的弯矩。     

尾砂压缩固结特性试验及e-P曲线模型分析研究

为探索压实度K和含水率ω对铅锌尾砂压缩固结特性的影响,采用WG三联高压固结仪对铅锌尾砂开展了标准固结试验,基于修正后的e—P曲线分析模型来分析铅锌尾砂的压缩固结特性。结果表明:(1)压缩系数av1-2随K增大而减小。当ωωopt时,av1-2在0.034~0.092 MPa-1间波动;当ω≥ωopt时,av1-2随ω增大而增大。ω≥15%时,尾砂属中压缩性土;ω15%时,尾砂属低压缩性土。(2)固结系数Cv随K增大而降低,随ω增大而先增大后减小,ω=9%时Cv最大。(3)修正了e—P模型并优化模型参数,验证了模型的正确性与合理性。该研究结果为尾矿库(坝)的稳定性分析提供了试验和理论基础,为尾矿库的安全运行与回采利用提供科学依据。     

洪水作用下汽车的起动流速研究

针对洪水作用下汽车的起动条件开展了一系列的研究:首先分析部分淹没状态下汽车的受力情况,结合滑动平衡的临界起动条件建立相关方程,导出了洪水中汽车起动流速公式;然后在室内水槽中对三款模型车进行了一系列的起动试验。试验结果表明:对于同一款模型车,平行于水流方向放置时,起动流速与水深的相关性较好;并且水深越大,起动流速越小。接着运用试验资料率定了起动流速公式中的相关参数。最后采用模型相似率及率定后的计算公式估算了原型车辆在不同水深下的起动流速,两种方法所得的结果较为接近,故预测结果较为可靠。     

下蜀土边坡地震稳定性的大型振动台试验研究(Ⅱ)——试验结果及分析

选用天然下蜀土,设计并完成了一几何相似常数为20、坡高为0.5 m、坡角为45°的模型边坡1 g大型振动台试验,通过对模型边坡动力特性、动力反应及宏观变形等三方面的研究,揭示了下蜀土边坡的地震反应机理。试验结果表明,下蜀土边坡有着稳定的一、二阶自振频率和阻尼比,随着地震动加载幅值(PGA)逐渐增大,其一阶自振频率逐渐减小,一阶阻尼比逐渐增大;坡高范围内,PGA放大系数均大于1,且自下而上逐渐增大,并在坡肩处达到最大,其在坡脚处的值小于水平方向其他位置处的值,输入El Centro波(经时间相似常数4.47压缩)时的值分别大于输入El Centro原波和Kobe波(经时间相似常数4.47压缩)时的值;随着输入PGA的增大,土体非线性特征逐渐增强,边坡也逐渐趋于失稳破坏状态;震后模型边坡坡脚、坡顶等部位出现了不同程度的裂缝,说明边坡中出现了通过坡脚的(潜在)滑动面。