水合物分解中深水基础抗拔性能模型试验研究∗

我国正在推进天然气水合物开发的产业化进程,海域水合物大规模开采可能影响临近深水设施的基础承载性能,进而诱发工程事故和环境风险。采用室内缩尺物理模型试验,模拟海域水合物的开采分解以及临近锚板基础的承载性能变化过程,测试了基础在不同水合物分解程度下的抗拔性能。试验结果表明,邻近锚板基础的抗拔性能在水合物分解过程中变化显著,随着分解阵面的扩展,分解程度提高,基础的抗拔承载力急剧降低;水合物完全分解后抗拔力下降为未分解时的 2.89‰,水合物分解中抗拔力折减程度与分解锋面相对距离之间拟合呈现正相关函数关系,拉拔破坏由脆性转为塑性破坏。     

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。     

上拔水平力组合荷载作用下混凝土扩展基础承载性能试验

介绍了2个相同尺寸混凝土扩展基础分别在上拔、上拔与水平力组合荷载作用下的室内足尺试验概况,并根据加载过程中的基顶荷载位移、基础主柱纵筋应变、扩大端钢筋和混凝土应变等试验数据,分析了2种荷载工况下混凝土扩展基础的承载变形特性及混凝土裂缝发展规律。结果表明:①上拔和水平力组合荷载作用下,基础上拔荷载位移曲线呈现出两阶段特性,而水平位移曲线随水平力增加近似呈线性增加,水平荷载降低了扩展基础的抗拔承载性能;②上拔和水平力组合荷载作用下,基础主柱横截面部分受拉、部分承压,在基础立柱与底板连接处的拉应力最大,混凝土裂缝未贯穿全截面,而在上拔荷载作用下,混凝土扩展基础主柱全断面受拉,裂缝贯穿全断面。     

倾斜荷载下裙式吸力基础抗拔承载力模型试验研究∗

开展室内模型试验,研究倾斜荷载作用下裙式吸力基础的承载特性。探讨基础裙结构尺寸、加载角度、加载速度等因素对倾斜荷载作用下裙式吸力基础荷载?位移关系曲线以及抗拔承载力的影响,研究加载过程中主桶和裙结构内吸力变化规律。试验结果表明：倾斜荷载作用下,裙式吸力基础抗拔承载力随着裙宽和裙高的增大逐渐增大,随着加载速度的增大逐渐增大。另外,随着荷载作用方向与水平方向角度的不断增大,裙式吸力基础抗拔承载力有所降低,主桶和裙内吸力均增大。     

高寒地区输电线路锥管板条装配式基础抗冻拔性能试验研究∗

高寒地区分布大量多年冻土,传统的现浇基础由于其抗冻拔性能差、施工周期长,不易采用,考虑受力合理, 施工快速便捷,提出一种可灵活拼装的锥管板条装配式基础。为了分析该种形式基础的抗冻拔特性,开展了5、-10、-15 ℃三种温度梯度条件下的冻结试验,分析了温度场、地基冻胀力、冻胀位移、基础本体应变的变化规律。研究结果表明：① 基础顶部冻拔位移小于地基冻胀位移,由于基础的“约束冻胀”作用,距基础边缘最远处冻胀位移最大;② 地基冻胀力与相应处冻胀位移之间呈正相关,冻胀力随温度降低而增大,且增加幅度随着温度的降低而加大;③ 基础本体所受拉应力远小于材料屈服强度,地基表面首先出现发状细微裂纹,随着后期冻胀力的释放, 裂缝逐渐扩张、延伸;④ 对于以承受上拔荷载为主的输电线路基础可采用回填非冻胀材料、基础表面光滑处理、优化结构形式等工程措施提高其抗拔性能。     

设置抗拔型三重摩擦摆隔震支座框架结构地震响应分析

抗拔型三重摩擦摆隔震支座是一种新型隔震支座。以框架结构为例,利用ANSYS软件建立了6层和10层普通抗震结构和带该支座的基础隔震结构模型;通过模态分析,得到了结构的自振周期;通过地震响应分析,提取了6层框架隔震层和顶层的位移、加速度和剪力时程曲线,并提取了不同层数不同结构类型的各层间位移、加速度幅值。结果表明:与抗震结构相比,基础隔震结构周期显著增大;隔震结构的变形主要集中在隔震层,隔震层以上的结构基本为整体平动,结构的地震位移反应得到了有效的减小;采用抗拔型三重摩擦摆隔震支座能降低结构地震加速度反应;设置抗拔型三重摩擦摆隔震支座的多层数隔震结构的能量衰减不如低层数的隔震结构迅速。     

空斗墙片墙抗侧力性能试验研究

为了了解空斗墙建筑在地震作用下的抗震性能,通过MTS加载系统对空斗墙片墙的抗侧力性能进行了伪静力试验,研究了不同砌筑方法和不同构造措施下空斗墙片墙在水平和垂直作用下初始裂缝的开展部位、裂缝形态、发展规律和墙体破坏机制,得到了不同空斗墙片墙的开裂荷载和极限荷载,为确定经济有效的空斗墙片墙构造措施提供试验依据.试验结果表明,采用构造柱加拉结筋或采用构造柱加水平钢筋混凝土带的空斗片墙,无论开裂荷载还是极限荷载都较无构造措施的空斗片墙有较大提高,可使空斗墙表现出良好的延性,而无加固措施的空斗墙,其脆性十分明显.     

约束组合梁抗火性能试验研究

通过利用约束框架对组合梁施加约束，研究了处于结构整体中的组合梁的抗火性能及其在火灾中破坏的过程和特点。试验用了两个足尺试件，分别为简支梁和连续梁。采用一种间接的方法得到了抗火试验中难以测得的组合梁的轴力及弯矩等参数。试验表明：（1）悬链线效应有助于提高组合梁的抗火性能；（2）常温下满足宽厚比要求的钢梁的下翼缘，在火灾下仍会发生屈曲；（3）组合梁的节点设计中应进行轴向承载能力验算；（4）组合梁在火灾中的破坏过程可划分为升温膨胀阶段、跳跃阶段和悬链线阶段。     

预应力CFRP筋混凝土梁的抗火试验研究

进行了3根预应力CFRP筋混凝土梁的抗火性能试验,考虑了荷载比对试验梁抗火性能的影响,分析了梁截面温度场、跨中挠度变形和CFRP应力随时间的变化规律。试验结果表明:(1)当保护层厚度为90 mm时,CFRP筋的温度不超过200 ℃,可有效降低CFRP筋的受火温度;(2)受火初期试验梁的挠度变形增长较快,随后增长速度趋于平缓;(3)随着荷载比的增加,试验梁的抗火性能不断降低;(4)与传统预应力钢筋相比,预应力 CFRP筋更易受到温度的影响,最终试验梁由于CFRP筋的断裂而破坏。因此,对于预应力CFRP筋混凝土构件,应采取有效的防火措施。     

高强度螺栓摩擦型连接火灾后抗剪试验研究

建筑火灾发生频繁且对钢结构危害严重,但总体而言绝大多数火灾并未造成钢结构的根本性破坏,尽快鉴定其火灾后安全性并进行加固修复,对于减小灾后间接经济损失意义重大。高强度螺栓摩擦型连接是钢结构最常用的连接方式之一,其火灾后受力性能对整个结构灾后承载的安全至关重要。但目前国内外对高强度螺栓连接高温过火冷却后的受力性能研究极少。本文对高强度螺栓摩擦型连接进行了火灾后抗剪试验研究,得到了连接的抗滑移承载力、极限承载力以及荷载—变形曲线,研究了过火温度、冷却方式对连接受力性能的影响。为模拟火灾中的可能情况,试验考虑了自然冷却、泼水冷却两种冷却方式。试验表明,当高强度螺栓连接的过火温度不超过400°C时,连接的抗滑移承载力、极限承载力下降小,可判定连接仍能承受外部设计荷载,不需要对连接进行加固或替换螺栓;当过火温度超过400°C时,连接的抗滑移承载力、极限承载力开始显著下降,需连接更进一步的检测并进行仔细的结构分析,以确定连接能否继续承受外部设计荷载,以及是否需要采取必要的加固与修复措施。     

粉质混合碎石土中土工格栅拉拔阻力特性试验研究

土工格栅凭借其良好的加筋特性,在大型土工结构中得到了广泛的应用。然而土工格栅在粉土中的加筋效果并不理想。通过室内大尺寸土工格栅拉拔试验,针对不同的法向荷载和粉土中不同的碎石含量,对土工格栅受拉时的拉拔阻力特性进行了对比试验。结果发现:单纯提高法向荷载来增加格栅表面的摩擦剪切阻力的方法并不适用。在粉土中加入大粒径碎石,可以提高格栅横肋的被动阻力,但在竖向荷载较小的情况下,反而降低了格栅的整体拉拔阻力;而施加适当的法向荷载,抑制土体的剪胀效应,格栅整体拉拔力则得到了显著增强。该试验结果对土工加筋结构的设计具有一定的参考价值。     

条形基础砂土地基的破坏模型试验

为了研究条形基础砂土地基的剪切破坏形式和承载机理,在相似理论的指导下,进行了一组条形基础砂土地基的模型试验,模拟了砂土地基受荷后产生变形、扩展直到破坏的全过程;测量并分析了地基中不同点处的土压力大小及其分布规律,观测了剪切带的形成和发展过程。结果表明,模型试验能够很好地体现砂土地基变形、破坏的整个过程及其沉降变形特性、地基中各点的真实应力状态及其变化规律,对于研究深基坑变形过程和破坏形态具有应用价值。     

古建筑木构架抗震性能试验

为保护古建筑,采用低周反复加载试验方法,以故宫太和殿某开间梁柱尺寸为原型,制作了3组1:8的缩尺比例的4梁4柱模型,考虑榫卯节点形式为燕尾榫,进行了低周反复加载试验,研究了古建筑木构架的抗震性能,获得了构架的P-Δ曲线,分析了构架的骨架曲线、耗能能力、刚度退化及变形能力,归纳了构架恢复力拟合曲线计算公式。结果表明:古建筑木构架的P-Δ滞回曲线为Z形,具有明显的捏拢特性;随着构架侧移增大,其侧移刚度降低,耗能能力趋于稳定;另一方面,构架具有良好的变形能力。     

地基基础与建筑场地类别划分

基于与建筑地基震害密切相关的地基土性状及基础条件,讨论了岩土工程勘察设计工作中关于场地土和建筑场地类别划分的主要依据,提出了对我国现行《建筑抗震设计规范(GB50011 2001)》进行基础埋深、覆盖层厚度和复合地基的地基土性状的修正, 并经场地土层地震反应分析论述了进一步划分建筑场地类别的必要性和可能性。以北京的2个典型工程场地为代表,分别讨论了基础埋深和覆盖层厚度对建筑场地类别划分的影响,并通过场地土层地震反应分析,得到自然地面上、基础埋深处土层的反应谱,同时也计算了在考虑或不考虑低速粘性土夹层情况下对土层地震反应结果的影响程度。最后,根据综合峰值加速度、加速度反应谱最大值的对比结果认为对原有的建筑场地类别划分方法有必要进行修正。     

深部岩体分区破裂化模拟试验模型几何尺寸的确定

为了揭示深部岩体在开挖时所发生的一系列变化情况,需要进行模拟试验研究。简要介绍了深部岩体在开挖洞室或巷道时发生的分区破裂化现象及其发展规律。根据分区破裂化力学现象、模拟试验背景和试验加载条件,运用弹性力学的基本理论,通过分析与计算,确定了采用b/a≥10作为模型几何参数的选取原则。在实验室条件下,可以采用石膏半径b=1 000 mm,钻孔半径a=100 mm的圆柱体模型来模拟深部岩体的分区破裂化现象及其规律。     

采用接触面单元分析砼-岩系统的力学行为

考虑实际修建过程中塔基岩石开挖的施工特点和砼分期浇筑特点,通过建立三维实体模型,根据基于大变形理论的快速拉格朗日方法,运用考虑库仑屈服准则的塑性接触面单元计算了锦屏一级水电站泄洪洞进口塔基砼-岩接触系统的应力和变形,评价了塔基的稳定性,并与直接考虑材料为实体单元的计算结果进行了比较。工程算例数值计算结果表明,采用接触面单元来分析砼-岩系统的力学行为更合理、更实用。     

PCC桩水平承载特性足尺模型试验与数值模拟

通过进行大型模型槽足尺模型试验,根据桩身变形和桩身弯矩的试验结果,分析了水平荷载作用下现浇混凝土大直径管桩(以下简称PCC桩)的水平承载特性和桩-土共同作用性状。采用大型通用有限元软件ABAQUS对PCC桩的水平承载特性进行了数值模拟,计算结果与试验结果符合得较好,并进一步探讨了PCC桩水平承载特性的主要影响因素。结果表明:表层土体的弹性模量对水平受力性状影响较大,表层土体的厚度对桩身水平位移也有较大影响,因此可以通过改良表层土体来控制桩身水平位移,以达到工程设计要求;土体强度参数对水平承载特性也有影响,尤其是内摩擦角和粘聚力较小时更为明显。     

水泥土桩复合地基场地地震效应分析

将复合地基加固区视为均质体,采用课题组提出的基于Davidenkov骨架曲线的土体动弹塑性模型描述复合地基加固区和非加固区土体的动应力-应变关系,基于大型有限元软件ABAQUS的操作平台,开发了土体动粘弹塑性模型的子程序。选择南京某典型软弱场地为研究对象,采用ABAQUS软件进行了复合地基二维弹塑性地震反应分析,研究了输入地震动强度和频谱特性、水泥土桩加固宽度和深度、复合地基模量对复合地基场地地震效应的影响。结果表明:输入地震动强度和频谱特性对复合地基地震效应影响较大;复合地基加固区地表的峰值加速度反应较自由场的反应明显减小,而加固体区外侧地表的峰值加速度反应较之自由场的反应可能增大;复合地基地表的峰值加速度反应随着水泥土桩加固深度和复合模量的增加而减小,而与加固宽度无关。     

土钉支护抗震性能的振动台试验研究

为研究土钉支护结构体系的抗震性能,设计并完成了土钉支护边坡1:12比尺的振动台试验,研究了土钉支护边坡的动力反应特征和规律。结果表明:土钉支护边坡坡面的最大变形主要发生在边坡坡腹处,坡顶与坡趾的变形相对较小;增大土钉倾角会增大边坡的侧向位移,增加土钉长度以及减小土钉间距则会减小边坡侧向位移;土钉支护最大作用带基本位于土钉支护区的中前部,呈折线形,与计算假设的圆弧形不同,而且该作用带与滑裂面的位置并不相同;边坡土体中部和下部的加速度放大系数较小而且比较接近,边坡上部土体的加速度放大系数则较大。