悬吊环式土-结构动态接触试验装置系统的研制及验证

为了更进一步研究土与结构相互作用中界面的动态接触特性,在DYS-200-1-05电动振动系统基础上研制了一种悬吊环式试验装置系统.该装置系统具有如下功能特点:(1)可以分析加载频率、加载速率对土与结构接触特性的影响界面;(2)法向为常应力控制,切向可实现不同频率加载;(3)考虑了剪切外力作用过程中土体的剪切变形特性,故可以研究试验过程中土-结构系统破坏与土体自身变形破坏的关系.试验结果表明,本试验装置系统的性能可靠,为后面系统研究土-结构界面动态接触性能奠定了基础.     

粒子测速技术和透明土在土与结构动力相互作用研究中的应用

为了观测和研究土体内部的变形,人工合成透明土和图像光学技术作为新兴的试验技术成为岩土力学研究的有力手段。根据一系列共振柱/扭剪仪试验测得的人工合成透明土的基本动力特性在某种程度上表现出了与天然土类似的变化规律,可以在动力试验中用来作为天然土的代替品。并介绍了用于土体变形测量的粒子图像测速技术的工作原理和基于神经元网络的像机校正方法。利用两个小型振动台试验,采用透明土和粒子测速技术研究了刚性块体和透明土的动力相互作用。试验表明粒子测速技术和透明土在土与结构动力相互作用中是一个有力的研究工具。     

基于细观结构的原状黄土动弹性模量和阻尼比试验研究

黄土的细观结构对其非线性动力参数具有重要影响。选取不同地区的典型原状黄土进行室内动三轴试验和扫描电镜(SEM)试验,利用PCAS孔隙图像识别与分析系统统计分析SEM图像,获取了黄土的孔隙细观结构参数,分析了孔隙细观结构参数与初始动弹性模量和阻尼比的关系。结果表明:初始动弹性模量随着土体平均孔隙直径、表观孔隙率、分形维数和概率熵的增大而减小,其中平均孔隙直径和分形维数对初始动弹性模量的影响较为显著,表明土体内孔隙的大小及其排列对土体的动弹性模量具有明显的影响;而阻尼比均随着土体平均孔隙直径、表观孔隙率、分形维数和概率熵的增大呈非线性增大,其与表观孔隙率和分形维数具有明显的相关性,表明孔隙数量及其排列形态对土的阻尼比影响较为明显。     

大型工业CT产品的成功开发

成功开发制造了检测大型工件的工业CT系统(BJCT450W-Ⅱ)。采用高稳定450kV X射线源,高效线阵列固体光电辐射探测器。数控精密机电扫描工作台,进行平移、旋转扫描运动及切片位置的改变。前端计算机和主计算机组成网络系统,负责系统扫描运行、数据采集和重建断面图像。在图像重建算法和图像处理数学的研究基础上,开发了自己的软件系统。     

软土单轴固结CT实验研究

以天津港北港池码头地区海相沉积软土为研究对象,自行研制了与CT配套的单轴固结装置,取不同深度的土样分别进行单轴固结实验。逐级加载土样固结后,对土样进行CT扫描,结合CT图像分析软土固结过程中特性变化。研究表明:随着压力的增加,CT图像灰度平均值逐渐增大,说明土样被压实,密度增大;固结过程中,不同种类土样的CT图像标准差变化存在差异性,这与孔隙水压力消散引起土样内部结构的变化有关;引入CT图像灰度压缩系数来反映土样的压缩性能,研究结果表明天津港北港池码头软土具有较高的压缩性。     

软土单轴固结CT实验研究

以天津港北港池码头地区海相沉积软土为研究对象,自行研制了与CT配套的单轴固结装置,取不同深度的土样分别进行单轴固结实验.逐级加载土样固结后,对土样进行CT扫描,结合CT图像分析软土固结过程中特性变化.研究表明:随着压力的增加,CT图像灰度平均值逐渐增大,说明土样被压实,密度增大;固结过程中,不同种类土样的CT图像标准差变化存在差异性,这与孔隙水压力消散引起土样内部结构的变化有关;引入CT图像灰度压缩系数来反映土样的压缩性能,研究结果表明天津港北港池码头软土具有较高的压缩性.     

地下综合管廊大型振动台模型试验研究

针对地下综合管廊缺乏抗震研究的现状,开展了地下综合管廊大型振动台模型试验研究。试验中除对通常的地下结构振动台试验中常规地震响应进行了测量外,还测量了模型场地水平位移、模型结构的层间位移、模型结构内钢筋应变。同时,通过自行设计的接触面土体滑移传感器测量了结构顶板接触面土体滑移。本文对模型结构的动力响应以及接触面和周围土体地震响应规律进行了分析。结果表明：在地震作用下地下综合管廊的地震加速度响应服从周围土体的地震响应,其响应幅值不会大于周围土体的加速度响应幅值;结构内力最大部位出现在结构的角部,并且内力随着地震动强度的增加而增大;地下综合管廊接触面土压总体上随着地震动强度的增加而增大,侧板和顶、底板的土压力分布模式不同;在水平地震作用下,地下综合管廊会产生顶、底板之间的相对位移,同时伴随着横截面内的刚体转动;地下综合管廊壁板与土接触面的作用力是结构产生内力的直接原因,其中侧壁土压起主要作用。     

土-结构动力相互作用的振动台试验研究综述

本文从土-结构动力相互作用振动台试验过程中所涉及的结构模型动力相似设计、模型土体的模拟及土体边界条件的模拟三个方面,回顾了近几年来土-结构动力相互作用振动台试验研究的发展历程与现状,重点描述了试验过程中为了更好地反映震动条件下土与结构动力相互作用的机理,学者们所采取的办法和措施。并在此基础上,介绍了一种新的研究土-结构动力相互作用的振动台试验技术。最后,总结了传统的土箱-振动台试验存在的不足,并与这种新的试验技术进行了对比,提出了对于这种新的试验方法仍需要进一步研究和解决的问题。     

基于同步带传动的输送系统在CT设备中的应用

行包CT安检设备针对行包进行螺旋扫描和定点扫描检查,输送系统是其重要的组成部分。输送系统运行的平稳性和准确性,直接影响着扫描图像的质量和违禁物品的图像采集。本文阐述了研发CT安检设备专用输送系统的必要性及亟待解决的若干技术难点,并简要论述了针对以上难点设计的一款采用内置伺服电机和同步带方式传动、进给速度可控、定位精度高、模块化设计的新型输送系统。此系统大力支持行包CT安检设备的整机设计,保证了整机系统功能的顺利实现。     

CT扫描参数对岩土图像的影响

选用四种不同土质试样设计相关试验,利用直接法和间接法结合不同扫描条件下的CT数变化曲线,研究扫描电压、对准模式、滤波函数、试样尺寸等CT扫描参数对岩土试样CT图像的具体影响,研究结果表明:扫描电压和滤波函数对岩土CT图像和CT数影响较大;对准模式和重建矩阵对试验结果影响非常小;滤波函数对岩土CT图像的增强或抑制作用取决于所选择的滤波函数的属性,而与试样的土质无关;最后给出了CT扫描参数选择的原则,借助于合理的CT扫描参数,从而提高CT岩土图像的质量,获得相对准确的岩土CT值。     

子结构技术在结构抗震试验研究中的应用

根据结构试验理论和实验设备的特征，阐述了结构抗震试验的特点及发展，重点分析了子结构拟动力试验方法的原理、数值积分算法、加载方式和误差控制；振动台子结构试验的原理、研究成果；实时子结构的原理和时滞等混合试验方法的基本理论，以及大型通用有限元软件及远程协同试验方法在混合试验中的应用。基于各种试验方法的优势与发展，总结出混合试验技术未来的发展方向。     

考虑土与结构相互作用效应的结构减震控制大型振动台模型试验研究

本文设计并完成了考虑土与结构相互作用的结构减震控制大型振动台模型试验。通过对四种结构形式的对比试验，探讨了土与结构相互作用（ＳＳＩ）效应对结构地震反应的影响以及调谐质量阻尼器（ＴＭＤ）在刚性和柔性地基条件下对主体结构的减震效应。通过比较同一地震动作用下主体结构在刚性和柔性两种地基条件下的地震反应，可知：ＳＳＩ效应具有降低和提高结构减震控制效果的双重作用，其综合效果与输入地震动的频谱特性、加速度峰值大小有关。由于ＳＳＩ效应在结构地震反应中发挥着双重的作用，因而使得基于刚性地基假定下设计的ＴＭＤ减震控制系统在柔性地基条件下的控制效果不太理想，甚至会出现负面效应。本文还探讨了在柔性地基条件下影响结构减震控制效果的一些因素。     

南阳膨胀土在受荷的湿干循环过程中细观结构演化规律研究

为了研究浅层膨胀土的细观结构在湿干循环过程中的演化规律,研制了可以进行CT扫描的CT-固结仪。在不同压力作用下对南阳膨胀土的原状样及其重塑土样进行多组多次湿干循环试验,并对每次烘干和增湿稳定后的试样进行CT扫描,跟踪观察湿干循环过程中试样的细观结构变化。结果表明:在湿干循环中,土样的膨胀量和收缩量都比较大,经历三次湿干循环之后,相同饱和度下土样体积基本不再变化;增湿和干燥都能使原状膨胀土及其重塑土的结构损伤,第一次烘干之后,土样即产生明显裂隙;随着湿干循环次数的增加,土样裂隙继续开展,土样结构损伤发生累积;上部荷载对裂隙开展有一定抑制作用,并影响裂隙的发育和裂隙网络的形状;原状膨胀土的裂隙围绕第一次形成的主裂隙发育,而重塑膨胀土的裂隙呈龟背状或辐射状;原状膨胀土及其重塑土在湿态(饱和度S_r=85%)时的CT数M_E值均较干态(饱和度S_r=25%)时的M_E值大;湿态和干态的ME值均随湿干循环次数呈近似线性变化,前者的坡度比较平缓,后者则较陡;基于CT数据定义了膨胀土的细观结构参数,提出定量描述湿干循环过程中膨胀土细观结构参数与试样饱和度、湿干循环次数及所受荷载的数学表达式,预测结果与试验资料比较接近。      

土层地震反应中软弱夹层对加速度反应谱的影响

为了研究土层地震反应中软弱夹层对加速度反应谱的影响,本文构造了多种包含不同厚度、不同位置软夹层的土层结构,通过国内地震安评通用的ESE软件进行计算、分析。研究结果表明,软夹层的厚度、位置、输入地震动的幅值等对加速度反应谱均有不同程度的影响,上部含有软夹层的土层结构能造成反应谱出现双峰现象,引起加速度反应谱特征周期变大。本文研究结果对软土地区工程抗震设计有一定参考价值。     

结构抗震试验方法的发展

地震荷载极大的破坏性,使得结构抗震性能的研究成为一个被广泛关注的热点问题.为了提高结构抗震研究的试验能力和试验水平,近年来在传统结构抗震试验方法的基础上,出现了一些新的试验方式和方法.本文总结介绍了目前结构抗震试验方法的一些发展趋势,包括：（1）地震模拟振动台的大型化和多台化,以进行大比例模型甚至足尺模型试验或考虑大跨度结构地震动的非均匀性;（2）进行子结构试验的实时化,以实现数值子结构模型和试验子结构模型的实时结合;（3）进行试验设备的网络化,以提高试验设备的利用率,实现资源共享等,供有关研究者参考.     

Evaluating a process‐based model for use in streambank stabilization: insights on the Bank Stability and Toe Erosion Model (BSTEM)

Streambank retreat is a complex cyclical process involving subaerial processes, fluvial erosion, seepage erosion, and geotechnical failures and is driven by several soil properties that themselves are temporally and spatially variable. Therefore, it can be extremely challenging to predict and model the erosion and consequent retreat of streambanks. However, modeling streambank retreat has many important applications, including the design and assessment of mitigation strategies for stream revitalization and stabilization. In order to highlight the current complexities of modeling streambank retreat and to suggest future research areas, this paper reviewed one of the most comprehensive streambank retreat models available, the Bank Stability and Toe Erosion Model (BSTEM), which has recently been integrated with several popular hydrodynamic and sediment transport models including the Hydrologic Engineering Center's River Analysis System (HEC‐RAS). The objectives of this paper were to: (i) comprehensively review studies that have utilized BSTEM and report their findings, (ii) address the limitations of the model so that it can be applied appropriately in its current form, and (iii) suggest directions of research that will help make the model a more useful tool in future applications. The paper includes an extensive overview of peer reviewed studies to guide future users of BSTEM. The review demonstrated that the model needs further testing and evaluation outside of the central United States. Also, further development is needed in terms of accounting for spatial and temporal variability in geotechnical and fluvial erodibility parameters, incorporating subaerial processes, and accounting for the influence of riparian vegetation on streambank pore‐water pressure dynamics, applied shear stress, and erodibility parameters. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

土工三轴试验方法-静动耦合试验

尝试了一种新的土工三轴试验方法，即在一个试样同时得到与土体静动变形和强度特性相关的各种参数。文中讨论了采用耦合试验方法时应变循环大小对静力变形和强度特性的影响；并通过与常规试验结果的比较，给出了等效弹性模量、等效阻尼比和动永久应变等动力变形参数的试验结果。试验结果表明：采用耦合试验复杂加载方式，能够更深入地研究土体的静、动变形和强度特性，尤其在复杂应力条件下的动力变形特性方面。     

原位岩土CT及其关键技术探讨

当前应用工业X射线CT技术观测岩土内部微观结构和力学特性成为研究工程地质的热点课题。然而，现有CT技术的“笨、大、重、险、贵”限制了现场应用能力，且常规岩土工程勘察方法存在丢失或破坏原有地质信息的问题。本文提出原位CT技术的概念，并指出其在岩土工程勘察领域应用中的关键技术。基于超小型冷阴极脉冲式X射线管及成像设备搭建随钻原位CT实验平台，实验结果表明该方法能够实现原位岩心数字采样与CT快速重构。在此基础上明确后续研究重点和关键技术，主要包括2D/3D CT快速重构新理论和新方法，解析CT重构图像与岩土颗粒特性之间的关系以及局部精细结构重建算法，构建精确的原位岩心3D微观结构模型；结合3D打印技术制备原位置岩土准样本，研究等效准样本的力学特性；建立时-空四维岩土工程勘察数据库，引入人工智能算法形成具有学习和预测的反馈评价体系，对丰富当前岩土工程勘察方法和完善原位CT技术具有重要的科学意义。      

Study on wall-type gravel drains as liquefaction countermeasure for underground structures

One of the most dramatic causes of damage to engineering structures during earthquakes has been the development of soil liquefaction beneath and around the structures. In order to dissipate the excess pore water pressures near structures, gravel drains are usually employed. In this study, the use of recycled concrete crushed stones as gravel drain materials is addressed. In order to investigate the performance of wall-type gravel drains, two series of shaking table tests were performed. The test results showed that gravel drains, when appropriate grain size distribution is considered, effectively dissipate the excess pore water pressure underneath the structure, and consequently reduce the magnitude of uplift. To supplement the laboratory tests, finite element analyses were also performed. For specified structure, ground and earthquake conditions, there is a critical width of gravel drain at which no uplift of structure will occur. The results of the model tests and the finite element analyses were then employed in developing design charts for determining the critical width of gravel drain to prevent buoyant rise of structure when the surrounding soil mass liquefies.     

基于重塑饱和砂土模型的现场液化试验方法

基于现场开展土体液化问题研究势必成为今后土动力学中的一个重要发展方向。目前人工激振下的现场液化试验方法还不够成熟,尚需进一步探索和发展。本文从试验设备组成、场地地震动激励、试坑布置、饱和砂土模型制备、数据测量与采集等5个方面论述该方法中的主要技术问题。研究表明:动力加载系统激励产生的地震动在0~7m/s2;系统工作频率13~15Hz,饱和砂土模型与基础边缘的距离在0.5~2.5m范围内,更适合进行液化试验;应用水沉法现场制备饱和砂土模型,要重点注意试坑防水和尺寸定位的问题;数据测量与采集中要充分考虑对现场液化问题认识不够这一因素的影响,需对数据测量与采集提出附加要求;试验实例初步表明,该方法可行,适合开展液化问题研究。