水力自动恒定水位溢流堰的研究

介绍了一种水力自动溢流堰及其恒定水位的工作原理,并通过实验验证了其工作性能的可靠性。该装置恒定水位精度高,完全可以替代目前实验室等应用的稳定水位设施,不仅可以节省占地面积和流量调节时间,而且大大提高了实验模拟精度,具有较大的实用价值。     

不同沟床坡度堰塞坝溃口展宽历程试验研究

为了解堰塞坝在不同沟床坡度地段的溃口展宽历程,进行了沟床坡度为7°~13°,间隔为1°的7组水槽试验。对比分析7组试验观测数据,评价不同沟床坡度对堰塞坝溃口展宽历程的影响。得到如下结果及结论:(1)漫顶破坏的堰塞坝在不同沟床坡度地段的溃口展宽历程是十分相似的,根据其溃决特征,可将其展宽历程划分为溃口贯通、突变和稳定边坡形成等3个阶段。(2)在突变阶段溃口边坡沿x轴方向会发生多次失稳,溃口顶部形态在背水坡呈“S”型,在坝顶呈“U”型,在迎水坡呈“弧”型。(3)不同沟床坡度条件会影响突变阶段的溃决特征,随沟床坡度的增加突变阶段溃口边坡单次失稳规模表现出先增大后减小的特征,溃口边坡失稳次数呈现出先减少后增加的特征。(4)溃口边坡的稳定性主要取决于溃口的侧蚀宽度和下蚀深度,其与溃口顶、底部侧蚀宽度之差呈负相关关系,与溃口下蚀深度呈正相关关系。(5)不同沟床坡度堰塞坝的溃决流量随溃决时间的延长具有相同的变化趋势,但不同沟床坡度堰塞坝的溃决峰值流量和峰值流量到达时间却不尽相同,随沟床坡度的增加峰值流量逐渐减小,峰值流量到达时间先提前后推迟。     

高陡边坡组合式支挡结构大型振动台试验研究

为研究上部采用锚索框架结构、下部设置为桩板墙的组合式支挡结构的抗震性能,开展了大型振动台模型试验。通过输入不同强度大瑞波测试了组合结构的加速度响应和动土压力响应,同时将动土压力的实测值与规范法、Mononobe-Okabe法（M-O法）的计算值进行了对比研究。研究表明：（1）组合式支挡结构在不同强度地震动激励下水平向和竖直向加速度沿坡高有不同程度的放大,且输入的激振加速度幅值越大,放大效应越明显;（2）组合式支挡结构下部桩板墙墙后的动土压力强度随激振加速度幅值的增大而增大,沿着墙高呈现出上部小、下部大的分布特性;（3）动土压力强度的计算,在低烈度区使用规范法和M-O法是合理的,但在高烈度区需要对规范法和M-O法进行修正。     

正反粒序结构条件下滑坡堰塞坝破坏模式研究

滑坡堰塞坝是大型滑坡堆积体堵塞河道形成的土石坝。正、反粒序结构作为大型远程滑坡所特有的2种具有显著差异的地质结构特征,2种情况下坝体的破坏模式差异及稳定性影响因素亟需试验研究。文章通过室内水槽物理模型实验,对比不同粒径、不同结构的滑坡堰塞坝坝体的破坏过程差异,探究了正、反粒序结构条件下堰塞坝的稳定性差异、破坏模式及影响因素。研究结果表明：（1）堰塞坝破坏模式的变化取决于浸润线在下游坡面的出露位置,相比上游水位有一定的延迟性;（2）正、反粒序堰塞坝的破坏模式取决于坡体渗流与下游坡面临界起动坡降的关系;（3）细砂层的位置分布,不同埋深细砂层的起动临界坡降差异和细砂与中粗砂的孔隙率差异是造成正、反粒序坝体破坏差异的主要原因。该研究成果可为大型滑坡堰塞坝的防灾减灾提供理论指导。     

优化复合锚固结构与单一锚固结构抗爆性能对比试验研究

优化复合锚固结构是由土钉和在土钉端部系统而规律地设置的一定长度的经特殊处理的空孔段群组成。空孔群在围岩介质中造成一个弱化区,弱化区介于支护结构与围岩介质之间,将原有的二介质系统（支护结构和围岩）,改变为三介质系统（支护结构、弱化区和围岩）。爆炸条件下,优先由弱化区产生变形、破碎、压实或压密,同时大量吸收爆炸能,使支护结构的危机得以转移至弱化区而本身不受损。优化复合锚固结构对比单一锚固结构具有优异的抗动静载性能。因此进行对比试验,研究优化复合锚固结构及单一锚固结构的抗爆性能。试验结果表明,在支护结构产生临界破坏前后,单一锚固结构的质点加速度量值是优化复合锚固结构的2.22倍以上,前者的动应变量值是后者的5.30～4.50倍以上。在临界破坏条件下,优化复合锚固结构的抗力是单一锚固结构的5.10倍以上,在极限破坏状条件下,前者是后者的4.13～3.40倍以上。     

干湿循环下黄土强度衰减与结构强度试验研究

针对干湿循环作用下黄土强度问题,系统地开展了常规三轴试验,提出了黄土结构强度和衰减强度的求取方法,探讨了不同围压和含水率对结构和衰减强度的影响,研究了黄土结构与衰减强度的关系。研究结果表明,黄土结构和衰减强度都随含水率的增大而减小,且呈良好的对数函数关系;结构和衰减强度都随围压的增大而增大,具有良好的线性关系;通过对结构和衰减强度的研究,发现多次干湿循环后原状黄土的强度衰减值与相应的重塑黄土的强度衰减值和黄土的结构强度之和基本相等,证明多次的干湿循环作用不仅仅打破了原状黄土的结构强度,并最终使得其与重塑黄土具有基本相同的土体结构。     

干湿循环下滑带土强度特性与微观结构试验研究

库区水位周期性波动,巨大的水位变幅使库岸滑坡滑带土处于干湿循环变化之中,而干湿循环作用影响土体的强度特性。基于此,以三峡库区某典型库岸滑坡滑带土体作为研究对象,对经历不同干湿循环次数的土样进行环剪试验、扫描电子显微镜（SEM）试验和核磁共振（NMR）试验,分析干湿循环作用下滑带土强度特性和微观结构变化规律,并初步探讨干湿循环对滑带土强度影响的微观机制。试验结果表明：干湿循环作用下,滑带土残余强度的劣化特性十分明显,且前3次干湿循环导致土体强度衰减幅度较大,之后衰减趋势减弱,土体强度逐渐趋于稳定,同时,黏聚力的劣化效应大于内摩擦角;随干湿循环次数的增加,以叠聚状、凝块状为主的团粒逐渐分散、解体,颗粒间连接由面?面接触逐渐向面?边、面?角接触演化,表现为土体内孔隙数量增多,土颗粒形态变化,粒间距离增加,微小孔隙逐渐向大孔隙演变;干湿循环作用下,滑带土内亲水性黏土矿物吸水膨胀、失水收缩而引发土颗粒、孔隙及胶结物等微结构变化是导致滑带土残余强度劣化的内在原因。     

车辆速度与载重对路面结构影响的现场试验研究

针对车辆荷载与速度在路面结构破坏中的重要性,通过现场试验,对新建高速公路在不同载重及不同速度的车辆通过条件下路面的动态响应（动应变、动应力）规律进行了研究。研究表明,应力-应变峰值随载重的增加而增大,而随速度的增加而减小;前轮应力应变峰值随载重增加而增大的幅度总体上要小于后轮;前轮水平横向应变峰值随载重增加而增大的幅度要小于纵向,而后轮的横向应变与纵向应变的增幅比较接近;速度变化引起的应力应变幅值变化不如载重变化引起的显著;随着深度的增加,车辆行驶产生的动应力对路面的影响迅速减弱。     

地基与密肋复合墙结构相互作用系统频域地震响应试验研究

为研究地震作用下黄土地基与密肋复合墙结构相互作用系统频域地震响应的基本规律,进行了1:15比例结构模型进行振动台试验。输入白噪声、El-Centro波、天津波,测试了结构与地基的动力响应。通过快速傅里叶变化得到频域响应曲线,分析了地基与结构的动力特性以及从7度至9度水平向地震波加载时的动力反应,对比了各加载工况下加速度及位移频域响应曲线,研究了地基、结构频域动力响应的基本规律及其影响因素。结果表明:地震波激励下地基土开裂,自振频率降低,对上部结构的嵌固作用减弱;地基表面与结构顶部加速度响应随烈度的提高而增大,峰值所对应频率的变化显著,地基对加速度的放大效应显著,上部结构对位移的放大效应显著。因此,考虑地基与结构相互作用后,动力放大效应与地基破坏状况及地震动特性密切相关。     

极弱胶结岩体再生结构的形成机制与力学特性试验研究

极弱胶结岩体中黏土矿物成分含量较高,胶结程度较差,胶结物为泥质胶结,对水敏感,可塑性强;基于土体固结与杠杆加载原理,自主研制了极弱胶结岩体再生结构形成试验装置,确定了再生结构岩样分级加载与固结稳定方法,形成了不同含水率极弱胶结岩体再生结构岩样,揭示了极弱胶结岩体再生结构的形成条件与形成过程。开展了不同含水率再生结构岩样的单轴与三轴压缩试验,揭示了再生结构岩样的变形及强度参数与应力状态、含水率变化的演化规律。分析了极弱胶结岩体再生结构岩样的全应力-应变曲线特性,揭示了其体积应变的演化规律;通过对极弱胶结岩体再生结构岩样单轴与三轴压缩试验破坏模式的分析,反映出极弱胶结岩体再生结构岩样的破坏模式受含水率影响较大。     

横流中圆孔湍射流的旋涡结构

应用PIV流场测试系统,研究不同流速比的横流中圆孔湍射流的旋涡结构。发现主要有4类旋涡,即射流主体周缘剪切层的类开尔文涡列、横流绕流分离旋涡、射流喷口前缘的马蹄涡系和尾迹涡。分析了这些旋涡的形成机理及其拓扑性质,射流近区有两条分离线,一条是横流绕流分离线,另一条是使射流两侧剪切层旋涡进入分离旋涡区的分离线。证实绕流分离旋涡最终在射流的顺流贯穿段进入射流主体,混合形成射流主体内的主反向旋转涡对。     

流动环境中二维铅垂纯射流的试验研究

对均匀流动环境中的铅直二维射流进行了试验研究,得到了流动转变的条件.采用超声多普勒流速仪(ADV)对射流流场进行了测量,得到了流速矢量图和流线图,发现在射流的迎流面存在流线跌落现象.探讨了流速比对射流背流面涡心和分离点位置的影响.给出低流速比为8的射流流场的实测结果,以供数值模拟对比使用.     

用VOF方法模拟静止浅水环境中的垂向紊动射流

以k-ε紊流模型为基础,针对浅水环境垂向射流的水面会有明显突起情况,采用VOF(Volume of Fluid)方法追踪自由面,建立了适合浅水环境垂向平面紊动射流的二维数学模型.对不同入射速度、水深、入射口宽度组合进行了大量的数值模拟实验,对整个流场的分布作了分析,发现自由面的分布特点和速度矢量场的分布特点相对应;中轴线附近的自由面隆起具有自相似性,文中给出了拟合表达式;由于水面的阻滞,中轴线上垂向速度的衰减较自由射流快,衰减规律随水深和射流宽度而异.     

深基坑复合支护结构监测分析

某商业广场深基坑支护采用人工挖孔、排桩加锚杆及钢支撑联合支护结构形式。文章较详细地介绍了本次监测项目、运用的监测装备及其监测进程，并对支护桩水平位移、桩身内力、桩侧土压力及孔隙水压力的监测数据进行了科学分析。     

Analytical models for consolidation of combined composite ground improved by impervious columns and vertical drains

In recent years, a new technique of ground improvement, which involves the combined use of impervious column and vertical drains, has been proposed and utilized in many field projects to accelerate consolidation and increase bearing capacity of soft soil ground. To cover the possible distribution patterns of impervious columns and vertical drains, 2 analytical models, including Model A with outward flow and Model B with inward flow within the soils, are proposed to predict the consolidation of combined composite ground by considering the following factors: (1) disturbance effects of both impervious columns and vertical drains, (2) the well resistance of vertical drains, and (3) time‐variant loadings. The average degrees of consolidation predicted by the proposed analytical models are compared with several existing solutions and then against the measured data in the literature. The consolidation behavior of a combined composite ground is investigated by the proposed analytical solutions. The results show that the combined use of impervious columns and vertical drains can remarkably accelerate the consolidation rate of soft soils compared with the single use of either of them. The average degrees of consolidation predicted by both analytical models agree well with the measured data. Compared with Model B, Model A usually predicts a faster consolidation rate because of a shorter drainage path. Many factors can influence consolidation behavior of combined composite ground, such as loading scheme, distribution patterns and the disturbance effects of impervious columns and vertical drains, and compression modulus ratio of impervious column to soil.     

河流中污染源垂向紊动混合过程研究

着重研究了河流中点源及线源污染物的垂向紊动混合过程.根据大江河中污染物在排放口近区范围内的垂向紊动混合过程,提出了部分均匀混合水深的新概念,建立了点源及线源的垂向紊动混合过程基本方程.通过求解方程,得到部分均匀混合水深随纵向距离变化的基本规律和全水深垂向均匀混合距离的理论公式,且用相关实测资料进行了验证.将所建立的垂向紊动混合过程基本规律引入数值模型中,建立了部分均匀混合水深平均二维水质模型,并用现场罗丹明示踪实测资料进行验证,表明该模型较传统的全水深平均模型在近区具有更高的计算精度,与三维模型相比则有更高的计算效率.     

浅水环境中垂向圆形纯射流的试验研究

对静止均匀浅水水域中的铅垂圆形单孔射流进行了试验研究,试验是在实验室的自制恒定水流循环系统中进行的。得到了水面的隆起高度与射流出口单位能量和相对水深的函数关系;验证了隆起高度分布具有自相似性,并给出其统一表达式;借助于三维测速仪,得到了射流流速的横断面分布、射流中线流速的衰减规律和流场的流函数等值线。     

考虑土体屈服的纵横荷载单桩变形内力分析

为提高桩身变形较大时纵横荷载单桩的设计计算水平,假定地基反力系数沿深度线性增加,考虑土体屈服及纵向荷载的P-?效应并计入桩身自重和桩侧摩阻力的影响,得到了地面以下桩身变形和内力的幂级数解。结合已有的地面以上桩身响应的幂级数解,采用Fortran语言编制了计算程序。计算结果表明：桩顶位移、地面处桩身位移及桩身最大弯矩均随纵横向荷载和自由段桩长的增加而增大,并随土体屈服位移的增加而减小;纵向荷载足够大时桩基失稳;桩顶约束条件对桩的响应影响很大。计算值与模型试验的实测值吻合较好,所得解和程序是可靠的。     

微型桩组合抗滑结构受力机制的现场试验研究

针对有顶板连接的“八”字形微型桩组合结构,依托广大（广通至大理）线扩能改造工程,现场监测微型桩工作状态下轴力变化,对微型桩组合支护体系应用于分级开挖边坡加固的受力机制进行研究分析。结果表明：在滑坡推力作用下,各排桩桩身轴向力的分布形式不尽相同,沿推力方向依次呈现出反“S”型、“双弓”型和“S”型的分布规律;各排桩峰值轴力均为拉力,比例关系为：靠山侧桩:中间桩:靠路侧桩=2.5:4.1:3.2,其中靠山侧桩最大轴力出现在桩体下部,中间桩出现在中上部,靠路侧桩最大轴力出现在桩体上部;顶部承台对有斜桩的微型桩群的制约协调作用比一般的竖直桩群显著,水平荷载作用下的桩群易发生较大的挠曲变形,在群桩效应、坡体滑裂面等的综合影响下,引发桩体拉-压等受力形式的转变;组合结构的受力机制表现为先承受滑坡主推力的前两排桩受拉,第3排桩底部嵌固段受压,且随着持续推力作用受压区存在向上发展趋势;各单桩桩身轴力以拉力为主,有利于内部钢筋受拉优势的发挥。     

黄土斜坡桩基竖向荷载传递规律现场试验研究

结合某黄土斜坡桥梁桩基工程,对同一坡度相近位置的两根桩基开展现场试验,研究其在不同竖向荷载工况下的桩身上、下坡面两侧的轴力、桩侧摩阻力及桩侧土压力的传递规律与分布特征。试验表明：桩基荷载传递具有明显的区域性,第1区域是从桩顶至约3倍桩径深度处,此区域上坡面桩侧轴力较下坡面相应位置小,且其轴力随深度递减幅度及侧摩阻力发挥程度均较下坡面桩侧大;第2区域是从约3倍桩径至10倍桩径深度处,桩身上坡面一侧竖向受力减小幅度小于桩基下坡面一侧,但此时下坡面桩侧摩阻力发挥幅度大于桩基上坡面一侧;第3区域是从约10倍桩径直至桩端,该区桩身两侧轴力差异不大,摩阻力发挥幅度相近,荷载平衡协调且向下传递稳定。针对斜坡桥梁桩基上、下坡面两侧所受土压力的不均匀性,对设计桩基竖向承载力进行了一定程度地折减,并对计算公式作了相应修正,研究结论可供类似工程参考、借鉴。