大型振动离心机土建总体设计与关键技术研究

大型振动离心机是研究岩土地震工程动力问题最有效的试验设备,目前全球仅有两台,而国内尚属空白.作为尖端试验设备,大型振动离心机的建造几乎在所有方面都面临着新挑战,其土建设计也存在诸多新的问题.研究了试验室总体布局及相关土建工程中的几个关键技术,提出了设备总体布局方案,比较了主机室不同冷却系统类型和优缺点,阐述了基础设计的基本要求与难点,可为国内外大型振动离心机建设提供参考.     

大型动力离心机设计理论与关键技术研究

正按照装备振动台与否,土工离心机大致可分为静力试验离心机和动力试验离心机(也称离心机振动台)两大类,本文将后者简称为动力离心机。动力离心机(dynamic centrifuge)是目前国际公认研究岩土地震工程和土动力学最先进、最有效的科学试验平台,而我国仅拥有数台辅助建设的中小型动力离心机设备,且主要技术指标与国际存在很大差距。国内大型动力离心机则为空白,这与我国辽阔的地域、复杂的工程地质条件、高速发展的经济建设以及     

砂土自由场地震响应的离心机试验研究

离心机模型试验是研究岩土地震工程问题的有效手段。本文使用层状剪切箱,通过干落法制备了均匀的砂土模型,进行了离心机振动试验;观测了振动过程中孔隙水压力的发展,土体的加速度响应、侧向变形以及竖向沉降。结果表明,土体的运动和变形与孔隙水压力的发展密切相关,但离心机中的试验现象和现场观测的现象存在显著区别。研究结果增强了对振动过程中土-水之间相互作用机理的理解,同时为自由场地震响应分析方法的验证提供了基础数据。     

高聚物外包盾构隧道离心机振动台试验研究

为了验证非水反应聚氨酯高聚物(后文简称高聚物)外包盾构隧道具有减震性能,对高聚物外包盾构隧道模型和无外包隧道模型,采用离心机振动台进行对比试验。针对中密砂土围岩,在不同阵型特征的地震波输入下,对比有无高聚物外包隧道加速度、频谱、隧道动力响应和地表沉降,分析高聚物的减震性能。试验结果表明:在不同地震激励的工况下,对于有无高聚物外包的隧道模型,其加速度和频谱差别不大;二者隧道各点上的动应变平均相差31.32%;高聚物外包层隧道模型地表的最终沉降分别比无外包隧道模型和自由场地表沉降约小20%和50%。试验证明高聚物对盾构隧道有减震作用,此试验研究为高聚物在今后的工程应用提供参考依据。     

NEES系统中振动离心机最新进展及国内振动离心机发展设想

美国地震工程网络模拟系统(NEES)代表了国际地震工程试验技术的最新发展趋势,其中振动离心机的建设占有重要地位,而国内振动离心机的现状与我国辽阔的地域、复杂的工程地质条件、高速发展的经济建设以及严峻的地震形势十分不相称。文中概述了我国振动离心机的现状和客观需求,对NEES系统中振动离心机的发展进行了跟踪研究,通过分析UCDavis和RPI两台振动离心机的发展历程和最新进展,阐述了我国振动离心机发展的必要性及重点。强调应加强离心机振动台技术的研发,根据国内当前土动力学和岩土地震工程科学研究的需要,提出了以振动负载为主要指标的思想,指出了发展重点应放在振动负载、频宽、多向、低频位移、辅助试验功能和网络化功能等方面,对一些重要指标提出了建议。     

大型振动离心机试验辅助系统分析

动力离心模型试验的优越性和研究的不断深入,推动了大型振动离心机的建设和发展。试验辅助系统是大型振动离心机建设的重要组成部分,与模型制作、试验数据采集和试验过程图像获取密切相关,健全试验辅助系统是动力离心模型试验成功的保障条件。文中介绍了大型振动离心机试验辅助系统的组成和功能,根据大型振动离心机和动力离心模型试验特点,分析了试验数据采集系统、摄影摄像观测系统、模型箱和制样设备的基本设计要求,指出了其关键技术和设计要点,并提出了一些具体设想和设计建议,结果可为国内大型振动离心机试验辅助系统设计提供参考和指导。     

大型振动台试验花岗岩相似材料配比研究

为开展秦岭翠华山等大型花岗岩地震山崩的动力响应机制研究,研发配制用于振动台物理模型试验的花岗岩相似材料是该研究工作的基础。选取铁矿粉、石英砂、重晶石粉为骨料,石膏为调节材料,松香酒精溶液为黏结剂的相似材料配比方案,设计考虑4因素5水平的正交试验,并对试验结果进行极差分析及多元线性回归拟合,获得各因素对花岗岩相似材料物理力学性质的影响结果和相似材料配比经验方程。结果表明：花岗岩相似材料的密度随铁粉与重晶石粉占骨料比的增加而增大;随着黏结剂浓度的增加,花岗岩相似材料的抗压强度、弹性模量及黏聚力均显著增大;随着石膏含量的增加,密度、抗压强度及内摩擦角均减小。该试验得到的相似材料配比经验方程可以较好地为花岗岩相似材料或其他相似材料的配制提供参考。     

振动沉管碎石桩大型振动台试验的实现

目前有关碎石桩复合地基在动荷载作用下的研究主要是针对其排水作用,而对其密实作用的研究很少,碎石桩复合地基在动荷载作用下沉降计算理论落后于工程实践.为了在碎石桩复合地基的动力模拟试验中模拟碎石桩的密实作用,设计了大型堆叠式剪切模型箱,并采用振动沉管法在振动台模型箱中进行了碎石桩的震后沉降试验研究,结果表明其能较好地模拟碎石桩振动沉管施工工艺.     

基于离心机模型试验的非饱和土地基沉降特征分析

非饱和土结构复杂,沉降理论计算还不完善,导致地基沉降的计算值与沉降实测值往往有较大的差异。地基沉降是高速铁路客运专线路基的主要控制因素之一,通过离心机模型试验,对高速铁路非饱和土地基沉降特征进行分析,获得地基的荷载—沉降—时间关系曲线。研究结果表明：非饱和土地基在路基填筑期沉降完成较快,施工期可完成总沉降的75%,经过5~6个月短期放置可完成总沉降的90%左右,其工后沉降满足无砟轨道沉降控制要求,该研究结果可为非饱和土沉降理论分析提供参考。     

超高层巨型结构振动特性研究

巨型结构体系是适应超高层建筑发展趋势和特点的新型结构体系，目前国内外的理论研究成果还很少。随着工程应用的推广，进行巨型结构体系的研究，有其重要的理论价值和实际意义。结合101层上海环球金融中心大厦具体工程，进行了整体结构的振动台试验，并利用国际通用有限元软件ANSYS分析了超高层巨型结构体系的动力特性和影响因素，可供工程设计人员在结构选型和方案设计时参考。     

Efficient fully-coupled solution techniques for two-phase flow in porous media: Parallel multigrid solution and large scale computations

This paper is concerned with the fast resolution of nonlinear and linear algebraic equations arising from a fully implicit finite volume discretization of two-phase flow in porous media. We employ a Newton-multigrid algorithm on unstructured meshes in two and three space dimensions. The discretized operator is used for the coarse grid systems in the multigrid method. Problems with discontinuous coefficients are avoided by using a newly truncated restriction operator and an outer Krylov-space method. We show an optimal order of convergence for a wide range of two-phase flow problems including heterogeneous media and vanishing capillary pressure in an experimental way. Furthermore, we present a data parallel implementation of the algorithm with speedup results.     

Response spectrum techniques for three-component earthquake design

An evaluation is made of response spectrum techniques as applied to seismic analysis and design of steel template offshore platforms. Such structures are designed as braced space frames for several loading conditions, including the simultaneous action of three earthquake components. Base shears as well as gross forces and combined stresses in members of three different platforms are computed for 30 real, three-component earthquakes and response spectrum predictions, obtained by several modal-spatial combination methods, are compared to time history solutions. Results are presented in the form of error statistics. The three approximations examined are: (a) combination of modes for one component input, (b) combination of the three partial responses to obtain estimates of total response and (c) combination of gross forces to derive maximum design stresses at a section. Attention is focused on corner piles because these are among the most heavily penalized members by three-component excitations. It is shown that commonly used spatial combination rules may underestimate gross forces in design controlling corner members by 15–30 per cent on the average. This is attributed to correlations between motion components that create additive effects along certain directions. Typical estimates of combined stresses, however, are found to be slightly conservative.     

地磁场大尺度变化特征分析

利用20世纪50年代至21世纪初中国出版的7次《中国地磁图》资料, 根据构造磁效应和震磁相关性研究了地质构造(构造微动态)、 强震活动与中国地磁图等变线每个不同年代动态演化图像的关系, 从大区域尺度的角度分析了中国大陆及其邻近地区的7级以上强震与地磁分量等变线轴线方向的变化特征。     

大型模拟地震振动台主要参数的确定及技术经济分析

简述了大型模拟地震振动台主要参数的选定原则，并介绍了其组成部分的技术经济分析。     

Analysis of large scale disturbances in spiral galaxies

Summary A scale analysis is made of large scale eddying motions superimposed upon the state of mean rotation of spiral galaxies. By this means a balance relationship is derived between the fields of potential on the one hand and the horizontal eddy velocity on the other. This should provide a useful kinematical relationship for observational astronomy. It is obvious to the meteorological reader that the large scale irregular motions of galaxies are analogous to those which occur in our own atmosphere.     

500kN 足尺磁流变液阻尼器设计的关键技术

对我们制作的、目前出力居世界前列的500kN足尺MR阻尼器设计的关键技术、阻尼器的性能试验及力学模型的参数识别进行了研究。在对磁流变液材料的最大屈服剪应力、抗沉降稳定性以及磁滞响应时间等关键性能试验分析的基础上,确认该磁流变液的抗沉降稳定性和其他两项性能指标满足MR阻尼器的设计与工程应用要求。同时,对此500kN足尺MR阻尼器设计的关键技术,包括内置式碟型弹簧蓄能器、磁场防漏设计以及引线保护等进行了介绍;并通过对此MR阻尼器性能的试验,依据阻尼最小二乘法,对MR阻尼器采用的修正的B ingham模型的参数进行了识别,得到了与试验结果吻合的MR阻尼器的力学模型。通过研究可知,高性能磁流变液材料的制备以及MR阻尼器设计的关键技术是大吨位足尺MR阻尼器成功的关键。     

Critical movement of large rocks in currents and waves

Cobbles, boulders, and rocks often are used in a bed protection layer near a structure to protect the underlying sand bed against erosion by combined current and waves. The design of a bed protection layer consisting of loose rocks (rubble mound) requires knowledge of the stability and movement (as bed load) of very coarse materials. If some movement (or damage) is acceptable, the rock diameter can be designed to be smaller. This paper addresses the stability and movement of very coarse materials (cobbles, boulders, and rocks) based on the concept of the critical Shields mobility number. It is shown that the bed load transport of large cobbles, boulders, and rocks can be described by the equations of Meyer-Peter and Mueller (MPM) and Cheng. Both are valid for relatively small Shields mobility numbers. New and general equations for the design of a bed protection layer (including some permissible damage) in conditions with a current with or without waves are proposed based on the Shields mobility parameter and the bed load transport equation of Cheng. Laboratory and field data of critical velocities for pebbles, cobbles, boulders, and rocks have been analyzed and compared to the computed results of the proposed equations. Practical applications are given to demonstrate the general applicability of the proposed equations.