爆炸离心模型试验研究进展与展望

由于能量比尺和原型应力模拟的优势,采用离心机进行爆炸试验具有无可比拟的优越性。在简要介绍土工离心机的发展历程的基础上,对爆炸离心模型试验较关注的问题--模型箱、爆炸源、离心模型比尺、数据采集、科氏加速度等方面的研究进行了归纳,对已有的研究领域进行总结并对以后的发展提出了自己的看法--模型箱设计需考虑防风措施、能量比尺仍需采取更精确方法验证、需制作稳定性好及质量有保证的微型炸药源等     

高填方地基土工离心模型试验技术研究

以模型试验的相似理论为基础,结合九寨黄龙机场高填方地基工程实例,详细阐述了高填方地基离心模型试验技术,即对九寨黄龙机场104 m高填方地基的离心模型试验,采用等应力局部模型设计方案,以剔除法和等量代替法配制填料,以等效法模拟软弱地基强夯处理,并以增大离心加速度的方法模拟高填方地基的填筑加载过程;试验结果表明,高填方地基的总体沉降特征为"沉降大、压实快";土体的压实沉降主要发生在施工期;试验中高填方地基施工结束时土体的沉降固结度已完成90%以上,施工结束后土体产生的沉降量还不到土体总沉降量的10%.     

某机场场道软基变形性状的离心模型试验

本文以某机场场道为原型通过离心模型试验研究场道地基的变形性状，所得结果对机场场道地基处理及基处理及变形预测具有一定意义。     

水平循环荷载下桩基变形特性的离心模型试验研究

波浪、船舶等长期水平循环荷载作用下,桩基将不可避免地产生附加应力和变形。针对饱和黏土地层,开展离心模型试验研究了船舶系泊水平荷载作用下单桩和群桩的变形特性。发现水平循环加-卸载诱发了桩周土体的塑性变形,进而导致桩身产生了不可恢复的水平位移和弯曲变形。随着循环荷载的增加,单桩和群桩的桩顶最大水平位移和残余水平位移均同时增加,但残余水平位移明显小于最大水平位移。单桩的桩顶残余水平位移与最大位移比值介于0.17～0.22;群桩的桩顶残余水平位移与最大水平位移比值介于0.30～0.84。水平循环加-卸载作用下,桩身残余弯曲应变明显小于最大弯曲应变。单桩的残余弯曲应变与最大弯曲应变比值介于0.13～0.50;群桩的桩身残余弯曲应变与最大弯曲应变比值介于0.23～0.82。群桩前桩的残余和最大弯曲应变明显大于后桩,前桩与后桩的最大弯曲应变、残余应变比值分别高达3.2和3.1。因此,前桩要采取合理的加固和保护措施,以确保桩基长期服役的安全性。     

沉井下沉阻力离心模型试验研究

如何正确计算沉井的下沉阻力一直是沉井结构设计的难点,为了更加深入地研究沉井下沉阻力及其分布规律,通过离心机模型试验分别对4组不同埋深工况下的沉井进行了下沉模拟,对沉井侧壁土压力、刃脚斜面土压力、刃脚踏面土压力、沉井内外土面沉降进行了分析。研究结果表明：侧壁土压力随入土深度的增加呈先增大后减小的趋势,可采用分段函数形式对其大小及分布形式进行简化计算;刃脚斜面土压力呈三次多项式分布形式;随着刃脚入土深度的增加,刃脚斜面与踏面土阻力均显著增大,而单位投影宽度刃脚斜面与踏面土阻力比基本保持不变;沉井下沉会导致井外土面沉降,井内紧靠沉井内壁的土面沉降,离沉井内壁有一定距离的土面隆起。上述试验与分析成果可为理论研究与工程设计提供参考。     

超高三级加筋土挡墙的离心模型试验研究

将离心模型技术用于超高3级加筋土挡墙的研究中，在离心模型试验的基础上，分别得出各级加筋土挡墙施工期和使用期的墙背土压力分布规律，所得结构与实际情况相符。     

边坡破坏过程离心模型试验的应力位移场研究

提出了一种确定离心模型试验过程中边坡的应力和位移场及其变化过程的方法。基于物理测量与数值模拟相结合的思路,首先采用离心场非接触位移测量技术测量出边坡的位移场;然后通过数值模拟和反演分析等途径算出边坡的应力场。该方法已成功用于多个边坡离心模型试验中的应力位移场的确定,表明了该方法可以较好地得出离心模型试验过程中边坡的应力和位移场。边坡离心模型试验结果表明,边坡的破坏过程与应变局部化和应力集中的过程有着密切联系。     

软土地基上海堤变形与失稳的离心模型试验与数值分析

软土地基上海堤的沉降及稳定性是围垦海堤工程的关键问题。针对海堤工程开展离心机模型试验,分别通过变加速度法及恒加速度法模拟海堤填筑过程和竣工后稳定运行过程,得到了海堤施工期及工后沉降变化规律,并通过PIV技术观察海堤的破坏模式;在此基础上,采用GeoStudio软件分别基于总应力及有效应力分析法,分析了海堤施工期及竣工后稳定运行期海堤的整体稳定性随时间变化规律。物理和数值模拟结果表明,离心模型试验能一定程度上模拟海堤的变形及失稳情况,且与数值分析结果吻合较好。海堤施工期瞬时失稳的滑裂面贯穿软土地基,并使海堤滑体发生了超过1 m的瞬时沉降。海堤填筑完成后地基超静孔隙水压力逐渐消散、海堤稳定性安全系数随时间不断提高。海堤竖向和水平位移最大值分别位于堤轴线处及坡脚处。     

水平荷载作用下风电机桩基础的离心模型试验研究

桩基础是近海风机经常采用的基础形式。由于风电机组对基础的承载力和变形有着严格的要求,而水平荷载常常是控制荷载,因此,研究水平荷载作用下风机桩基础的应力、变形特性具有重要意义。针对风机单桩基础,选取典型的黏土地基,进行了水平加载条件下的离心模型试验,重点分析了桩身的响应及桩周围土体的变形特点。试验结果表明,在水平荷载作用下,桩顶的水平位移随着水平力的增加而增加,位移的增加速率在临界荷载之后增长较快;桩身弯矩分别在埋深1/5和3/5处附近分别出现极大值和极小值,且桩底具有一定弯矩值;桩周围土体的变形随着离桩距离的增加而减小,可分为主动区和被动区。桩对土体变形的影响区域随着水平力的增加而不断扩展,最后基本稳定在2倍桩径范围内。     

离心模型试验模拟塑料排水板处理软土地基的方法和应用

采用大型土工离心机对某工程近海软土地基上堤坝施工期及运行期进行了模拟。试验中采用停机加载法模拟分级施工加载过程, 原型中采用塑料排水板固结法处理软土地基, 模型中则根据固结过程相似的原理, 换算成等效圆截面排水体, 在模型制作中采用等效透水滤芯进行模拟。根据激光位移传感器和孔隙水压力传感器数据可以得出相应原型软土地基的沉降特性和孔隙水压力变化情况。根据试验得到的沉降曲线, 采用"经验双曲线法"推算出了地基最终沉降, 然后得出按沉降推算的分层地基平均固结度随时间的变化。对比试验模拟得到的软土地基固结度和理论计算结果, 二者基本接近, 表明塑料排水板模拟方法用于离心模型试验是可行的。      

冻土离心模型试验相似准则分析

在研究土壤冻融问题时,土工离心模型试验在时间效应和应力全等型模拟方面更具优势。然而,目前关于冻土离心模型试验的研究成果较少,其中的相似准则也不够完善。针对这一现状,在充分考虑土体的水-热-力耦合作用过程的基础上,采用Butterfield量纲分析法确定了控制饱和土冻融变形性状的无量纲项,建立了冻土离心模型试验中孔隙压力、热扩散、未冻水迁移、融土固结以及冻融变形的相似准则。分析结果表明,冻土离心模型试验中未冻水迁移、融土固结及热扩散效应的非稳态时间具有统一的比尺,即离心模型是原型的1/N2倍,而未冻水迁移流速的比尺为离心模型是原型的N倍。此外,利用冻土离心模拟装置完成了一则对渠道基土冻融作用的离心模拟。     

西安地铁正交地裂缝隧道的模型试验研究

以西安地铁二号线穿越地裂缝的区间隧道为对象,通过几何相似比尺50:1的物理模型试验,开展了地裂缝活动条件下地铁隧道骑缝（变形缝与地裂缝一致）正交穿越地裂缝时衬砌结构与围岩相互作用机制的试验研究。结果表明,在地裂缝发生各级错动位移条件下,不同围岩应力场的围岩土压力、衬砌结构应力及其不均匀沉降位移变化规律相似;上下盘内的衬砌结构之间具有明显的错断位移,下盘内衬砌结构的沉降量越小,上盘内衬砌结构的沉降量越大,均呈渐变趋势;上盘内衬砌结构应力、围岩土压力随地裂缝错动位移的增加而减小,下盘衬砌结构应力和围岩土压力随地裂缝错动位移的增加而增大,围岩土压力和衬砌结构应力的增量峰值均发生在地裂缝附近。模型试验研究研究结果对于分析地裂缝活动区间地铁隧道工程的运营及维护具有重要的理论与实际意义。     

隧道斜交穿越地裂缝的模型试验研究

西安地区由北向南间隔分布有十多条近东西走向的地裂缝,建设中的多条地铁线路与地裂缝呈斜交状态。为了揭示地铁隧道斜交穿越地裂缝时受地裂缝活动而产生的力学性状变化,采用50:1几何相似比尺的物理模型试验仪,在合理模拟围岩地层、衬砌结构、应力条件、地裂缝与洞轴线交角及其错动位移基础上,开展了斜交地裂缝活动条件下隧道衬砌结构与围岩相互作用的物理模型试验研究,并与正交地裂缝活动下的测试结果进行了对比分析。表明斜交地裂缝活动对地铁隧道的影响范围更大,各变形缝均有明显的沉降差发展;邻近斜交地裂缝的衬砌结构易处于“悬臂梁”受力状态,衬砌结构不均匀沉降使其产生旋转位移,围岩土压力变化使衬砌结构内力产生显著变化;随着地裂缝错动位移的发展,上盘内拱顶和下盘拱顶、拱底出现围岩作用的加强,而上盘拱底出现围岩作用的松弛。与隧道正交穿越地裂缝的情况比较,斜交穿越地裂缝时围岩土压力和衬砌结构内力变化更大,易出现拉裂破坏。     

浅埋大跨隧道施工爆破监测与减震技术

以沪-蓉线庙垭分岔隧道工程为背景,研究了其浅埋大跨段掘进爆破的地表震动效应及大断面开挖减震控制技术,并结合爆破监测数据的回归分析,确立了地震波垂向衰减规律的数学模型。综合分析地表及洞内地震波的震动特性发现,地表质点振动主振频率主要集中在低频段;由于表土的滤波作用,主振频率随距离的增加而减小的趋势并不明显;洞内混凝土衬砌减弱了爆破对围岩的冲击,高频地震波衰减极快;开挖区上部的地表振速通常大于未开挖区的振速,浅埋大跨隧道爆破安全控制应以已开挖区顶部的地表振速为准。     

岩石爆破损伤模型的比选与改进

归纳了目前应用较为广泛的爆破损伤模型关于损伤变量的定义方法,基于FORTRAN与LS-DYNA自定义接口,将5种典型的爆破损伤模型成功导入LS-DYNA。根据具体的工程实例,对5种爆破损伤模型计算的精确性进行了对比计算和验证。结果表明,KUS模型与RFPA模型对应的结果与实测值更接近。选取计算结果较为准确的KUS模型进行改进,考虑压缩损伤,并修正了宏观弹性常数的确定方法,建立了拉压损伤模型,并对该模型的计算精确性进行验证,结果表明,该拉压损伤模型可以更好地定量描述岩体爆破损伤范围。     

砂土自由场地基水平垂直振动离心模拟试验

利用最新研制的R500B振动台在450 g-t离心机上对砂土自由场地基在水平和垂直地震下的动态反应做了离心模拟试验研究。模拟离心重力场为30 g,振动台在水平和垂直方向的控制最大加速度分别为20 g和10 g。模型内布置相应的微型加速度计以测量地震反应。结果表明,在水平和竖向同时激振与单向分别激振砂土两种情况下,砂土地基有不同的动力反应,应在设计中予以考虑水平和竖向同时激振的耦合作用对砂土地基的影响     

水情信息采集系统可靠性模型分析

分析了防汛指挥系统中水情信息采集系统的可靠性,并从理论上对描述水情信息采集系统模型的可靠性有关特征量参数进行了推导,最后得出了定量分析水情信息采集系统可靠性的方法和结论性公式。     

立井冻土掘进爆破技术的研究与应用

崩落爆破通常承担整个立井冻土掘进爆破40 %～60 %的破土量。宽孔距崩落爆破能够增加自由面的有效利用、增强自由面应力波的反射拉伸作用和消除或减小冻土中的应力降低区。在理论分析的基础上进行冻土爆破漏斗模型试验,综合考虑爆破漏斗体积和爆破后两炮眼间最大凸量,初步认为炮眼密集系数 =1.5左右时较为合理。结合立井崩落炮眼成圈弧形布置和冻土所受夹制作用相对较大的特点,建议应在此基础上适当降低立井冻土崩落爆破炮眼密集系数,这在进一步的工程实践中得到了验证。     

土与结构相互作用体系动力特性研究

建立了土与结构相互作用体系动力特性的分析方法-频响函数法.对于土与结构相互作用体系,在弹性半空间地基分析的基础上,考虑了地基土分层特性、地基土的非线性效应以及基础埋深对相互作用体系动力特性的影响,结合实际算例,研究表明土的分层特性和土的非线性特性对相互作用体系的动力特性有重要影响.