不同法向边界条件接触面三维力学特性的试验研究

运用最新研制的80 t三维多功能土工试验机对粗粒土与结构接触面在3种典型法向边界条件下的三维力学特性进行了试验研究。结果表明,接触面法向边界条件对其力学特性有重要影响,不同法向边界条件下接触面表现出了一些相似和不同的力学响应：(1)接触面总体上剪缩或有剪缩趋势,但数值不同;(2)除常应力条件外,接触面切向应力-切向位移关系曲线同一循环内一般不闭合,不同循环也不重合;(3)3种法向边界条件下接触面应力比-切向位移关系曲线同一循环内基本闭合,不同循环也基本重合,且形状较为相似,均呈椭圆形;(4)接触面静、动抗剪强度指标随法向边界条件变化不大,但动抗剪强度则差别很大。     

液化地基侧向流动引起的桩基础破坏分析

20世纪60年代以来,流动地基中的桩基础的震害现象和抗震设计受到了工程师和研究者的广泛关注。对侧向流动地基中桩基础的一些典型震害现象和其可能震害原因的归纳和分析,显示目前研究仍不能完全解释侧向流动地基中桩基础的震害现象。选取新泻地震中昭和大桥桩基础破坏案例采用p-y方法进行计算,分析地基侧向流动引起的桩基础破坏的影响因素。计算结果显示,合理地描述液化砂土的p-y曲线模型在侧向流动地基桩基础分析中起到关键作用。对于侧向流动地基中桩基础的震害机制的进一步理解和抗震设计,有赖于更为合理和有效地液化砂土中的p-y模型的发展。     

水平循环荷载下风电机桩基础离心模型试验研究

在近海风力发电工程中桩基是常用的基础型式,海上风力发电机桩基础一般建立于复杂软土地基、承受着海上风浪、潮流等近似水平向的循环荷载作用,而风力发电机组运行对基础的承载力和变形有严格的要求。因此,研究水平循环荷载下桩土系统变形规律和相互作用机制具有重要的意义。针对典型的近海风机单桩基础,选取典型的饱和砂性土地基,通过离心模型试验的方法研究了水平循环荷载下的风机桩基础的受力变形规律。试验结果表明,水平向循环作用下,桩周围土体中变形主要呈现为挤压或塌陷产生的沉降和水平向变形,变形主要集中在桩周围较小的范围内;变形呈现逐渐累积特性,其大小随着循环次数的增加而增加;桩身弯矩峰值出现在埋深上1/3处,多次循环后的弯矩大小和分布变化不大;桩周围土体中不同位置产生不同的超静孔隙水压力,孔隙水压力发展对土体变形有一定影响     

夹有泥皮粗粒土与结构接触面力学特性试验研究

进行了粗粒土与结构之间夹有泥皮和无泥皮两种状态的接触面单调和循环剪切试验,初步研究了夹有泥皮时接触面静动力学特性的规律和作用机理。试验表明,泥皮对粗粒土与结构接触面的力学特性有重要影响。当泥皮不厚时,接触面仍表现出粗粒土与结构接触面的基本力学特性。泥皮越厚,接触面的抗剪强度越低,相对法向位移会越大。当泥皮极厚时,泥皮将隔断粗粒土与结构面的接触而成为泥皮与结构接触面。泥皮对接触面力学特性的影响程度不仅与泥皮本身的特性及其厚度有关,还与构成接触面的结构面材料与粗粒土的特性有关。     

粗粒土与结构接触面的可逆性与不可逆性剪胀规律

进行了粗粒土与结构接触面的单调和往返剪切试验,研究了接触面的剪胀特性。试验结果表明,接触面的剪胀体应变是由一个完全可逆性的体应变分量和一个不可逆性的体应变分量构成的。不可逆性剪胀体应变反映了接触面内的土颗粒破碎和剪切压密两种物态变化,其变化规律与接触面的应力相对位移关系的演化规律具有相似性,是接触面力学特性演化的一个重要量度。可逆性剪胀体应变存在相变点,并表现出明显的剪切异向性,该异向性的主要内因是由于剪切引起的结构面附近土的结构异向性。基于接触面受力变形机理分析,引入有效剪应变等概念,建立了剪胀方程。     

土与土工织物接触面力学特性的试验研究

在大型土与结构接触面循环加载剪切仪上添加了拉拔试验模块,进行了大尺寸的粗粒土与土工布接触面的单调和往返剪切试验以及土工布拉拔试验。剪切试验结果表明,粗粒土与土工布接触面出现了一定程度的应变软化,相对法向位移的变化受法向应力影响很大,并表现出异向性。土工布拉拔试验结果表明,由于土与土工织物接触面的剪胀造成该类接触面的抗剪强度与法向应力不再是线性关系;将接触面剪切试验和拉拔试验方法结合起来是研究土与土工织物接触面力学特性较为全面和合理的手段。     

离心场中土体图像采集与位移测量系统的研制与应用

以存储前移为主要思路,开发了离心场中高质量图像高速采集与位移非接触测量系统。该系统由图像采集、数据存储、通讯控制、分析处理和辅助制样5个子系统组成,能够克服高速旋转的离心场的干扰,在离心模型试验过程中高速采集高质量图像。该系统能够对多点同时进行测量,从而得到土体表面任意时刻、任意区域的位移场,并具有对土体无干扰、测量精度高、前期准备工作量小、自动化程度高等优点。使用该系统对土坡破坏离心模型试验中的土坡变形过程进行了测量,结果表明,土坡的破坏过程可分为均匀变形、应变局部化和破坏后变形3个阶段,加载过程中首先在坡顶和坡脚产生应变局部化。     

坡顶加载时黏性土坡土钉加固前后的离心模型试验比较研究

为研究坡顶加载条件下黏性土坡的承载特性和变形规律,进行了素土坡和土钉加固土坡的加载离心模型试验。测量了土坡的承载和变形过程。通过对比两种土坡的承载特性和变性规律,土钉的加固作用体现在：限制了土坡向坡面方向的位移,使土坡的承载能力得到了明显提高;在加固土坡内形成的土钉影响区域改善了加载底板边缘处的薄弱程度;增大了土坡中上部土体的竖向压缩变形,减小了剪切变形,增强了土坡的稳定性。土坡上部土钉的加固效果随着坡顶荷载的增大而越明显;土坡中下部土与土钉的相互作用越靠近坡面越强     

降雨条件下土坡变形机制的离心模型试验研究

自行研制了离心场降雨模拟设备,进行了降雨条件下边坡的离心模型试验。试验模型在离心机中加载到50g,然后开始降雨。采用非接触位移测量系统测量了试验过程中边坡的位移场变化,通过T5张力计测量边坡中典型点的吸力变化。试验结果表明,边坡的位移随降雨量的增大逐渐发展,发生明显变形的区域也逐渐变大,主要集中在边坡表面。边坡某处应变迅速变化的时刻与土体含水率迅速增大的时刻相一致。边坡某点的应变随降雨量的增加不断增大,并存在2个拐点,形成湿润锋和稳定锋2个锋面,并把边坡分成3个区域,通过锋面的变化反映降雨条件下边坡的变形过程。     

地下水开采对桥梁结构影响的离心模型试验研究

地下水开采是导致地面不均匀沉降的重要因素之一,而地面不均匀沉降又会对桥梁结构造成较大的危害。通过离心模型试验研究了离心场中地基抽水对桥梁结构物的影响。在自主研制的离心场中地基抽水对结构物影响的模拟和测量系统基础上,测量了抽水过程中粉土地基中沉降的变化以及桥梁结构的变形分布规律,探讨了地面不均匀沉降对刚性桥梁、简支桥梁以及简支连续桥梁的影响规律。试验结果表明,水井抽水的初期非稳定渗流期是桥梁变形发展最快的阶段;减小桥垮长度以及桥面桥墩改用铰连接都可以使得桥面轴向应变减小;地基的水平位移会给刚性桥梁中部带来较大的变形