鼓式土工离心机技术及其工程应用研究

20世纪90年代以来,离心机模型试验在岩土工程的研究和工程实践等方面的应用得到了显著的提高。研究者之所以把目光投向离心机,是因为相对于昂贵和未知的现场试验来说,用离心机模型试验要比现场试验更为优越。自从1978年剑桥大学Schofield首次利用鼓式离心机以来,它的应用研究越来越多。通过介绍鼓式离心机的主要结构、模型控制以及数据采集系统等主要特征参数,阐述了其在岩土工程应用中的优点。通过PCC桩的承载特性模型试验介绍了鼓式离心机在岩土工程中的应用。     

表层液化地基中结构与桩惯性相互作用简化分析方法

传统桩基础结构抗震设计中一般认为忽略结构与桩基础相互作用影响使得结构所受惯性作用计算结果偏于保守,但对几次强震中地震动反应谱和桩基础结构震害特征的总结与分析表明,液化作用和结构与桩基础相互作用可能导致桩基础结构惯性作用增强。通过可液化地基中桩基础结构的动力离心模型试验手段,分析了地基液化对结构与桩惯性相互作用的影响,发展了适用于表层液化地基中的结构与桩惯性相互作用的简化计算方法,并利用该方法对文中及Wilson等的离心模型试验进行分析,得到的结构加速度与试验结果吻合较好,从而验证了方法的有效性。     

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。     

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.     

湖泊相软土真空堆载联合预压法的离心机试验研究

依托高速公路试验段真空堆载联合预压加固软土路基的现场试验,根据实际路基情况建立离心模型,对真空堆载联合预压加固湖泊相软土地基进行离心机试验,分析了在真空预压和堆载预压联合作用下软土路基的沉降规律,并将试验结果与现场监测结果进行对比,研究了两者沉降的关系。通过对比分析可知,采用真空堆载联合预压加固湖泊相软土路基,地基土在工期内的沉降占总沉降87%以上,加固效果明显;用该方法加固后软基的工后沉降发展缓慢,两年内工后沉降最多为2.5 cm,路堤断面沉降差不超过5 mm,不会影响公路正常使用;试验结果与现场实测值沉降趋势基本相同,但由于现场试验条件及离心试验误差影响,导致两者沉降值存在差异。     

人工岛沉降的离心机模型试验与数值分析

采用离心机模型试验与数值方法,对某一人工岛深厚软黏土地基的沉降特性进行了研究。在模拟现场施工条件下,通过离心机模型试验,研究了60 m厚软黏土地基的沉降特性。基于离心机模型试验,建立了二维有限元模型,应用弹黏塑性本构模型对软黏土地基的沉降规律进行了分析。通过模型试验与数值计算结果的对比分析,结果表明,模型试验与数值计算得到的工后沉降曲线基本吻合,初期沉降速率较大,后期沉降速率相对稳定。在浅部土层,计算得到的超孔压消散快于模型试验结果,而深部土层两者超孔压消散规律基本一致。二者规律的一致性验证了所用数值方法的可靠性。     

地震波振幅对黄土-泥岩边坡动力响应规律的影响

研究地震作用下黄土-泥岩边坡动力响应特征,对边坡的稳定性评价和抗震设计具有重要指导意义。基于边坡的离心机振动台试验和数值模拟分析,研究地震波振幅对边坡地震动响应的影响规律,结果表明：由坡体深部至浅表层,黄土-泥岩边坡的水平向和垂向加速度放大效应呈非线性增加,且水平向大于垂直向,在坡体顶部到达最大,表现为趋表效应和高程效应;在边坡内部岩性接触部位,黄土层内动力响应较大,泥岩中动力响应较小,表现为岩性效应;随着输入地震波振幅的增加,坡体动力响应表现为先增大后减小的趋势,当输入振幅达0.3g时,坡体动力响应最大。黄土-泥岩边坡的变形破坏过程为：随输入地震波振幅增加,坡顶逐渐形成拉张裂缝,不断扩展,坡体中上部溜土,产生向临空面方向的位移,坡体中部发生鼓胀隆起,局部坡体振动松散,岩土体滑落至坡脚堆积。     

离心模型试验在粉喷桩处理软土地基沉降中的研究

离心模型中的固结时间是原型的固结时间缩短至1/N2,能够在较短的时间内模拟软土地基的长期沉降.采用离心模型试验方法,模拟软土地基在粉喷桩处理后的渗透固结性状。通过对地基施工期阶段及工后的沉降进行分析,证实了用粉喷桩进行处理地基是可行的。     

含弱渗透性覆盖层饱和砂土地震液化特性研究

针对含弱渗透性覆盖层的饱和砂土地基进行一组离心机振动台试验,并采用OpenSees对试验模型进行数值模拟。通过模型试验与数值模拟结果对比讨论OpenSees对于饱和砂土地基地震液化模拟的精度;采用水平方向的Arias强度表示传入某一位置的地震动强度,并以液化时水平方向Arias强度作为该土层的抗液化强度;采用OpenSees计算不同地震动输入时饱和砂土的反应,以此检验Arias强度作为抗液化强度的准确性。结果表明,引起饱和砂土液化所需要的地震动强度随深度增加而增加;当传入的地震强度达到砂土发生液化所需要的地震强度时,该层砂土将会发生液化。