刚性挡土墙后三维被动滑裂面的模型试验

针对无黏性土体,采用模型试验的方法,研究平移模式下刚性挡土墙后被动破坏滑裂面的空间形态。自主设计一种模型试验装置,重复开展6次试验,通过记录挡土墙后土体中预埋脆性玻璃条断裂的空间坐标,复原土体发生滑动的位置,绘制出挡土墙后滑裂面的三维形态图。试验结果表明：挡土墙后滑裂面具有明显的三维效应;挡土墙宽度内滑裂面纵向高度呈先缓慢增高后近似直线增高的曲面,初始破裂角度为9°,平均破裂角为26°,朗肯土压力理论的破裂角为28°;最大纵向破裂面长度为1.8倍挡土墙高度,与经典土压力理论的平面假定基本一致;滑裂面均有一定的横向扩展,主平面投影以初始扩散角约45°的斜线往外扩展,距离挡土墙最远处是宽度为0.7倍挡土墙宽度的水平线,斜线与水平线之间以半径为挡土墙宽度的圆弧过渡连接。研究结果为分析土体被动破坏的滑裂面空间形态提供了试验依据。     

桩-承台-土复合受力体的拟静力模型试验

在1.2 m×1.2 m×1.2 m小型土工箱中完成了4组采取不同桩头连接构造的单桩-承台-土复合受力体缩尺模型的低周往复水平加载抗震试验,获得了试件破坏形态、荷载-位移滞回曲线、刚度退化曲线、桩身弯矩及桩侧土压力等数据,研究了不同桩头连接构造对试件水平受力性能的影响。研究表明：桩头部位采取不同的节点连接构造措施对桩头破坏形态和破坏程度、体系耗能能力和水平极限承载力及桩身弯矩分布规律均有一定的影响,但对桩与承台侧面的土压力分布规律和大小的影响并不显著。对于桩头普通连接的情况,以桩头嵌入深度为0.5D（D为桩径）为宜。桩头加强环连接与桩头嵌入深度1.0D时的连接具有大体相当的桩头约束效果,但加强环的制作相对复杂,其约束效果和破坏形态与加强环的截面尺寸、混凝土强度及配筋参数均有关系,应进一步深入研究。     

双锚固段新型锚索锚固性能研究及工程应用

为探究高路堤、深路堑边坡锚固系统耐久性以及锚固效果,研制了一种内外双锚固段新型锚索,从其结构设计、结构特点及锚固机理入手,分析其受力模式与计算方法,并通过室内足尺模型试验分析双锚固段新型锚索锚固效果,试验结果表明,（1）外锚固段有效的起到了双重锚固作用;（2）双锚固段锚索系统能有效避免因锚索失效导致的预应力损失;（3）整个锚固系统能实现反向自锁功能,与传统的锚索比,安全可靠性更高,能有效避免因锚索破坏突发灾难性的安全事故,长期性价比高;（4）工程实例验证石炭系岩关组砂岩、泥岩及深灰色灰岩呈互层地层外固段长度不少于8 m,才能有效地避免外锚头失效自由段预应力不损失。试验结果对正确分析双锚固段新型锚索加固作用机制和工程设计应用具有一定的参考价值。     

煤岩水力压裂裂缝扩展形态试验研究

通过室内水力压裂物理模拟试验系统,对大尺寸原煤进行了水力压裂模拟试验,根据水力裂缝的空间展布形态分析了煤岩储层水力裂缝的延伸规律,揭示了网状裂缝的形成机制。结果表明：水力裂缝易在弱层理处分叉和转向,发育的层理和裂缝系统等结构面为压裂形成裂缝网络提供了前提条件。泵压曲线呈现出的频繁波动是煤岩内产生网状裂缝的一个显著特征。水力裂缝的起裂与延伸有4种基本模式,裂缝网络的形成多为这4种基本模式的组合。地应力差异系数和泵注排量对煤层水力裂缝形态有较大影响。较小的地应力差异系数更利于网状裂缝的形成;较高的压裂液排量易形成相对简单的裂缝形态,导致压裂改造效果较差。该试验方法和试验结果可为现场水力压裂参数设计和优化提供参考和依据。     

基于MatDEM的砂土侧限压缩试验离散元模拟研究

离散元法基于非连续介质力学理论,尤其适用于砂土等离散介质体的数值模拟研究。利用岩土体离散元模拟软件MatDEM的二次开发功能,研发了砂土侧限压缩试验三维离散元模拟器。对三个不同级配砂土试样进行了侧限压缩试验,并且进行了与之相对应的数值模拟,通过分析对比试验结果与数值模拟结果验证了所开发模拟器的有效性。模拟结果表明:离散元法可以很好地反应砂土压缩过程中的配位数变化;每个模拟样品中,粒径较小的单元受到较大的平均压力,导致平均位移较大;数值计算结果的主要误差是由离散元颗粒自身的泊松比引起的。研究突破了常规土力学研究方法的局限性,为今后岩土工程离散元模拟研究提供了参考。      

修正剑桥模型在DPC桩—土结构层中的应用分析

针对DPC桩-土结构层开展大型直剪试验,基于试验分析,在考虑DPC桩-土结构层注浆影响上引入临界应力比,构建了可描述应变软化的修正剑桥模型应力应变方程。直剪试验表明DPC桩-土结构层剪切特性表现为剪切软化,具有明显的峰值强度和残余强度,呈现出明显的结构性,其特征与超固结的黏土的剪切应力应变曲线特性类似。推导出的修正剑桥模型能较好的解释实验结果,所得出的结论对DPC桩的设计有一定的指导意义。      

连云港海相软土不排水强度特征

连云港地区软土为碱性环境下沉积的非均质海积软土,软土抗剪强度具有固有各向异性。采用三轴不固结不排水剪切（UU）试验、无侧限抗压强度（UTC）试验、快剪试验和原位十字板剪切（FVT）试验4种方法,对连云港地区软土的不固结不排水抗剪强度特征进行了研究。结果表明：土体水平剪切面强度最低,竖直面抗剪强度最高;土体制样采用垂直方向的切取试样方式时,土体强度最高。根据三轴UU试验得出的黏聚强度和内摩擦角基于土体单元极限平衡理论恢复了土体剪切破坏时的应力状态,计算出土体实际抗剪强度。三轴UU试验得出的抗剪强度平均值约为13.13 kPa,试样破裂面与水平面的夹角在45.1°~45.7°区间最为集中。UTC试验测得的土体平均抗剪强度近似等于三轴UU试验测得的平均抗剪强度。FVT试验测得软土抗剪强度平均值为19.72 kPa,与三轴UU试验和UTC试验得出的抗剪强度平均值相比高了约6.60 kPa,这种现象与室内试验试样的机械扰动、土体应力状态改变和剪切面特征有关。     

畸形波作用下双层水平板防波堤压力分布特性研究

基于物理模型试验,考虑畸形波参数、相对板宽、相对波高等影响因素,就畸形波对平顶双层水平板防波堤作用进行研究。首先对畸形波作用下双层水平板的波浪力分布特征进行了讨论,然后就最大波动压强、结构最大总垂向力与不规则波作用进行了对比分析。结果表明,畸形波作用下,双层水平板最大波动压力出现在前端迎浪区域附近,向尾端逐渐递减。双层水平板4个受力面的压力分布不同且有相位差,4个受力面的最大波动压力时间差约在0.1T_p~0.4T_p范围内变化。与不规则波作用比较,畸形波作用没有显著改变波压包络分布特征,但增大了波压包络强度值。试验范围内,就最大总力而言,两者最大总浮托力比值在1.06~2.45间变化;向下的最大总垂向力比值在1.22~2.07之间变化;就波动压力而言,其增大的幅度与畸形波参数α₁相关性最强,随α₁的增大而增大,在α₁=2.04~3.1试验范围内,畸形波作用时的最大压强比不规则波作用时可约增大20%~80%。就最大波吸力而言,两者的比值与畸形波参数α₄相关性最强,随α₄的增大而减小。在α₄=0.62~0.75试验范围内,最大波吸力强度的比值在1.61~0.87范围内变化。当α₄≤0.72时,畸形波作用时的最大波吸力大于不规则波作用时的最大波吸力;当α₄ > 0.72时则刚好相反。     

Experimental and numerical study on vortex-induced motions of a deep-draft semi-submersible

An experimental study on vortex-induced motions (VIM) of a deep-draft semi-submersible (DDS) was carried out in a towing tank, with the aim to investigate the VIM effects on the overall hydrodynamics of the structure. In order to study the fluid physics associated with VIM of the DDS, a comprehensive numerical simulation was conducted to examine the characteristics of vortex shedding processes and their interactions due to multiple cylindrical columns. The experimental measurements were obtained for horizontal plane motions including transverse, in-line and yaw motions as well as drag and lift forces on the structure. Spectral analysis was further carried out based on the recorded force time history. These data were subsequently used to validate the numerical model. Detailed numerical results on the vortex flow characteristics revealed that during the “lock-in”, the vortex shedding processes of the upstream columns enhance the vortex shedding processes of the downstream columns leading to the rapid increase of the magnitude of VIM. In addition to the experimental measurements, for the two uniform flow incidences (0° and 45°) investigated, comprehensive numerical data of the parametric study on the VIM characteristics at a wide range of current strength will also serve as quality benchmarks for future study and provide guidance for practical design.