离心模型试验

摘要： 高桩码头是码头常用结构型式之一,因其适用于软土地基而在众多河口、海岸地区广泛采用。然而高桩码头在后方软土地基自重及堆载的作用下会产生明显的侧向变形,给码头结构造成严重的损伤。通过离心模型试验研究了采用深层水泥搅拌法(CDM)加固情况下,码头后方在堆载作用下岸坡变形机理、高桩码头承载及变形模式,进而研究加固体对高桩码头岸坡变形的影响。研究结果表明:经CDM加固后,加固体起到了挡土墙的作用,使岸坡水平位移减小,坡顶隆起量增大,但加固体下部侧向膨胀变形增大;综合来看,CDM法加固使高框码头承载力得到显著提高。

摘要： 位于我国西北地区高寒区的供水渠道大多数面对极端寒冷、异常干旱、复杂地质环境等恶劣自然条件,为了防止冻胀往往冬季不供水,渠道每年经历湿干−冻融循环过程。为了研究膨胀土渠道在反复湿干−冻融循环过程中的劣化机理,分别从湿干−冻融循环下膨胀土的裂隙损伤、强度衰减及渠道劣化演变3个方面阐述高寒区膨胀土渠道边坡破坏情况,具体包括:揭示湿干−冻融循环下膨胀土的裂隙空间演化规律,提出基于三维裂隙分布特征的膨胀土裂隙网络结构评价方法及相应的细观结构劣化模型;阐明湿干−冻融循环作用对膨胀土有效抗剪强度指标的影响规律,建立湿干−冻融循环下的渠基土强度衰减方程;研发能够模拟冻融及湿干−冻融循环过程的超重力场大型模拟试验平台,揭示高寒区膨胀土渠道在湿干−冻融反复循环下的长期性能演变规律。该研究成果可为我国高寒区膨胀土渠道工程的设计及长期安全运行提供参考。

摘要： 针对西南地区某机场加筋边坡的离心模型试验,建立与离心试验尺寸一致的有限元数值模型,并采用考虑时间因素的Cvisc蠕变模型与M-C模型,模拟分级加载过程中离心模型的位移、土压力、筋材拉力随时间的发展和分布情况,并与离心模型试验结果进行比较。采用Cvisc模型研究了不同筋材长度,以及不同部位的筋材加密和筋材模量增加对加筋边坡的影响。研究结果表明:Cvisc蠕变模型能较好地描述变加速度加载的离心模型试验,引进时间因子能反映出不同时刻下离心模型的位移、土压力、筋材拉力;随着筋材长度的增加,潜在滑面后移,边坡稳定性提高;在1/3坡高处筋材拉力和水平位移最大,通过对1/6~1/2坡高范围内筋材加密或模量增加,是提高边坡稳定性最有效的方法,筋材加密效果优于筋材模量增加。

摘要： 随着城市规模的扩大,高速发展的城市工程建设与城市紧张的土地资源之间的矛盾日益凸显,工程建设中基坑的深度也越来越大。基坑工程中决定工程安全性的最重要因素为基坑支护结构的变形,这不仅影响自身建筑物的安全,而且与周边环境的安全也密切相关。学者对基坑支护工程的研究越来越深入。刘国彬等[1]研究了开挖卸载条件下土体的强度变化规律及对主、被动区土压力的影响;李景林等[2]通过离心模型试验模拟基坑开挖的应力路径变化过程。

摘要： 由于西南山区地形复杂,该地区机场常使用高填方的方式来建设地基,其中加筋土边坡是高填方工程的一种重要形式。为研究加筋高填方边坡稳定性影响因素,对自然工况与多种雨强工况下2种坡度加筋高填方边坡进行离心模型试验,分析加筋高填方边坡的变形和稳定性特性。结果显示在天然工况与降雨工况下,加筋边坡稳定性与坡度之间都存在近似线性的负相关关系,但在降雨工况下,加筋边坡稳定性对坡度变化带来的影响更加敏感。同时利用PLAXIS与Geostudio分别对2种工况,2种坡度加筋高填方进行稳定性数值模拟。结果表明随着坡度增加,坡体孔压分布等值线由同心圆形逐渐转换成层状,渗流中心随坡度增加存在“坡体中心位置-坡脚位置-基覆界面水平斜面交界处”移动趋势。

摘要： 如何保持新旧路基间的变形协调是拓宽工程中普遍关注的问题,目前尚缺乏对于拓宽方式对软土路基工程特性影响的直接对比分析。本文开展离心模型试验,采用普通填料或气泡轻质土进行放坡或挡墙拓宽,分析了新旧路基变形、地基土中孔压和土压力在路基拓宽后的变化规律。试验结果表明,气泡轻质土显著减小拓宽过程中产生的孔隙水压力增量和附加应力增量。相较于边坡拓宽,挡墙拓宽方式对地基影响更小。轻质土路堤采用挡墙拓宽方式引起的挡墙倾角和墙背土压力均较小。采用Boussinesq公式计算得到的拓宽路堤引起的地基中附加应力分布与实测值基本吻合,且偏于保守。本文的研究成果对指导路基拓宽工程具有借鉴意义。

摘要： 采用离心场基坑开挖设备进行了粉质黏土悬臂支挡基坑开挖的离心模型试验,并根据试验结果分析了粉质黏土基坑变形规律和悬臂支挡结构土压力特性。结果表明:开挖过程中悬臂挡墙会朝坑内偏转,并伴随一定的挠曲变形;基坑变形依赖于挡墙的变形模式和大小,随挡墙位移增长,具有明显的阶段性;墙后土体位移随深度增加而减小,同一深度上随距挡墙距离减小而增加;墙后土压力随挡墙位移增加而下降,且下降速率逐渐减小,直至土压力达到极小值;土压力沿深度方向近似呈抛物线分布,极值点大致在4/5墙高处。

摘要： 地面堆载对地下既有隧道的安全稳定影响显著,软黏土地区相关规范对堆载引起的隧道位移限制十分严格.为了准确评估软黏土地区地面堆载对隧道位移的影响,首先通过离心模型试验研究了地面堆载对隧道位移和土体变形的影响规律,然后基于离心模型试验建立了相应的有限元模型,通过室内土工试验确定了土体本构模型的参数取值,从土体应变和剪切刚度等方面对比分析了HS模型和HSS模型在研究软黏土地层地面堆载问题中的适用性.在此基础上,综合考虑堆载规模和隧道位置等参数,进一步探讨了地面堆载对软黏土地层变形和隧道位移的影响,相关研究成果可以为工程设计提供参考.

摘要： 针对深海钢悬链线立管系统流线段与土体相互作用问题,采用离心模型试验方法开展管道多次水平向运动循环试验,揭示了考虑淤泥层的管土相互作用机制及破土抗力发挥规律。结果表明:首次推管可以发现,由于软弱淤泥层的存在,土体抗力曲线均随位移呈现硬化型曲线,在滑移距离为0.1 D左右时达到破土状态,安装工况、水压试验工况和操作工况对应的破土抗力分别为3.45 kN、4.28 kN和3.78 kN,在破土抗力后管道持续下扎,土拱不断扩大,破土抗力以后的侧向抗力持续增加,呈现重管特征,当最大位移(X/D=2.5)时对三个工况的侧向抗力分别为9.07 kN、12.07 kN和9.97 kN;随后的往复推管过程中可以发现,随着首次推管淤泥层消散,管道接触土体强度增强,管土作用曲线呈轻管特征,在滑移距离为(0.7~1)D时出现峰值抗力,随着往复推管次数的增加,由于土拱范围的累积增大,峰值土体抗力逐渐增加,平均增长幅度不超过25%。

摘要： 为验证南水北调工程安徽段-白山枢纽工程搅拌桩加固河堤的安全性,采用离心模型试验方法研究了高重力场下河道水位、河堤表面沉降、不同位置桩土的受力与变形性状及河堤的变形破坏模式。结果表明,土体中自由水通过破坏后的桩体排出导致河道水位上升。一级坡顶沉降最大,最危险滑动面剪入口位于一级坡中部,除最危险滑动面以外的地基中仍然有潜在的滑体和滑动面存在。离心加速度升至80 g时,河堤发生深层滑动失稳破坏。失稳破坏过程中,一级坡顶下桩体表现出受压受剪破坏,一级坡面及二级坡顶下桩体表现为压弯和拉弯破坏,二级坡面至河床下的桩体表现为剪切破坏。地基滑动面并未完全穿过桩体破坏位置。

摘要： 本文进行了黄土高填方沉降离心模型试验,研究了"V"形沟谷中填筑体在施工期和工后长期沉降特性.采用"柔性"和"刚性"两种沟谷地基模型,研究了边界条件对填筑体沉降的影响.进行了离心状态下的增湿模拟试验,就不同边界条件下填筑体增湿沉降规律进行了初步探讨.研究结果表明,黄土高填方填筑体各阶段的沉降与边界条件密切相关,深厚填筑体自身沉降在"柔性"和"刚性"两种沟谷地基模型中存在明显差异,由于两种沟谷地基的约束能力不同,地基刚度的变化对于"V"形沟谷中填筑体各阶段沉降存在显著影响.

摘要： 建在深厚覆盖层上的高心墙坝,防渗墙顶端的土体受力性状十分复杂.针对防渗墙顶端与土体的接触变形问题,设置了防渗墙顶部为粘土和高塑性粘土两种工况,进行了离心模型试验研究.采用逐级增大离心机加速度的加载方式模拟土石坝的分层填筑过程,并测量地基表面沉降和防渗墙顶部土体的土压力,基于高速摄影技术和Geo-PIV技术分析断面位移场,得到了防渗墙顶部土压力、防渗墙与土体的相对位移、防渗墙周围土体位移场分布规律.研究成果表明:防渗墙对其周围覆盖层土体的竖直变形产生了十分明显的"项托"作用,使得防渗墙顶端土压力远大于理论静止土压力;当防渗墙顶端土体有部分区域为高塑性粘土时,与普通粘土相比,其顶端最大土压力得到了较大程度的改善,充分证明了高塑性粘土在心墙坝结构设计中起到的缓冲作用.

摘要： 针对某市三条输水隧洞下穿既有地铁隧道沿线,采用离心模型试验技术研究了新建隧洞以不同间距下穿既有隧道,对既有隧道产生的影响以及上覆地表土层的沉降变形.通过分阶段排出固定体积的溶液模拟盾构掘进过程中的地层损失,辅以激光位移计以及应变片对既有隧道和地表变形进行监测.试验结果表明:隧道深埋时,新建隧道与既有隧道净距为一倍隧道直径时,既有隧洞不均匀沉降愈显著;净距两倍以上隧洞直径时既有隧道不均匀沉降趋势渐弱.深埋隧洞开挖对地表沉降影响较小.离心模型试验成果为隧道模型试验以及同类隧道开挖施工提供参考依据.

摘要： 盐城港滨海港区地基中存在一层厚约5.3m压缩性高的粘土,拟建的第一座10万吨级通用泊位码头结构采用了分离卸荷式地连墙板桩结构,鉴于上述高压缩性的粘土层与码头前沿泥面线相近,这对码头结构稳定性可能存在较大影响,为此,开展土工离心模型试验,对码头设计方案稳定安全性进行了验证.模型试验模拟了极端低水位这一最不利水位条件,同时按最不利的加载顺序模拟码头面竖向荷载的施加,试验测量了码头前墙、锚碇墙和两排直立灌注桩的弯矩反应、前墙锚着点处的侧向位移反应和拉杆内力反应,结果发现,码头各构件内力反应最终趋于稳定值,前墙锚着点位移和前墙倾斜度均处于合理区间,码头结构整体稳定,表明本板桩结构设计方案合理可靠.

摘要： 劲芯水泥土桩是一种加固软土路基的新方法.它是在水泥土搅拌桩成桩后,水泥土硬化前,将预制混凝土芯桩压入搅拌桩,形成的一种复合材料桩.该工法能够有效地减少地基总沉降和不均匀沉降、提高地基承载力和提高路堤稳定性.本文开展劲芯水泥土桩承载铁路路堤离心模型试验,研究了芯桩桩长对地基变形规律的影响,分析了不同芯长比下桩土荷载传递规律和孔压消散情况.试验结果表明,劲芯水泥土桩复合地基沉降、不均匀沉降随着芯桩桩长增大而减小,而桩土应力比随芯桩长度的增大而增大,劲芯水泥土桩的存在有利于孔压的消散.

摘要： 海洋工程中,通常采用桩基础来支撑海洋平台.由于风和波的作用,桩基础长期承受着水平循环荷载.针对饱和黏土地层,开展离心模型试验研究水平循环荷载作用下单桩的变形特性.采用液压系统模拟作用在桩头的水平循环加载—卸载.试验结果表明:加载—卸载循环后,桩基础并不能回到初始位置,即循环荷载引起了桩基的残余水平位移和弯曲变形.这是因为循环荷载引起了桩周围的土体产生了不可恢复的塑性变形.当最大水平循环荷载从10kN增加到50kN时,桩头残余水平位移介于40-154mm,桩身最大残余弯曲应变介于100-260μ;桩头残余位移和最大位移的比值为0.17-0.22,残余弯曲应变和最大弯曲应变的比值为0.13-0.55.

摘要： 爆破挤淤处理软基技术具有施工工期短、固结沉降快、地基后期沉降小等优点,已广泛应用于淤泥质海岸工程的地基处理,但目前研究远落后于工程实践.随着爆破离心模拟技术的发展,实现了离心场外对场内引爆装置的控制,为爆破荷载下软土地基动力响应特性的研究提供试验手段.开展三组离心场中不同炸药量的爆破挤淤模型试验,研究爆破的影响区域,建立爆破荷载作用下的挤淤效果与炸药量的关系.试验结果表明,药包炸药量与爆破影响区域密切相关,爆破影响区软土含水率降低、密度增大,且爆破瞬间冲击荷载引起土压力和孔隙水压力的突变.研究成果可为爆破挤淤工程的设计和施工提供试验依据.

摘要： 深厚覆盖层上高土石坝抗震问题一直土石坝抗震研究的热点之一,而地震动在覆盖层中传播规律研究是上述研究的一个重要组成部分,为揭示地震在覆盖层中的传播机理,本文开展了动力离心模型试验,研究了分别研究了输入加速度峰值、土层特性对于地震动在其中传播规律的影响.研究发现,地震动经覆盖层传播后,低频成分被放大,高频被抑制,且随着输入地震动峰值增加,地震动加速度峰值放大倍数逐渐减小,而对于相同的地震动输入,加速度峰值放大倍数随着土体剪切刚度的增加而逐渐变大.

摘要： 目前圆形地连墙作为一种受力合理的围护结构,由于空间"拱效应"的存在,作用在拱圈上的土压力主要在地连墙内自身平衡,围护结构主要承受环向轴力,充分发挥了混凝土抗压强度高的特点,因此圆形地连墙的侧向位移相对较小.基于某深大圆形基坑工程实际,采用离心模拟技术研究基坑开挖过程中基坑土压力的分布,以及地连墙的水平位移和弯矩分布规律.分析表明,基坑地连墙最大水平位移为23.6mm,位于上部基坑的中下部,并且随着开挖深度增大,墙体位移逐渐增大且最大位移点不断下移;圆形基坑主动土压力比平面朗肯土压力小,且呈非线性分布,环向拱效应作用明显,随着开挖深度逐渐增大,开挖深度和半径之比即深径比对土压力分布影响显著.研究成果为圆形基坑土压力的分布模式研究和变形规律分析提供参考.

摘要： 本文通过一个深海拖拉重力锚的试验案例介绍了液压系统在离心机重力场下提供大荷载力的原理及使用方式。缸体做功方向与加速度方向相反，液压系统在离心机加速度15g时稳定运行，液压系统提供拉力，使运动件(重力锚)移动至设定位置。重力场下缸体的做功方向及安装位置角度的不同，直接关系到液压系统能否正常工作，同时设备辅助件也会对液压系统产生诸多影响，各种试验工矿要求不同，稳定控制、移动时间控制、位置控制、压力测试，均对液压系统的配置与使用提出了很高的要求，安装调试工作量占到了试验总体工作量70%以上。液压系统工作状态、稳定性直接关乎试验的成败。通过这个试验案例看到，液压系统应用在离心机试验中，有其突出的特点，表现在:可提供强大的做功力。通常离心机的测试设备大多由电机提供动力，受试验平台体积安装位置限制、滑环容量限制等诸多不变，当工程试验中需要大功率动作时，难以完成。液压系统是很好的选择;液压系统结构简单，技术成熟，辅助件种类丰富，易于配套加工。

摘要： 本发明属于岩土工程及隧道工程领域，公开适用于土工离心模型试验的盾构开挖面模型及模拟方法。模型盾构剖面紧贴离心模型槽内表面，以便观察盾构开挖面情况；模型盾构的一端为外包乳胶膜的带孔刚性板，用来模拟具有一定开口率的盾构刀盘及其与开挖面地层的接触；模型盾构的另一端连接液压加压系统，用来提供开挖面支护力。通过预埋的传感器测试地层横向表面位移；采用压力计测试开挖面支护力；采用粒子图像测速技术和近景照相绘图系统测试开挖面失稳过程中开挖面土体位移矢量场的变化过程。本发明使开挖面上土体的受力也更接近真实情况，得到更为真实的开挖面破坏形式，避免离心机加速过程中因地层压力变化引起的开挖面变形。

摘要： 本发明公开了一种土工离心模型试验模型桩的压桩装置。中底板与下底板螺栓固定，上底板一端与中底板一端铰接，中底板另一端两侧设置角度调节支架，上底板另一端两侧设有角度调整锁紧螺丝，调节上底板角度后锁紧；四根柱形导轨安装在上底板四个角上，电机托板安装在四根柱形导轨上部，电机托板侧面的电机托板锁紧螺丝将电机托板固定在四根柱形导轨上，与减速器相连的调速电机安装在电机托板上，与减速器输出轴相啮合的螺杆的一端穿过电机托板后固接在移动块板中心，模型桩的一端安装在移动块板下部。该装置能针对单桩和群桩等实施压入过程，能够调节桩的压入角度和速度，保证模型桩埋设位置的准确，能够在1g和离心环境下完成压桩过程。

摘要： 本发明公开了一种用于离心模型试验的拼装式盾构隧道模型衬砌及其制作方法，包括：(1)选定模型试验几何相似比；(2)选择合适模型衬砌材料；(3)计算模型的衬砌厚度、割槽深度、螺栓直径尺寸；(4)衬砌环加工及拼装；(5)结构防水措施。本发明可以解决传统的盾构衬砌及试验方法无法有效模拟盾构接缝、材料相似程度较低、无法真实还原盾构隧道在土体中的力学状态等技术问题。

摘要： 本发明涉及一种用于离心模型试验隧道模型表面压力采集装置，主要由薄膜压力传感器、信号发射器、信号接收器与计算机组成。薄膜压力传感器包裹在隧道模型表面，与模型一起置于离心试验模型箱内；薄膜压力传感器有引线接出，与信号发射器连接；模型箱与信号发射器封闭于离心试验机中；信号接收器位于离心试验机外，可接受信号发射器传出的测量信号；信号接收器再通过数据线与计算机连接，从而使用相关软件处理、分析数据。与现有技术相比，本发明使用薄膜压力传感器可以获得隧道表面压力分布情况，相比单点测量更加可靠，更全面反映了隧道的受力情况；且克服了传统试验中由于离心试验机旋转而难以以有线方式连接传感器和信号接收器的缺点。

摘要： 本发明属于岩土工程及隧道工程领域，公开适用于土工离心模型试验的盾构开挖面模型及模拟方法。模型盾构剖面紧贴离心模型槽内表面，以便观察盾构开挖面情况；模型盾构的一端为外包乳胶膜的带孔刚性板，用来模拟具有一定开口率的盾构刀盘及其与开挖面地层的接触；模型盾构的另一端连接液压加压系统，用来提供开挖面支护力。通过预埋的传感器测试地层横向表面位移；采用压力计测试开挖面支护力；采用粒子图像测速技术和近景照相绘图系统测试开挖面失稳过程中开挖面土体位移矢量场的变化过程。本发明使开挖面上土体的受力也更接近真实情况，得到更为真实的开挖面破坏形式，避免离心机加速过程中因地层压力变化引起的开挖面变形。

摘要： 本实用新型涉及一种煤与瓦斯突出离心模型试验的地层模型箱，地层模型箱包括上模型箱箱体、下模型箱箱体、模型箱底座、铅砂桶和围压室，所述地质模型外包裹有橡皮膜；上模型箱箱体与下模型箱箱体之间可拆卸连接，模型箱箱体模型箱底座上设有地质模型，地质模型的底部可拆卸连接在地层模型箱底座上，模型箱箱体地质模型的上端与铅砂桶的底部可拆卸连接，模型箱箱体上模型箱箱体与铅砂桶的侧壁之间设有密封圈。本实用新型，能够根据地质条件，进一步模拟地质构造应力和采动应力对煤与瓦斯突出的影响，扩大了煤与瓦斯突出离心模型实验的适用范围。

摘要： 本实用新型公开了一种离心模型试验中的土工格室模型张开工具，包括固定件(1)，固定件(1)一面垂直的设置有若干围成一圈的张开柱(2)，各张开柱(2)位置分别对应土工格模型(100)饱满张开状态下最外围一圈的各土工格室(101)的各外侧顶点(102)。该离心模型试验中的土工格室模型张开工具结构简单可靠，操作简单，制作简单，材料易获得，成本低廉，能够在离心模型试验箱中将土工格室模型张开饱满，方便地在格室格子中填充足够和恰当的土料，为减小试验误差，提高离心模型试验结果精确性提供了重要保障，具有很好的实用价值。

摘要： 本实用新型公开了一种土工离心模型试验用地基模型制作装置，包括由第一侧板、第二侧板、第三侧板和第四侧板组成的方形框体，第一侧板包括第一空心侧壁和第一实心侧壁，第二侧板包括第二空心侧壁和第二实心侧壁，第三侧板包括第三空心侧壁和第三实心侧壁，第四侧板包括第四空心侧壁和第四实心侧壁，第一空心侧壁、第二空心侧壁、第三空心侧壁和第四空心侧壁上分别设有第一压紧螺栓、第二压紧螺栓、第三压紧螺栓和第四压紧螺栓，第一实心侧壁、第二实心侧壁、第三实心侧壁和第四实心侧壁上均设有刻度线，第一空心侧壁、第二空心侧壁、第三空心侧壁和第四空心侧壁上均设有刻度线。本实用新型可制作不同尺寸、模量的地基模型，制作的地基侧壁平整。

摘要： 本实用新型公开了一种公路涵洞离心模型试验的一体式工况模拟装置，该装置包括底板、高度固定架、一对可伸缩板、地基模型、试验土样、配重装置和涵洞模型；底板平铺于离心机模型箱底面；所述高度定位架安装在底板上方；地基模型放置在底板上；地基模型上方放置所述涵洞模型；可伸缩板对称安装在地基模型两侧的底板上；可伸缩板倾斜放置；在离心机模型箱、底板、一对可伸缩板、地基模型和涵洞模型之间围成的空腔中填有试验土样；试验土样的上方放置有配重装置。试验装置结构简单，操作方便，不用频繁拆卸组装，能够高效准确的满足设计公路涵洞离心模型试验的要求，提高试验效率和精度。

摘要： 本实用新型公开了一种土工离心模型试验模型桩的压桩装置。中底板与下底板螺栓固定，上底板一端与中底板一端铰接，中底板另一端两侧设置角度调节支架，上底板另一端两侧设有角度调整锁紧螺丝，调节上底板角度后锁紧；四根柱形导轨安装在上底板四个角上，电机托板安装在四根柱形导轨上部，电机托板侧面的电机托板锁紧螺丝将电机托板固定在四根柱形导轨上，与减速器相连的调速电机安装在电机托板上，与减速器输出轴相啮合的螺杆的一端穿过电机托板后固接在移动块板中心，模型桩的一端安装在移动块板下部。该装置能针对单桩和群桩等实施压入过程，能够调节桩的压入角度和速度，保证模型桩埋设位置的准确，能够在1g和离心环境下完成压桩过程。