动荷载作用下饱和粉土动力特性研究

为了分析不同动强度影响因素的动荷载作用下黄河冲洪积粉质土的动应力—动应变发展规律,模拟了一定振动频率的循环荷载的动三轴试验。试验选用郑州市东北部分布广泛的粉土,分析了动应力幅值、循环振动次数、固结围压、固结比等对粉土动力特性的影响,从动应力—动应变关系研究了动荷载作用下粉土的动力特性。试验结果表明:饱和粉土的动应力—动应变的发展与土样的动强度影响因素有关;在循环荷载作用下,因动荷载与围压比值的不同,试样呈现出三种形态;随动荷载作用次数的增加,在同等动应力幅值作用下,试样抵抗外力引起变形的能力越来越差,其弹性模量随振动次数增加而减小、随围压的增加而增大。     

循环荷载作用下重塑饱和粉黏土的刚度弱化特性研究

以东海大桥海上风电场项目为课题背景,通过动三轴系统对重塑饱和粉质黏土开展一系列长期不排水循环加载三轴试验,分别考虑围压、动应力比和频率3种因素,特别是对高频(f5 Hz)下土体的动力弱化特性进行了研究。试验结果表明:累积塑性应变与累积孔压随着循环次数的增加而增大并且趋于稳定,呈现出应变软化和孔压软化现象。割线动变形刚度模量和割线动弹性刚度模量则随着循环次数的增加,先急剧降低然后趋于稳定,从而表现出刚度弱化现象。进一步研究了割线动弹性刚度模量与循环应变幅值的关系,割线动弹性刚度模量的衰减趋势受动应力比和频率的影响不大,与围压有关,围压越大,割线动弹性刚度模量衰减趋势越慢,衰减稳定幅值越低。     

不同应力路径下结构性软土的动力特性试验研究

为分析珠三角软土在不同应力路径下的动模量和动荷载特性,选取典型灰黑色淤泥进行不同围压和动轴力的动荷载室内试验,试验结果表明:动弹性模量Edmax与固结应力σ3存在函数关系;土体的动应变化规律随动应力比与门槛动应力比Rt和临界动应力比Rc之间的关系变化而变化;在不同围压σ3下,动强度随着围压的增大而增大;在相同围压下,随着振次的增大,动强度减小;软土有异于砂土,在动应力下强度降低为零并发生液化现象;在一定的固结压力下存在临界最小动强度,与围压有关;动孔压与振次之间的关系与轴向动应变随振动次数关系类似,同门槛动应力比Rt和临界动应力比Rc有密切联系。     

粉煤灰地震动力破坏和模量弱化特性研究

地震动力特性对于粉煤灰堆场、填筑体的安全至关重要。根据Seed-Idriss公式计算粉煤灰地基地震应力,通过动三轴试验研究50~200 kPa固结应力和3种不同动应力水平下的特性,得出地震下粉煤灰的动变形、动孔压、破坏形式和动模量弱化等特性。研究结果表明:地震循环应力较大时,破坏形式为双幅动应变达到限值;中等循环应力条件下,固结应力为50 kPa时,破坏形式为累积轴向应变达到限值,固结应力>50 kPa时,破坏形式为双幅动应变达到限值;地震循环应力较小时,粉煤灰不发生变形破坏。相同循环周数下,孔压比随着固结应力的增大而降低;达到变形破坏时,孔压远小于液化值。地震循环应力较大时,在10周循环荷载后,粉煤灰动模量迅速弱化;中等循环应力条件下,循环周数大于临界值后模量弱化指数迅速降低;地震循环应力较小时,粉煤灰的模量弱化不明显。研究成果可为粉煤灰堆场、地基、坝体等的动力计算提供依据。     

循环荷载下重塑饱和粉黏土的动—静强度弱化规律研究

选取重塑粉质黏土作为试验土样,采用室内动静三轴试验系统研究循环荷载作用下土体的动静力学特性,动静强度的弱化规律,考虑了围压、频率、固结比、动应力比、循环次数5种因素对动静强度的影响。试验结果表明:承受循环荷载作用后土体与原土体相比总强度可能会增加也可能会降低,剪切时的孔压都会大于原土剪切时孔压。可以统一的是所有承受循环荷载作用后土体有效强度都会降低。通过对强度进行无量纲化处理,引入了动弹性应变和动弹性孔压,确定了动弹性应变与有效强度比,动弹性孔压与有效强度比关系符合指数模型,并提出来适用于衰减系数与动弹性应变,衰减系数与动弹性孔压的对数函数模型。     

循环荷载作用下土的动力特性及隧道工后沉降分析

选取重塑砾质黏土作为试验土样,采用室内动三轴试验系统研究循环荷载作用下土体的模量弱化规律,并考虑多重因素下隧道工后沉降公式拟合。实验表明:累积应变与累积孔压随围压与动应力比的增大而增大,并在振动10000次达到稳定趋势,而模量模量弱化幅值呈现相反的规律。在不同激振频率下累积孔压,累积应变随频率增大而减少,模量的弱化幅值随频率增大而减小。在前人的基础上进一步考虑了激振频率对累积应变,和累计孔压公式进行拟合得到相关参数。研究成果对砾质黏性土的动力特性以及隧道工后沉降预测提供了有价值的参考。     

循环应变下饱和砂（粉）土壤化动力特性研究

通过循环应变动三轴试验，研究了饱和砂（粉）土衰化动力特性。首先阐明固结压力对循环累积孔压比的影响，进而建立了循环应变下的累积孔压比归一化关系；为了揭示衰化动变形参数的变化与非衰化动变形参数变化之间的联系；提出了测定衰化动变形参烽变化关系的试验与数据处理方法，提出建立了衰化动变形参数的归一化关系。     

贮灰场沉积粉煤灰动力特性试验研究

贮灰场沉积粉煤灰的动力特性对评价挡灰坝在地震动荷载作用下的稳定性至关重要。通过动三轴仪对两种不同干密度的沉积粉煤灰进行了三轴试验,探究了沉积粉煤灰的动应力－动应变关系、动模量、阻尼比、动孔压和动强度的变化规律。研究结果表明:不同干密度的粉煤灰动应力－动应变曲线基本呈双曲线型,与土的应力－应变曲线相似,呈弱硬化型。干密度大的试样相应的动模量越大。相同干密度下,不同围压下的阻尼比规律不明显,但阻尼比随着动应变的变化趋势符合一般土常见的规律。动应力越大,试样破坏所需的振动次数越小,且动剪应力比也越大。动孔压水平随振次的变化不大,且与振次比的关系可以归一化。同时,得到了两种沉积粉煤灰的总强度指标和有效应力指标。     

长期循环荷载作用下粉质黏土动力特性及相关模型修正

循环荷载长期作用特征直接影响着粉质黏土的动力变形特性及土体结构的稳定性。运用SDT-10型动三轴仪对饱和粉质黏土进行高达20 000次的循环振动,分别控制固结围压、动应力比和振动频率,研究不同荷载条件下粉质黏土的塑性应变、残余孔压特性。研究结果表明:3项荷载条件都对土体的累计塑性变形和残余孔压有至关重要的影响。累计塑性应变在动力荷载持续作用下不断累积,曲线呈现出S型和J型,运用改进的种群增长模型以及改进的指数模型分别能很好拟合累计塑性应变随振动次数的发展规律,随围压、动应力比的增长呈正相关变化,随频率的增加呈反比下降。残余孔压比在正弦波的振动下不断增大,运用改进Seed孔压模型能在一定程度上模拟残余孔压变化规律,随动应力比、频率的增加而增大,随围压的增加而减小。研究成果深化了动力条件下黏土变形特性的认识,为循环荷载长期作用下土体的强度衰减和变形预测提供借鉴和参考。     

不同动应力比下加筋前后砾性土的动三轴试验分析

针对加筋前后饱和砾性土填料的动力特性,开展循环荷载下饱和砾性土动三轴试验。对比分析不同动应力比下加筋作用对饱和砾性土轴向累积应变、回弹模量和动孔隙水压力等动力特性的影响,并对不同动应力比下的轴向累积应变与振次关系进行拟合分析。结果表明:加筋前后,试样的轴向累积应变均随动应力比的增大而增大;与加筋前相比,加筋后的试样轴向累积应变均有减小;加筋前后,试样的回弹模量均随动应力比的增大而增大,且加筋试样的回弹模量均大于无筋试样;随着动应力比的增大,无筋试样的动孔隙水压力减小,加筋试样动孔隙水压力变化不大。加筋前后,砾性土轴向累积应变与振次的拟合公式和拟合参数可为预测加筋砾性土在长期循环荷载作用下的累积变形提供参考。     

In the Central Committee of the Communist Party of the Soviet Union and the Council of Ministers of the USSR

Power Technology and Engineering -     

前置掺气坎坡度对阶梯溢洪道掺气水流影响的数值模拟

为研究复杂边界条件下气液两相界面的流动及混掺现象对工程建设的影响,结合某大型水电站的溢洪道,利用RNG k-ε模型对其进行三维流场模拟,采用有限体积法离散控制方程,并用GMRES算法进行压力求解,对前置掺气坎式阶梯溢洪道和传统阶梯溢洪道泄流壁面上的高速掺气水流进行数值模拟。结果表明:随着掺气坎坡度的增加,其掺气空腔及掺气浓度均有所增大,随着水流下泄掺气浓度沿程降低,达到一定距离后趋于稳定,掺气浓度值达到了减免空蚀破坏的要求;与传统阶梯溢洪道的模拟结果进行对比可知,增设前置掺气坎后,既可以增加前几级阶梯的掺气浓度使水流提前达到水气平衡,也没有降低阶梯式溢洪道的消能率,为解决传统阶梯溢洪道中出现的工程难题提供了一种新思路。     

分流对弯道水流紊动强度影响的试验研究

采用先进的三维超声波多普勒流速仪（ADV）对不同分流比情况下弯道水流紊动特性进行了系统的试验研究。根据试验数据,探讨了不同分流比工况下弯道水流的紊动机理,分析了其紊动特性,同时对紊动强度分布特点进行了比较。