砂雨法制备砂土地基模型控制要素试验研究

为掌握砂雨法制备砂土地基模型相对密实度D_r的主要影响因素,设计加工了包括点式和线式出砂头的成套砂雨装置,讨论了D_r随落距、出砂孔尺寸、出砂头总流量、移动速度的变化规律,分析了D_r空间均匀性分布特征。试验表明：①随落距增大,D_r随之提高,但增速逐渐减缓,可将D_r相对增速K介于±3%所对应落距范围内的D_r均值为稳定相对密实度;②稳定相对密实度与出砂孔尺寸呈线性负相关关系,同一流量下随出砂头移动速度表现出非线性变化特性,出砂头总流量对稳定相对密实度影响不明显;③无论是在水平层面还是沿深度的不同位置,模型箱中部附近的D_r分布均匀性都优于四边和四角处;④一线点式出砂头所制备的砂土D_r与目标值误差较筛孔点式小,具有较好的可控性。     

离心机模型试验中制备砂样的砂雨沉积法

在离心机试验中极其重要的一个步骤就是土样的制备,如何制备不同密实度土样是是模型试验中的关键问题。研制了一个砂雨法装置,可用于在离心机中制备目标砂样。通过一系列的标定试验研究得出了落砂高度、管径与砂土的相对密实度之间的关系。试验结果表面通过结合不同的管径和落砂高度,可利用落雨法装置制得不同级别的松砂或密砂。经过标定试验验证,该装置稳定可靠,制备的土样满足室内模型试验要求。     

落砂成型过程及模型孔隙率影响因素研究

以颗粒流程序PFC^3D为研究工具,结合室内试验,对于落砂成型过程及成型孔隙率的变化规律进行了研究。首先,对落砂过程及结拱现象进行了分析,提出了一种带底孔筒仓流动模型,设计了优化的方形出砂头方案并将其应用于落砂成型试验;然后,利用PFC^3D对落高、出砂头孔径、移动速度等因素对成型孔隙率的影响规律进行了模拟和验证。研究表明：当孔径增大时,一次出漏的颗粒数增多,成型时颗粒与颗粒之间的位置尚来不及调整,粒间孔隙较大。随着出砂头移动速度的增大,堆积层次与冲击次数增加,颗粒间的孔隙将会减小。落高增大导致冲击时的动能增大,密实度因而也随之增大。对于所考察的3种试验因素,物理试验与数值模拟均呈现出相同的影响规律。此外,提出的落砂成型孔隙率多因素相关模型具有很好的适应性。     

“铁板砂-黏土”地层中桩靴穿刺数值模拟研究

在我国自升式平台活跃的埕岛海域,"铁板砂-黏土"地层广泛发育。与砂土和黏土不同,"铁板砂"主要由粉砂或粉土组成,因此可能无法直接套用现有的研究手段或理论公式对桩靴穿刺进行分析。基于大变形有限元方法,对已开展的"铁板砂-黏土"地层中桩靴贯入的离心机试验进行模拟分析。数值分析中,将"铁板砂"分别等效为砂土和硬黏土,采用摩尔库伦(MC)、修正摩尔库伦(MMC)及修正Tresca模型进行模拟。结果表明:将"铁板砂"等效为砂土时,采用MC或MMC模型均显著低估桩靴在"铁板砂-黏土"地层中的贯入阻力;将"铁板砂"等效为硬黏土时,可以较好地模拟桩靴在"铁板砂-黏土"地层中发生穿刺时的峰值贯入阻力。对于离心机试验中采用的有效重度约为11kN/m~3的埕岛海域铁板砂,当等效不排水抗剪强度取值约为80kPa时,数值模拟得到的峰值阻力与离心机试验结果基本吻合。     

珊瑚砂地基的静止侧压力系数研究

静止侧压力系数K_0是表征土体内水平向应力与垂向应力间关系的一个重要参数,对岩土工程实施的各个环节都具有非常重要的意义。珊瑚砂是一种独特的岩土材料类型,颗粒强度低且棱角发育,具有不同于石英砂的岩土工程特性。采用水囊式高压固结仪开展不同相对密度及含水量珊瑚砂的静止侧压力系数试验研究。结果表明:①珊瑚砂的静止侧压力系数介于0.2-0.29之间,相比石英砂的要小;②珊瑚砂的静止侧压力系数随含水量的增加而增大,但增量较小;③密实度对珊瑚中砂的静止侧压力系数的影响较小。     

微生物珊瑚砂桩单桩复合地基承载特性研究

通过微生物珊瑚砂桩单桩复合地基模型试验,研究了褥垫层厚度和桩间珊瑚砂相对密实度对微生物珊瑚砂桩单桩复合地基承载特性的影响。试验结果表明:褥垫层厚度从1 cm增加到5 cm,复合地基承载力在桩间珊瑚砂相对密实度分别为44%、56%、70%时分别提高了91.8%、45.6%、31.0%,土压力分布均匀性等也得到了改善;桩间砂相对密实度从44%增加到70%,褥垫层厚度分别为1 cm、3 cm、5 cm时复合地基承载力分别提高了121.8%、97.4%、51.5%;微生物珊瑚砂桩侧摩阻力随相对密实度增大而略有增大;微生物珊瑚砂桩侧摩阻力随深度先增大后减小,最大侧摩阻力出现在试验桩桩深10~20 cm之间;建议微生物珊瑚砂桩复合地基褥垫层厚度为0.6倍桩径。试验结果可为微生物珊瑚砂桩复合地基的工程运用提供参考。     

落砂成型过程及模型孔隙率影响因素研究

以颗粒流程序PFC~(3D)为研究工具,结合室内试验,对于落砂成型过程及成型孔隙率的变化规律进行了研究。首先,对落砂过程及结拱现象进行了分析,提出了一种带底孔筒仓流动模型,设计了优化的方形出砂头方案并将其应用于落砂成型试验;然后,利用PFC~(3D)对落高、出砂头孔径、移动速度等因素对成型孔隙率的影响规律进行了模拟和验证。研究表明:当孔径增大时,一次出漏的颗粒数增多,成型时颗粒与颗粒之间的位置尚来不及调整,粒间孔隙较大。随着出砂头移动速度的增大,堆积层次与冲击次数增加,颗粒间的孔隙将会减小。落高增大导致冲击时的动能增大,密实度因而也随之增大。对于所考察的3种试验因素,物理试验与数值模拟均呈现出相同的影响规律。此外,提出的落砂成型孔隙率多因素相关模型具有很好的适应性。     

振动台试验饱和机制砂模型土动力特性研究

根据饱和砂土-结构相互作用振动台试验的相似性要求,对饱和砂土的相似性要求进行探讨,提出以机制砂作为通用的饱和砂土模型材料。通过动力三轴分级循环加载试验,研究饱和机制砂模型土的最大动剪切模量G_max、动剪切模量比G/G_max-γ曲线、阻尼比λ-γ曲线、孔压比r_u-ΔW曲线的变化范围,得到其动力本构模型参数随有效粒径d₁₀、不均匀系数C_u、曲率系数C_c和相对密度D_r的变化规律和拟合公式,并根据相似要求和拟合公式分不同情况给出饱和机制砂模型土的配制方法。与文献中多种原型砂土的相似性分析表明,饱和机制砂模型土可以对大部分原型砂土有效实现动力特性相似和液化特性相似,证明其广泛适用性。     

冲击载荷下饱和砂土砂面沉降的实验研究

在落锤式冲击荷载下,通过对饱和砂土砂面沉降量的测量,得到液化前和液化后又重新固结的饱和砂土相对密度的变化规律,以及相对密度增量与初始相对密度的关系。对不同落高下砂面沉降量的测量,得到冲击强度与沉降量的关系。这些结果可指导爆炸法密实砂土地基工程。     

北京地铁六号线西延砂卵石地层综合勘探方法

以北京地铁六号线工程为例,采用钻进工艺、人工开挖探井、原位测试和室内试验等多种方法,查明了该工程砂卵石地层的分布特征、承载特性等参数,为地铁工程的设计及施工提供了详细的岩土工程资料,同时也为砂卵石地层的勘察提供了借鉴。     

砂性地层地震反应离心模型试验研究

介绍了离心模型试验技术在地震工程研究中的应用原理与方法。运用离心模型试验技术 ,研究了砂性地层在地震作用下土层加速度反应、振动超静孔压的产生、消散过程 ,真实地再现了地震时土层液化的主要特性。结果表明离心模型试验技术是研究地层地震反应的有效手段 ,所得结论对进一步开展砂土地震反应与液化机理研究有积极借鉴意义。     

用离心模型研究港区软基变形特性

利用目前国内土工离心机中最大的内净空尺寸模型箱和 4 0 0gt大型离心机进行了港区软弱地基离心模型试验研究 ,模拟了堆场 (与码头连接段 )及下卧层在厚达 2 8m吹填粉细砂和 5 5kN m2 使用荷载作用下的沉降量、沉降差及沉降量与时间的关系 ,并测试吹填砂本身的压缩沉降量及不同深度的密实度、压缩模量和承载力变化等。试验结果表明 ,大型离心机模型试验是研究上述工程问题的有效手段 ,所得结论对合理确定地基处理方案、加固处理深度和加固程度以及吹填砂所需方量具有参考价值和指导意义。     

ZJU400 离心机研制及其振动台性能评价

土工离心机可以产生与原型相同的自重应力,保证模型破坏机制与原型一致,是解决岩土工程、水利工程和环境工程等领域复杂问题的理想试验模拟手段。搭配机载振动台系统,离心机还可以在原型应力条件下探讨地震引起的建构筑物变形和稳定特性。鉴于离心机振动台的科研价值,浙江大学建造了有效旋转半径为 4.5 m 、负载能力 400gt 的双吊篮臂式离心机,可开展 150g 重力加速度下的静态试验和 100g 重力加速度下的动态试验,吊篮尺寸达 1500 mm×1200 mm×1500 mm 。同时,离心机配置了最大振动幅值为 0.6 cm 、最大振动加速度为 40g 的振动台系统,可进行有效负重小于 500 kg 水平单向地震动响应模拟。静动力试验使用的刚性模型箱和层状剪切模型箱的最大尺寸分别为 1.2 m×1.0 m×1.0 m 和 600 mm × 350 mm × 449 mm 。通过饱和砂土地基建筑物震陷试验,初步检验了离心机振动台系统的整体性能。     

压电陶瓷传感器在岩土工程中的应用

压电陶瓷传感器在岩土工程中有很多应用,尤其是通过测量波速来确定土的性质方面。由于材料的物理性质与波速密切相关,压电陶瓷传感器提供了一种简便可靠的无损检测方法。本文报道了压电陶瓷传感器应用于粘土、砂和砾石等不同种类土的研究成果,对应力导致土体各向异性的研究,对路基和地基土的力学特性检测,在离心模型试验中的应用,以及在微重力环境下的粒状材料中波的传播特性的研究等。研究表明,压电陶瓷传感器在岩土力学研究和工程实践中有广阔的应用前景。     

银川地区粉细砂层地基土承载力特征值试验研究

本文结合工程实例对银川地区中密—密实粉细砂层进行了地基土承载力特征值试验研究,研究结果表明:宁夏银川市密实粉细砂层地基土承载力特征值非常高,与岩土工程勘察时用标准贯入试验所得到的粉细砂层地基土承载力特征值相比较有大幅度的提高。在满足建筑物安全的前提下,经济、合理地选择准确、可靠的地基土承载力特征值,可以降低工程造价,缩短工期,取得良好的经济和社会效益。     

不同下卧层盾构隧道长期沉降离心模型试验

离心机模型目前已成为岩土工程中的物理建模的有力的工具之一,它的基本原理是将离心场中加速度放大为地球重力加速度的n倍,用来模拟岩土工程中应力条件。根据相似理论可以推出相同土体固结在离心场中固结时间是原型固结时间的1/n2,故可以利用离心模型模拟隧道长期沉降特性。本文依托上海地铁8号线的工程背景,选择两种典型的下卧层来研究不同地质条件下地铁隧道纵向长期沉降特性。根据模型试验结果,得出一些结论,并对软土中盾构隧道的安全性和适用性评价、结构保护起指导作用。     

土工测试与勘察技术研究进展

文章总结国内外近年来在土工测试与勘察技术领域的研究进展,主要包括土工室内测试技术,土工离心模拟技术,岩土工程勘察技术,原位测试技术等。分析表明,随着各类工程建设呈现高、大、深、重的趋势,传统的土工测试技术已发生根本改变,考虑“水-热-力”耦合、震动、风化、高压、波浪、冲刷等复杂工况的大型土工室内试验及离心机设备,以及电子测量、光纤测试、电磁测试、声波测试、激光扫描、无线传感、物探等先进勘察技术,在岩土工程领域已得到广泛应用。     

砂中爆炸成坑的离心模型试验分析方法比较

 采用中国水利水电科学研究院450 g-t土工离心机进行干砂中爆炸成坑模拟试验，研究不同药量、不同埋深和不同离心加速度下砂中爆炸成坑规律。对10次模型试验数据采用3种不同的方法进行分析，其中Schmidt公式和Baker公式是通过相似原理推出的量纲一的公式，修正Боресков公式则是在工程中广泛应用的经验公式。3种方法拟合试验数据的相关系数分别为0.931，0.960和0.998，显示了试验数据较高的可信度。为选择合适的离心爆炸模拟试验分析方法，将这3种方法进行比较，结果显示Schmidt公式虽然拟合试验数据精度较低，但公式中各参量易于精确测定，因此最适合定量分析离心爆炸成坑规律。     

地下水曝气修复技术模型试验研究

地下水曝气法是一项有效的土壤和地下水修复技术。本文采用不同粒径的高强度喷丸玻璃珠模拟自然砂土,通过常规和离心模型试验得到以下几方面结论:气体在试样中的运动方式取决于试样粒径级配的大小;曝气影响区域的形状基本为锥面形,其大小主要受粒径级配、曝气压力、离心加速度等因素影响,试样粒径、离心加速度越大,曝气压力越小,则曝气影响区域越尖锐;气体流量受曝气压力和离心加速度等因素影响,同时气体质量流量与有效曝气压力的关系曲线斜率和渗气夹角与有效曝气压力的关系曲线斜率存在突变有效曝气压力一致现象;线曝气二维模型试验较点曝气模型试验,渗气夹角更大,横向扩展更宽。     

非饱和土中水分迁移及污染物扩散的离心模拟

近十年来 ,土工离心机被作为模拟污染物扩散的一个重要手段。但是 ,目前能否采用离心机进行非饱和土中的水分迁移研究尚有争议 ;另外在无机可溶性污染物方面的研究也仅限于对惰性的、土壤吸附能力很低的无机物 (如钠离子 )在土体中的扩散机理研究。本文选用能够与土颗粒发生较强作用的重金属镉 ,利用土工离心机进行了非饱和土中一维模型的模拟研究 ,分析了非饱和土中含水率的变化和污染物的迁移机理 ,检验采用离心模拟方法研究污染物扩散机理的可行性 ,验证与污染物扩散机理相关的模型相似律。