试谈研究程序、方法及试验设计——献给初涉给水排水研究工作的年青朋友

(五)模拟试验模拟试验是指以相似理论为指导,用模型研究自然或工程中的某种事物和现象,从而把研究结果应用到相似的实际中去.即用模型代替原型,通过模型来认识原型的试验.作为方法来讲也就是模拟法.“模拟”二字是指照着原样仿效的意思,不仅表现在模型的外形和构造要与原型相似(即几何的相似),而且发生在其中的现象也要与原型相似,只有这种外表与实质都有     

河谷下切物理模拟试验相似材料配比研究

为研究西藏某水电站右岸边坡异常卸荷机理,采用物理模拟试验模拟河谷下切岸坡的形成过程。物理模拟试验要求相似材料抗压强度为原型的0. 002 5倍,而容重与原型一致,使该相似材料具有低强度、高容重的特点,正确配制出符合该要求的相似材料对物理模拟试验至关重要。通过正交试验,获得了基本满足试验物理力学参数的配比,分析得到不同因素对相似材料物理力学性能的影响规律,基于MATLAB,对正交试验数据进行多元回归分析,并建立回归方程,对相似材料配比做出合理优化。     

深卸荷成因机理物理模拟试验相似材料研究

某工程边坡深卸荷形成机理的物理模拟试验要求模型材料的重度与原型一致,强度是原型的0.002倍。该材料具有相对较高重度、低强度的特征。如何研制和试配出该特性的相似材料是物理模拟试验成败的关键环节。从材料选择、模具设计、试样制作、配合比试验等方面系统开展了模型相似材料的试验研究,最终获得满足试验要求的材料组成、配比及工艺。该材料由铁粉、重晶石粉、石英砂、松香酒精溶液按规定配比均匀拌合击实而成。材料物理力学参数可调整的范围较大,对于类似研究可通过调整组成材料的含量而达到相应的目标参数。因此,研究不仅为该物理模拟试验提供了技术保证,而且可对类似研究提供借鉴和参考。     

高土石坝离心模型试验技术研究

为探讨高土石坝离心模型试验技术，针对小浪底斜墙堆石坝的离心模型试验，选定模型率ｎ－２５０，模型箱尺寸Ｌ×Ｗ×Ｈ＝１１００×２０８×５００（ｎｍ）；采用准相似级配法制备试验用坝壳堆石料和地基砂卵石料；依据模型与原型抗弯刚度相似的原则，试验中用铝板模拟原型混凝土防渗墙；用标点法测量坝体位移，电阻应变计测量防渗墙的应变。本文是上述工作的总结，详细叙述了模型设计，材料的模拟技术与量测技术。     

都江堰卵石推移质模型试验的几点经验

泥沙模型是根据水流及泥沙运动的力学相似原理,模拟与原型相似的边界条件和动力学条件,研究河流在天然情况下或在拟修建的水工建筑物条件下泥沙运行的规律.根据研究的各种问题之不同,泥沙模型可采用正态、变态、动床、定床模型进行研究.     

地质力学模型材料试验研究

国内某大型高拱坝工程的地质力学模型材料研究，根据原型材料的材料力学参数，依据相似原理，求得模型的力学参数，配制满足相似条件的模型材料，进行材料的力学特性试验。通过试验，获得了各类岩体的变形模量，从而为进行地质力学模型试验，研究大坝与地基的稳定安全问题奠定了基础。本次试验成果满足精度要求。     

高速掺气水流的气泡级配

用针式掺气流速仪观测高速掺气水流中气泡的数量和直径。将小浪底工程泄洪洞中闸室原型与模型中相应测点的气泡资料对比后表明，原型中d＞2mm的气泡基本符合重力相似准则，可以在模型中模拟。     

某加筋土边坡离心模型试验相似材料研究

离心模型试验的准确性与可靠性取决于模型与原型的相似程度,选择合理的相似材料是离心模型试验的关键环节。以广州某垃圾填埋场挡坝加筋边坡的工程设计为背景,为合理开展离心模型试验,选取6种编织布进行分析。考虑强度相似原则和界面摩擦因素,基于窄条拉伸试验、直剪摩擦试验合理比选相似替代材料。按该边坡设计方案,模型边坡在离心场中能够保持稳定。边坡设计中应进一步参照数值分析和工程类比进行方案确定。如按强度相似进行材料选择,通过调整模型土层厚度,所选择的6种材料可对抗拉强度在13~360 kN/m的土工布进行模拟。     

岩体结构面力学模型制作新方法试验研究

目前岩体结构面力学模型室内试验研究在相似材料配置、力学模型研制和强度效应分析等方面存在着诸多不足,不能很好的满足定量研究的需要。为了解决这一不足,开展了结构面模拟材料及力学模型制作方法研究,得到一种新型结构面模拟材料,并率先尝试采用3D打印、三维激光扫描和逆向工程技术制作模型结构面。实践证明,研究成果能较好满足结构面室内试验研究的需要,可推广运用。     

地质力学模型试验中不同类型岩体的相似模拟研究

本文的试验研究以相似原理为依据,以几何和力学条件相似为必要条件,获得满足模拟要求的模型材料配合比。通过试配比制块,采用单向压缩试验测得试件变形模量再核算调整配合比,经进行多次调整后得到满足相似要求的模型岩体材料的变形模量,从而达到解决地质力学模型试验岩体材料相似模拟研究目的,实现工程不同地段岩体材料的模拟,为地质力学模型试验研究提供基础资料和试验依据。     

堰塞湖溃决模型设计方法及其验证

在简述已有研究成果并分析堰塞湖溃决成灾与堰塞体物质组成、结构特征之后,剖析了堰塞湖溃决模型试验的特点、思路、原理与关键环节,论述了堰塞湖溃决模型试验研究的路线。认为模型堰塞体材料除了应在物理、力学性质方面较为稳定外,还必须在坝体渗透性、坍塌突发性、溃决洪流运动性等3方面同原型相似或相同。在此基础上,归纳了堰塞湖溃决模型的设计与试验方法。要求模型必须遵循水流重力相似、水流阻力相似、水流运动过程相似、沙石起动相似、泥石流运动相似等条件。最后,利用"5·12"汶川地震唐家山堰塞湖的溃决实测资料开展了模型设计与验证试验,结果表明模型能较好地测出洪峰峰值和峰现时间,溃决的下泄流量、溃口宽度随时间的变化过程及下游泥沙堆积状况等方面也同原型较为接近。     

基于水流黏滞性的模型沙选择

对于研究泥沙问题的全沙动床模型试验,模型沙的设计是整个模型试验的关键。当原型泥沙粒径过小,不考虑模型与原型的温度差异时,按比尺计算得到的天然模型沙粒径太小,通常不易获得。因此在满足悬移相似条件下,通过控制试验水温,根据不同温度及不同水黏滞系数ν,得到合理的颗粒粒径从而优化模型选沙。在原温和变温两种条件下分别计算所选泥沙的沉速和沉速比尺,表明改变温度所选的模型沙粒径是合理的,用较大粒径天然沙模拟原型较细沙,既满足沉速相似也满足悬移相似要求。试验验证结果表明模型沙选择满足设计要求,模型设计合理。     

关于水轮机相似理论与单位参数的讨论

由流体力学相似理论知道,要使模型试验能正确地反映原型的实际情况,必须保证原型和模型相似。而研究对象不同,彼此相似的内容就不一样。对水轮机来说,大家都知道,要保证原型和模型相似,必须满足原型和模型几何相似、运动相似和动力相似。并且,几何相似,可理解为原型和模型水轮机的所有过流部件不仅数量、形状相同,而且对应角相等,对应线性尺寸成比例;运动相似,则原、模型流场中对应点的速度三角形相似;动力相似(即为流动力学相似),也就是在原型和模型流场中对应点作用着同     

竖井式水平旋流洞含气水流模型相似律

针对竖井水平式旋流洞通气孔模型试验中通气量和掺气水流的含气率在进行原型数据换算中存在的问题,考虑到空气可压缩性,通过对气液两相流基本方程的相似理论研究,导出原模型的力学相似律.在进一步研究竖井水平旋流洞模型相似律的基础上,推导出竖井式水平旋流洞原、模型通气管截面积的换算关系和原、模型含气率分布的换算关系.将所得理论公式应用于公伯峡水电站竖井式水平旋流式泄洪洞模型试验,并为原型观测结果所证实.     

加筋土结构的性状及破坏机理

加筋土用于土木工程中既安全又经济,但其性状十分复杂,至今未搞清,所以尚缺合理的设计方法。关键是过去的研究路线有问题,如用与原型不相似的普通小比尺模型试验及没有破坏性状的原型观测,从这些资料中是研究不出既安全又经济的设计方法的,所以这二法目前国际上已不用,而用相似性很高的离心模拟技术来研究加筋土体,此技术在我国起步较晚,尚未普及,故本文用相似理论来说明离心模型的必要性及普通模型不能用的原因。并介绍近期(1988～1991年)国际会议上,用此新技术研究加筋土的最新成果:(1)加筋土结     

百龙滩水电站库区岩溶内涝的物理模拟

通过对岩溶地区水库岩溶内涝的模拟试验 ,建立了与原型水库内涝规律相似的模拟模型 ,以寻求解决水库对库区岩溶内涝影响的方法。     

应用相似准则进行漫湾原模型射流泵设计

本文根据射流泵相似原理，研究分析漫湾模型与原型射流泵的相似条件．用通过改变参数、改变工况点的多组试验而最后选择定型的最优模型参数去设计确定原型射流泵最优参数．再通过原型泵的试验，分析各参数的差异．经原、模型试验对比；原型泵与模型泵参数有较好的一致性。     

掺气减蚀减压模型相似律问题的探讨

通过大朝山水电站表孔减压水力学模型试验结果与原型资料对比分析，对掺气减蚀减压水力学模型与原型之间的相似律问题进行了研究。研究结果表明，传统水力学减压试验方法在掺气减蚀减压模型中，由于存在模型和原型之间掺气不相似、初生空化界限不明确等问题，致使模型水流空化特性试验结果与原型差异比较大，只有通过空化部位水流掺气相似得到的减压模型试验结果才能与原型空化达到基本相似的要求。     

三峡永久船闸输水反向弧形阀门流激振动问题研究

本文采用原型观测、模拟试验和理论分析等手段,对三峡永久船闸高水头输水反向弧形阀门的流激振动问题进行深入研究。研究内容包括:(1)以五强溪船闸反向弧形阀的原型观测为基础,对三峡船闸反向弧形阀及输水廊道紊流场进行精细的数值模拟和试验研究,通过综合分析,对三峡反向弧形阀门可能出现的小开度强振区的振源进行预报。(2)研究符合金属结构水弹性相似的高容重、低弹模的特殊材料系列,并用该材料制成了1∶20三峡反向弧形阀的"完全水弹性相似"的流激振动模型;用该模型进行了实验(干)模态分析,并与有限元的理论模态分析相比较,二者符合较好,说明它的动力性能良好,可用于反向弧形阀门的各项水弹性振动问题研究;在大型减压箱中对三峡永久船闸反向弧形阀在输水过程中的紊流流激振动进行模拟,预报阀门结构的动力特性及动力响应。最后对减振、抗振措施提出相应建议。     

基于相似理论的力学模型试验材料研究

目前,中国对于岩质边坡模型试验相似材料的研究已经非常深入,但对于土质边坡,特别是黄土边坡模型试验相似材料的研究却非常浅薄,因此研究出一种适用于黄土边坡模型试验的相似材料具有非常重要的研究价值。通过大量的相似材料配比试验,研制出一种新型的黄土相似材料来模拟诠释兰州报恩寺滑坡的破坏过程,借以兰州报恩寺滑坡为模型,通过常规三轴试验,确定材料的基本力学参数,通过兰州报恩寺滑坡的室内物理模拟底摩擦试验来验证试验相似材料配比ω_(黄土)∶ω_(河沙)∶ω_(石蜡油)∶ω_水=4∶1∶0.7∶0.627的可靠性。并且通过对该材料的试验可得出,该相似材料有使黄土易于保持水分、配置的特点,且价格便宜,方便购买,可模拟按相似比缩小后的大型黄土体,是一种比较理想的模拟黄土的相似材料。