冲击电流下氧化锌避雷器多物理场有限元分析

金属氧化物避雷器由于其优异电气特性,在电力系统中广泛应用。但实际使用过程中,多片ZnO阀片串联组装成的整支避雷器通流能力低于单片ZnO阀片,导致线路保护与设备绝缘的能力降低。大电流作用下的整只避雷器不仅仅受到电流的作用,也会因电流导致避雷器的热变与力变,为了进一步分析金属氧化物避雷器在大电流作用下的情况,在COMSOL有限元分析软件中对避雷器进行了电-热-力多物理场耦合仿真,分析了整支10 kV避雷器在承受峰值100 kA大电流冲击作用下内部电、热、力分布情况。仿真结果表明上下端金具与ZnO阀片交界处场强达5.27 kV/cm;阀片中心温度90℃,边缘温度160℃;使用填充胶使外套最大拉应力由9.34 MPa降至0.8 MPa,降幅明显。试验结果表明,使用填充胶使整支避雷器通过100 kA大电流冲击前后参考电压变化未超过3%。     

基于辅助轨道的多支点转体箱梁模型试验研究

为研究基于辅助轨道的多支点转体箱梁在转体过程中的受力状态和转体方案的可行性,应用结构模型相似理论,以应力等效为原则设计制作了连续钢箱梁转体结构试验模型。试验结果表明,梁体转动状态下的挠度、应力与相应理论值的平均误差均在10%以内,试验模型能用于分析和评估施工方案的可行性。     

新型地质力学模型试验相似材料的研制

正确选择相似材料是能否正确模拟工程原型的关键。在调研相似材料研究现状的基础上，分析相似材料选择与组合的原则。借鉴前人的经验，通过大量的配比试验，研制出一种新型的相似材料铁晶砂胶结料（IBSCM），这种材料用铁精粉、重晶石粉、石英砂作为骨料，松香、酒精溶液作为胶结剂，石膏作为调节剂混合而成。材料力学试验表明，新材料具有容重高、抗压强度与弹性模量低、性能稳定、易于购买，价格便宜、易干燥、易于加工堆砌以及可重复使用的特点，可模拟范围较广的岩体材料，是一种比较理想的地质力学模型相似材料。     

城轨交通地质隐患多地球物理场诊断技术研究与应用

近年我国城市发展迅速,城市轨道交通的建设也随之蓬勃发展起来。为了提高施工的效率,缩短施工周期,往往采用盾构法进行施工,同时由于城市地下地质环境复杂,经常性地存在地面塌陷或者孤石,对于城轨建设造成不可估量的影响。地下空洞和孤石等地质隐患需要依靠地球物理场的探测技术,快速定位和发现位置。针对单一地球物理场的作用限制,本文提出一种多地球物理场的探测手段,可以基本满足城轨建设中浅层地表的探测精度要求。主要将地面浅层地震、直流电法等粗略勘探手段与视电阻率跨孔CT或地震波跨孔CT相结合,构建出快速的诊断分析系统。该系统的诊断方法是通过对土洞塌陷的地震波跨孔CT和电阻率跨孔CT进行三维数值模拟。此诊断方法极大地提高了施工现场的工作效率,成为我国城轨建设中探查地质隐患的重要技术手段。     

基于多圈管模型试验的温度场分析研究

为了给人工冻土水热力耦合数学模型的建立提供可靠的依据,安徽理工大学冻土所根据相似原理设计并进行了人工冻土多圈管冻结模型试验。本文在模型实验的基础上,在温度方面对多圈管冻结土体进行了深入全面的研究,并且得到了冻结温度随冻结时间的变化规律,对矿井的工程实际具有重要的指导意义。     

组合式地质力学模型试验系统及其在分岔隧道工程中的应用

地质力学模型试验是根据一定的相似原理对特定工程地质问题进行缩尺研究的一种方法。地质模型是客观物理实体的再现,在满足相似原理的条件下,能够真实反映岩土介质的基本力学变形特性。要进行模型试验,就必须有相应的模型试验装置。根据地质力学模型试验的特点,本文研制出一种能实施同步非均匀加载的组合式地质力学模型试验系统。该系统主要由盒式台架装置、变荷加载板和液压加载控制试验台组成,其具有尺寸可调、加载规模大、持荷稳定的显著优点。应用该系统对一大型分岔隧道工程进行了三维地质力学模型试验研究,有效揭示了分岔隧道围岩位移场、应力场的变化规律和岩锚支护效应。     

基于透明土材料的沉桩过程土体三维变形模型试验研究

为了对沉桩过程中桩周土体内部的变形特性进行非插入式测量,利用正十二烷、十五号白油混合液和玻璃砂合成透明土,并在此基础上设计了沉桩模型试验系统；该系统包括激光器、线性发生器、CCD（charge-coupled device）相机、沉桩加载仪和计算机等。激光经线性发生器转化后将透明土样切分,形成土体内部颗粒切面,CCD相机连续拍摄沉桩过程中该切面的图像,并通过计算机中图像处理软件进行分析,得到该切面变形前后的变形位移场。通过与数值模型的对比分析,验证模型试验结果的可靠性。对多个切面变形前后的位移场进行分析,从而得到沉桩过程中土体变形的完整三维变形场。试验结果表明,试验条件下沉桩水平挤土位移影响范围为8R；与常规模型试验方法相比,方法实现了土体内部变形的三维测量,有助于了解土体在各种荷载条件下的变形机理。     

多元地球物理综合探测模型试验相似材料的研制

研制地球物理模型相似材料是地球物理探测模型试验成功的关键问题。针对地震波场、电磁场与直流电场多场相似的难题,应用多元地球物理场相似性原理,通过正交配比试验,研发了一种多元地球物理场综合模型试验相似材料。该材料以粉质黏土、碎石为骨料,以水泥为胶结剂,材料波速为236~1 260 m/s,电阻率为27.2~342.8Ω·m。通过正交试验发现影响试件波速的各因素主次顺序为压实度>含水率>水泥/黏土>碎石/黏土,影响试件电阻率的各因素主次顺序为含水率>压实度>碎石/黏土>水泥/黏土,影响综合地球物理相似材料波速与电阻率显著的两个因素为压实度与含水率。最后,开展隧道施工综合地球物理超前探测模型试验,得到具体模型试验要求的相似材料配比。TRT偏移图像上的强反射界面,电阻率反演图像上的低电阻率异常区域,与工程现场探测实例具有类似的异常体响应特征,综合探测结果与实际模型异常体位置较为一致,表明研发的相似材料能满足模拟综合地球物理场探测的需要。     

基于多物理场参数变化的花岗岩巷道岩爆前兆模拟实验研究

 通过室内实验以及数值模拟研究构造应力对花岗岩巷道岩爆的影响,从可见光图像、声发射、远红外的变化规律入手,分析三者与巷道岩爆的内在联系,揭示巷道岩爆的孕育机制。实验选择的花岗岩岩爆倾向性指数为13.84～18.02,属于中等程度岩爆倾向性岩石。研究结果表明：由于岩石破裂过程中的能量耗散,发生岩爆前均会出现多种物理参数突变现象;岩爆发生前,巷道围岩将出现大范围应力转移和应力集中,岩爆发生时巷道左右以及上下边帮将有岩屑弹出,并且侧压越高,岩爆的烈度越强;岩爆发生前至少出现2次大范围温度跳变,即温度初始异常点与岩爆前兆点;声发射绝对能量b值的跳变和平静期的出现可作为大破裂的前兆信息;经统计分析,这3种监测手段对岩爆的响应敏感顺序为：可见光图像＞远红外＞声发射。由于岩体内部观测的复杂性,采用多种监测手段,建立岩爆监测的多物理场参数联合预警方法,可为岩爆监测提供更准确地预警信息。     

静压桩在不同沉桩速率下的透明土模型试验研究

静压沉桩过程中沉桩速率决定着桩周土体扰动程度与范围,而目前在静压沉桩中考虑沉桩速率对桩周土体变形影响的研究还较少。基于透明土相似材料和粒子图像测速技术(PIV),开展静压沉桩可视化模型试验研究,分析不同沉桩速率下桩周土体位移场及其演化过程。结果表明：不同沉桩速率下桩周土体位移模式表现出斜向下挤密扩张→侧向挤压→斜向上挤出的动态变化过程;沉桩初期和后期扰动范围发生变化的原因是高速沉桩下桩端下提前产生了高应力区;高速沉桩对桩周土体扰动范围略大于低速沉桩;桩周土体总的运动趋势为向上运动,且沉桩速率越大,距离桩体越近,土体竖向位移量越大。研究成果可为合理设计沉桩速率和保障施工质量与安全提供技术支持。     

大型深部矿井建设模型试验系统研制

 研制一套大型深部矿井建设模型试验系统,该系统主要由反力架、液压加载系统、测控系统、数据采集系统等组成。反力架采用回字形主框架、可移动式门式反力架和后支撑架,可实现模型厚度的调整,既可进行平面模型试验又可进行三维模型试验。液压加载系统包括垂直(上、下)作动器、水平(左、右)作动器、后作动器,可实现5个方向的主动加载,同时设有恒定荷载保持系统。测控系统通过由计算机–EDC220全数字控制器–传感元件–执行元件组成的全数字闭环控制系统,可实现对载荷的精确实时控制。数据采集系统包括静态和超动态应变采集仪,可进行巷道机械开挖和爆破开挖模拟试验过程中信息的采集。通过采用石膏砌块的模型试验,可有效模拟深部巷道的变形和破坏现象。     

某开裂楼板现场荷载试验

北京某小区地下停车库顶板为350mm厚无梁楼盖,使用荷载为29.5kN/m2。该顶板施工完成几个月后,出现由于温度收缩和干缩变形引起的裂缝。通过选取带裂缝楼板进行现场荷载试验,分析裂缝对楼板受力性能的影响,并结合理论计算,对开裂楼板的安全性进行论证。     

抗滑桩加固斜坡坡面位移场特征及演化模型试验研究

 通过大型滑坡物理模型试验,利用计算机辅助检测技术测量坡体表面的位移场,获得抗滑桩加固斜坡坡面位移场分布特征,统计斜坡失稳过程中坡面位移场的特征统计量–方差,根据位移场方差值D(X)的平稳变化和急剧变化对坡体失稳破坏过程进行描述;运用分形理论R/S分析法,确定滑坡位移场时序分形动力学参数–坡面位移场方差的Hurst指数,研究抗滑桩加固斜坡失稳过程中坡面位移场的演化规律。试验结果表明：坡面位移场特征统计量–方差可以用来表征斜坡宏观裂缝的发育、贯通,以及斜坡的失稳破坏;宏观裂缝形成前夕,坡面出现局部变形带,局部变形进一步集中,形成宏观地表裂缝,此统计特征量–方差出现突变,斜坡失稳破坏时,位移场方差出现激增;斜坡失稳过程中位移场时序分形动力学参数–坡面位移场方差的Hurst指数表现出“低值–回升–降维”的演化趋势,坡面位移场方差的Hurst指数随着斜坡由稳定向失稳的演化出现明显降维突变规律。     

地铁双线隧道水平冻结位移场的模型试验

 针对地铁双线隧道水平冻结工程,基于相似理论,建立一套完整的物理模型试验系统。在保证冻结壁强度相似前提下,重点对双线隧道冻结暗挖过程中的冻胀和融沉位移场进行试验研究。试验结果表明,冻结壁的交圈时间与土层冻胀位移规律有着密切联系,先行冻结的上行线隧道由于水分迁移现象较强,使得土层冻胀位移相对较大。试验对比分析冻结壁2种不同解冻方式,发现冻结壁强制解冻条件下土层融沉现象较弱,强制解冻条件下近地表土层融沉位移仅为自然解冻条件下近地表土层融沉位移的47%,说明采用强制解冻方式可减小土层融沉。     

一种新型真三轴巷道模型试验台的研制

介绍了一种新型真三轴巷道平面模型试验台的设计原理和技术特征。该试验台采用6个液压枕加载，最大施加载荷为10MPa，具有整体刚度好、柔性加载、受载均匀、伺服稳定等特点，能够实现效果较好的真三轴巷道模型试验。同时，介绍了与之配套的相似材料技术和有关巷道稳定性模拟试验的部分研究成果。     

湖南国贸中心无粘结预应力混凝土楼板结构模型试验与现场荷载试验

湖南国贸中心主楼标准层采用层粘结预应力混凝土楼板，为了解预应力筋－锚具组装件的受力性能，进行了硬度检验、静载试验、疲劳试验；为检验实际结构受力特点，还对楼面板带进行了模型试验，试验结果均优于设计计算值，经现场荷载试验，楼板未裂缝，各测点工较小。     

隧道施工过程大比尺模型试验系统的研制及应用

 为研究隧道不同开挖方法的施工力学过程,研制大比尺三维模型试验系统,该系统最大外部尺寸为5.2 m×4.5 m×2.7 m(宽×高×厚),结构合理,可任意拆卸,组合拼装,自动液压控制系统具有压力高、保压时间长、可进行稳步梯级加载等特点,能够满足各类地下工程的三维和平面地质力学模型试验的要求。在既有地质力学相似材料的基础上,通过大量的不同材料配比及其力学参数测试,获得满足V级软弱围岩的相似材料配比。基于此开展铁路隧道施工过程的大比尺三维地质力学模型试验,真实模拟隧道在开挖和支护过程中不断变化的力学过程。试验结果表明,该系统稳定可靠,可广泛应用于其他地下工程的地质力学模型试验研究,其研究方法技术及所得结果对类似工程研究具有一定的借鉴和指导意义。     

海底隧道流固耦合模型试验系统的研制及应用

 围岩与水体的流固耦合作用对海底隧道的稳定性具有重要影响,很有必要开展流固耦合模型试验研究。根据流固耦合模型试验的特点,研制可用于模拟准三维平面应力和平面应变的新型流固耦合模型试验系统。该系统的整体尺寸为3.4 m×3.0 m×0.8 m(宽×高×厚),由钢结构架、钢化玻璃试验箱和水压加载装置组成。其中钢结构架由6榀可独立操作的高强度合金铸钢构件通过高强螺栓连接组合而成;钢化玻璃试验箱结构,既能保证试验要求的密封性,又便于可视化观察施工过程中海底隧道围岩渗流、变形特征。同时,采用研制的新型流固耦合模型试验系统和独立研制的新型流固耦合相似材料依托青岛胶州湾海底隧道开展流固耦合模型试验研究,揭示海底隧道施工过程中洞壁压力和围岩位移场、渗流场等的变化规律。研究方法技术及结果对类似工程研究具有一定的指导和借鉴意义。     

岩土体渗透性参数现场快速测试系统开发

基于单井内水流运动的振荡原理,开发了用于岩土体渗透性参数现场快速测试的系统(HSZK-01),使现场快速、高效测试岩土体渗透性参数成为可能.概要介绍该系统的功能、构成和现场操作步骤.基于变频水头测试仪(HGW-01)得到的数据,运用VB语言开发了数据处理软件,实现数据处理和参数计算自动化.本测试系统不仅能快速、准确地测定岩土体渗透性参数,而且对地下水及周边环境几乎不造成任何影响.在同一试验井内分别进行振荡试验和抽水试验,采用多种方法计算参数,发现两种试验结果基本一致;计算求得的参数值在同一数量级,表明该测试系统的可靠性和计算理论的准确性.     

多层模板支架体系的简化计算方法

在GK模型的基础上,提出了一种多层模板支架体系的简化计算方法,并通过一个算例与GK模型的计算结果进行了对比,发现提出的简化计算方法的计算结果与GK模型基本一致,但更加简单易用,而且考虑了施工过程中多层模板支架体系的内力重分布,使得计算得到的荷载分配系数比GK模型更加接近实际值。