利用现场观测和力学试验确定设计冰力学参数

以斜坡结构物二维冰力计算公式为理论依据,给出平原水库设计所需要的冰力学参数的合理取值。通过开展水库冬季冰面现场观测,得到冰层第二次爬坡发生时的等效应变速率、典型冰温;结合大量的冰力学性质的试验研究,给出在护坡工程中最不利条件下,即冰层第二次爬坡时水库冰弯曲强度、弹性模量及冰与护坡材料间动摩擦系数的设计取值。     

湖冰侧、底部融化现场观测与热力学分析

为深入了解湖冰在弱水动力条件下消融的热力学过程,在融冰期对乌梁素海湖开敞水域处冰层开展侧、底部消融的原位测量,并观测了太阳辐射、气/冰/水/泥温和风等气象及水文要素。观测结果表明冰层侧壁随深度增加逐渐向内侧倾斜融化,冰层厚度逐渐减薄;开敞水域处水温和冰温均呈分层变化,上层水温和冰温日变化幅度较大。通过分析冰层侧、底部融化速率与气象及水文要素之间的变化关系,建立了用净太阳辐照度和水温来表达融化速率的参数化模型。冰底热通量是一项重要的热力学参数,基于冰底薄层的能量平衡,利用观测数据确定了开敞水域处冰层的平均冰底热通量,为11.47~135.61W·m~(-2),表明冰下水体不断向冰层传递热量。     

河冰三轴压缩强度特性及破坏准则试验研究

为研究河冰在复杂应力状态下的力学性质及破坏准则,对淡水柱状冰在恒定轴向加载速率(0.4 mm/min)下,分别进行温度-6、-12、-18和-24°C,围压500、1000和1500 kPa的常规三轴压缩试验。得到天然淡水柱状冰三轴压缩应力应变曲线,三轴压缩广义剪应力峰值与温度及围压的关系,以及三轴压缩能量耗散特征,并利用莫尔库仑准则分析温度和围压对河冰强度参数的影响规律。结果表明:在所选试验条件下,柱状冰主要发生单剪破坏和延性破坏;在恒定温度条件下,广义剪应力峰值随围压的增大呈现近似线性增加;在恒定围压条件下,广义剪应力峰值随温度的升高呈现近似线性减小;根据莫尔库仑理论解释柱状冰破坏准则,在4种试验冰温下,其内摩擦角分别为21°、45°、42°和52°,黏聚力分别为1191.6、513.2、861.6和933.4 kPa;从能量特征角度考虑,柱状冰三轴压缩耗散的能量随着围压的增大有逐渐增加趋势。     

掺纤维水工大体积混凝土抗裂性能研究

为了考察掺纤维对混凝土阻裂、止裂能力的影响规律,分别研究了掺钢纤维和掺聚丙烯纤维水工大体积混凝土的初裂强度、等效抗折强度、弹性模量和弯曲韧性。结果表明:掺聚丙烯纤维将一定程度降低混凝土的初裂强度、抗折强度和弹性模量,有利于小幅提高混凝土的等效抗折强度、承载能力系数和弯曲韧度值。掺钢纤维有利于显著提高混凝土的初裂强度、抗折强度和等效抗折强度,且弹性模量略有增加,承载能力变化系数和弯曲韧度值大幅增加。总体而言,与掺聚丙烯纤维混凝土相比,掺钢纤维混凝土具有更好的延性和抵抗混凝土开裂的能力。     

黄河冰单轴压缩强度的试验与影响因素探究

为进行黄河冰单轴压缩强度的试验,在黄河头道拐水文站附近取冰坯,加工成单轴压缩试验冰样,在实验室测试了其单轴压缩强度。试验温度分别为-3℃、-5℃、-7℃、-10℃、-15℃,应变速率范围10-7s~(-1)~10-2s~(-1)。试样按加载方向分为垂直冰面方向和平行冰面方向,分别测试75个和212个。试验得到250组有效数据,分析结果验证了单轴压缩强度的应变速率效应,建立了单轴压缩强度随应变速率变化的拟合公式;给出不同力学行为下的单轴压缩强度与温度和应变速率的统计关系,进而得到了宽应变速率范围下单轴压缩强度随温度变化的统计关系曲面。此外,试验还推断出河流流向与黄河冰单轴压缩强度之间不存在相关关系,垂直冰面方向加载试样的峰值强度比平行冰面方向加载试样的峰值强度高。     

水库冰表层形变的现场观测与分析

冰层应变是决定静冰压力的主导因素。以红旗泡水库冰为例,开展不同方向上冰表形变的原位观测,改进现有冰温度应力计算模型来预测表层应力和评价边界约束、冰裂缝、风等环境因素对冰应力的影响。分析发现:冰层在边界约束下仍随冰温改变而伸长或收缩,日收缩量与膨胀量不等导致冰面产生残余形变,且呈各向异性;冰表层实际应变应由温度应变与环境调整应变组成,且第一主应变方向受寒潮和强风共同作用会发生偏转;冰应力模型表明环境调整应变可释放少量温度应力,但在冰温快速升高时,环境调整应变致使主应力明显高于温度应力。因此,静冰力计算模型不考虑因边界位移、冰层裂缝发展等引起的冰层形变(即环境调整应变)会产生较大误差。     

基于Winkler模型的冰层承载能力分析

为保障冰上旅游活动的安全,基于Winkler模型分析了冰层承载能力。首先对冰层承载力的来源进行了假定,依据冰层受力特点将冰层假定为弹性地基上的薄板,运用Winkler平衡方程对不同荷载作用形式下冰层承载能力进行求解,分别计算各种工况下板底的最大挠度和弯拉应力。在此基础上引入冰温度-弯拉强度关系和安全系数,绘制不同工况条件下冰层承载能力图并与加拿大经验公式进行对比分析。最后根据计算结果,在冰层发育的不同时期进行承载力试验,分别验证了人群、雪地摩托以及轻型卡车荷载作用下冰层的安全厚度。     

基于PFC计算的闸站移建工程粘土体堆筑料三轴力学特性研究

为研究闸站移建工程中围堰设施粘土体堆筑材料力学特性,借助颗粒流PFC仿真计算平台,研究了粘土体三轴力学特征与围压以及颗粒强度特征参数间关系.粘土体围压效应显著,围压愈大,线弹性模量愈大,围压400 kPa下线弹性模量是围压100 kPa、200 kPa下的4.1倍、2.37倍,同时围压效应受颗粒抗拉强度抑制影响,残余强...     

一类实用的湿态混凝土单轴静动态本构模型

引入饱和度,根据试验结果研究湿态混凝土强度、初始弹性模量与饱和度、加载应变率之间的关系。考虑含水率对混凝土强度和初始弹性模量的影响,结合现有规范建议的混凝土本构模型,建立湿态混凝土静、动态工况单轴拉伸、压缩应力～应变全过程曲线实用经验表达式。算例表明,湿度和应变率是影响混凝土本构行为的2个重要因素;孔隙自由水的存在显著影响着混凝土的强度以及变形特性,在实际工程中有必要考虑湿度条件对混凝土材料本构行为的影响。本文模型为湿态混凝土试验与理论成果难以实用化的问题提供了有效的解决途径。     

基于PFC的堆石料宏细观参数相关性分析

通过一系列PFC数值试验,对堆石料颗粒细观参数与材料宏观参数之间相关性进行了分析,建立了颗粒摩擦系数f与材料摩擦角φ之间的关系,材料初始弹性模量E_c、泊松比γ与颗粒接触刚度k_n,k_s之间的关系,以及材料单轴抗压强度P_0与颗粒簇内基本颗粒间粘结强度b_n之间的关系。通过对一系列颗粒细观参数与宏观参数之间关系的分析,选定了采用PFC模拟堆石料试验时细观参数的确定方法,并分析了岩土试验中室内试验结果与PFC模拟结果之间的差别及其原因。     

全级配混凝土基本力学特性试验研究

进行掺引气剂与减水剂的全级配混凝土及相应湿筛混凝土抗压强度、压缩弹性模量、抗拉强度、拉伸变形模量、极限拉伸值、弯曲特性以及抗磨损性能等基本力学特性试验 ,得出了全级配与湿筛混凝土的各种力学指标 ,建立了全级配与湿筛混凝土性能之相关关系 .     

应变率效应对混凝土动弯拉强度的影响

本文基于混凝土材料的应变率效应及有关试验资料,给出了混凝土材料强度和弹性模量强化曲线,根据该关系曲线并考虑初始静预载的情况,建立了混凝土梁动弯加载过程的有限元数值模型。利用该数值模型模拟了不同加载速率和具有不同初始预静载时梁在冲击荷载作用下动弯拉破坏过程,分析了混凝土强度和弹性模量的应变率敏感性对不同初始预静载水平下的混凝土梁动弯拉强度的影响,初步揭示出动载强度随着应变率变化的规律。研究表明,在复杂加载情况下,动强度与应变历史、应变率历史以及材料的损伤积累有关。     

弯曲过渡破坏条件下锥体结构的冰荷载分析

现场观测显示,作用在锥形抗冰结构上的冰破坏力变化与冰弯曲破坏的模式过渡相联系,最大冰力在过渡条件下出现。为了确定这一冰破坏力,本文采用半圆环域的薄板模型求得弹性力学解,在小挠度条件下得到了分别与两种弯曲破坏模式相对应的冰力表达式,它们都是冰断裂长度平方的函数。由此确定了过渡破坏条件下的冰荷载。得到过渡的临界条件为锥面的水线半径与冰的环向裂纹的半径之比等于0.467。过渡冰力(无量纲化)的竖向分量为一常数6.28。分析得到的冰力的竖向和水平两个分量通过两组模型试验进行比较得到了验证。研究表明,如果冰的破坏模式落入过渡区,通常在静冰力分析中采用的以楔梁型破坏为基础的冰力模型可能低估冰力的幅值。     

水泥含量和养生时间对合成模型冰物理力学性质的影响

试验研究一种新型水泥基合成模型冰的物理和力学性质，分别测取了7种水泥含量、8种养生时间试件的物理和力学参数，包括密度、压缩强度、弯曲强度和弹性模量，以分析水泥含量和养生时间对这种模型冰物理和力学指标的影响。试验结果发现模型冰密度等其他力学指标均随水泥含量增加呈指数增加；而随室温养生时间增加，模型冰的物理和力学指标约在140h处达到一峰值，然后下降。由试验结果获得的模型冰物理和力学指标等值图，可作为选择模型冰指标的基础。     

影响支柱绝缘子弹性模量测量精度的因素分析

支柱绝缘子是大多数电力设备中的关键部件,在其中起绝缘和支撑的作用。弹性模量是绝缘子一个十分重要且关键的物理量,其测量的准确性和便捷性对绝缘子的工业生产和科学研究十分重要。本文首先总结了文献中报道的支柱绝缘子弹性模量的测量方法,主要包括准静态法和动态法两大类。从试验过程的经济性和便捷性考虑,结合弯曲负荷试验同时开展弹性模量的测量是较为合适的做法。本文采用数值模拟技术,对比分析了应变片竖向位置、应变片环向位置、绝缘子长径比和重力因素对直立固定的支柱绝缘子弹性模量测量结果精度的影响。结果表明应变片竖向位置和环向位置对弹性模量测量结果的影响较大,绝缘子长径比和重力因素影响较小。所得结果与结论对提高支柱绝缘子弹性模量测量精度具有重要的指导意义。     

聚合物改性水泥混凝土集料分形特征研究

利用分形几何学原理对集料分形特征进行分析,研究了分数维与聚合物改性水泥混凝土(PMCC)集料级配、振实空隙率、强度及刚度性能的相关联系。研究结果表明,分数维与集料级配、空隙率具有较好的线性关系;分数维与PMCC强度、刚度性能的内在联系并不明显,但当分数维D为2.394时,PMCC的抗折强度与折压比均出现最大值,D≥2.394时,其弹性模量减小幅度显著增加。利用集料分数维实现对集料级配及PMCC性能的定量描述,可为PMCC的组成设计与性能研究提供一种新方法。     

顺层岩质边坡抗滑桩弯折破坏模型及试验研究

悬臂式抗滑桩是边坡工程有效防护手段,由于岩土体介质及滑坡结构的特殊性,其在滑坡推力及锚固反力共同作用下的桩身力学行为有待进一步研究。基于顺层岩质边坡的地质结构特性及顺层滑移模式,对抗滑桩锚固段的桩后土体抗力进行分析,分别考虑土体抗力为矩形、三角形和梯形分布情况,建立悬臂式抗滑桩力学模型,研究抗滑桩在顺层边坡滑坡推力及土体锚固反力共同作用下的弯折破坏位置,得到了抗滑桩锚固段弯折破坏位置与抗滑桩的长度、埋深以及滑移面的剪切力的关系及其表达式。通过试验对模型进行验证,对抗滑桩的理论弯折破坏位置进行实际对比。结果表明:在此种滑移模式下,悬臂式抗滑桩的锚固反力按梯形分布计算时,理论模型计算结果与试验结论有较好的一致性,而在按照矩形或三角形分布计算时,理论结果与试验结论相差较大。所以,在施工设计过程中,应在计算得出的悬臂式抗滑桩弯折破坏位置布置较密的抗弯钢筋或按最不利条件计算最大弯矩,确保抗滑桩的承载能力满足要求。     

太平湾电站变电站水泥杆裂缝分析及加固

太平湾电站变电站载重水泥杆中下部产生裂缝,其原因有纵向压力过大、温度应力、骨料的安定性、混凝土碳化和碱骨料反应等。利用碳素纤维片弹性模量大、比重小、疲劳强度高、耐久性好、耐磨损、抗腐蚀的性能进行加固,以使构架稳固,确保电厂安全发供电。