渠道冻胀离心模型试验设备的研制

输水渠道冻胀破坏是寒冷地区渠道破坏的主要表现。研制了一套在土工离心机中进行渠道冻胀模拟的试验设备,该设备主要包括冻融模型箱、循环冷却水系统、测量控制系统等组成。冻融模型箱采用内外两层结构,中间填充保温材料。循环冷却水系统采用12组半导体制冷片,利用其帕尔贴效应实现制冷/热。采用高压水泵驱动水流并结合风冷散热器,持续为制冷器循环冷却,实现了在离心机不具备水旋转接头下的循环水利用。开发了直流回弹式位移测量系统的安装装置,保证了测量系统的准确。利用该设备进行了北疆地区输水渠道的冻胀模拟,试验结果规律好,可以正确的模拟冻胀温度场和位移场。渠道冻胀离心模型试验设备的研制为寒冷地区输水渠道冻胀问题的研究提供了有力工具。     

渠道防渗工程冻胀原因分析与抗冻胀设计

通过对多种型式的渠道防渗衬砌工程冻胀破坏的观测与总结，分析了渠道冻胀破坏的主要原因，进行了渠道抗冻胀计算与典型防渗断面抗冻胀设计，提出了相应的施工技术要求。     

渠道抗冻胀垫层设计方法研究与数值模拟

冻胀是土层的一种常见的现象,具体表现为土中的水含量受冷之后结成冰体,从而引起土层膨胀、地表不均匀隆起等现象。因为渠道土层也存在着一定的含水量,如果不采取有效措施实现渠道抗冻,冻胀就会引起渠道的一些损害,造成经济与质量的损失。当前,在渠道抗冻方面常用的方法是换土垫层法,将非抗冻土换成抗冻土,最终达到抗冻的效果。然而,基于未能完善的科学定义,抗冻换土垫层法经验公式和工程类比都不甚科学。因此,本文就围绕抗冻垫层的各种因素和原理,研究渠道抗冻垫层的设计方法,最后再引入模拟数据考证研究,希望能给相关工程带来一些有价值的参考意义。     

寒区输水渠道衬砌与冻土相互作用的冻胀破坏试验研究

寒区输水渠道冻胀破坏直接影响着工程安全及效益发挥,基土冻胀变形及其与结构相互作用共同导致衬砌冻胀破坏发生。采用低温室循环供冷,模型槽底部砂砾石层补水,设计衬砌渠道低温冻胀模型试验,研究渠基土体的温度场、水分场、变形场和衬砌位移之间动态耦合规律,对比观测了冻融试验前后渠基土横剖面物理性状的变化。研究表明:引起基土冻胀变形的水分迁移量及结冰量受温度梯度、冻结速率控制,也受土体初始含水率的制约;渠道断面形状影响渠道的温度边界和热传导,使各部位冻结速率及冻胀变形不一致。渠基土冻结过程中兼有冻胀和挤密,土体受挤压程度同样受渠道衬砌及断面形状的影响,土体内应力复杂。渠基土冻胀与衬砌位移不协调,导致渠底衬砌与土体脱空且偏心受拉。土体冻结时与衬砌间形成接触分凝冰层,传递作用力;温升融化时,接触分凝冰层消融,表层土体强度丧失,造成渠坡滑动失稳破坏和衬砌结构大面积的滑塌。     

渠道冻胀处理方式的选择

通过分析研究,渠道的冻胀破坏是由土壤中的水、土体颗粒物理性质和负温所致,大多发生在灌区的中下部。渠道防冻胀处理可通过改变渠道结构形式、改变渠基土体的基本结构、使用新型建筑材料等方法来实现。对渠道防冻胀处理方式的选择,关系到渠道的造价和施工的难易,在今后的渠道设计与施工中不断地总结经验,进一步完善新型材料的防冻理论和实际运用经验,为这一新型防冻材料的大面积推广应用提供条件。     

从渠道冻胀的基本理论原理探析其防冻胀策略

防冻胀措施能确保各级防渗渠道的正常实用。在防冻胀措施的选择上,我们要结合道冻胀的基本理论或原理,既要避免渠道冻胀破坏的发生,又要尽可能减少施工难度和费用支出。在防冻胀策略的选择上有：阻止自由水、毛细水的水分供给;换填砂砾石,挖走原来细颗粒土壤;采用保温措施等,本文将从渠道冻胀基本理论原理来探析其防冻胀策略。     

苯板在渠道防冻胀中的应用

冻胀破坏是影响渠道防渗工程寿命的一个主要因素,为了防治冻胀破坏,目前工程上常采用砂砾石料进行基土的置换,但存在置换层较厚,夯填质量不易保证,另外在有些地区存在砂砾石料比较紧缺,导致工程造价较高;而苯板作为一种良好的保温材料,具有自重轻、耐寒性好、厚度小等特点,因而具有很好的应用前景。     

渠道衬砌抗冻胀问题研究

研究了渠道衬砌体冻胀破坏的机理，提出削减和抵抗相结合的抗冻胀思路：探讨了冻结力及冻胀力的计算方法：并由此推算出衬砌体抗冻胀应采用的混凝七强度标号和砌体横截面各部位相应的厚度尺寸，拟定出渠道衬砌抗冻胀破坏的合理断面；提出了解决渠道衬砌体抗冻胀问题的具体措施，并在陕西省渭南市石堡川水库干支渠道抗冻胀设计中应用，取得很好效果。既解决了工程抗冻胀问题，节省工程维修费用，又大大地提高了灌溉渠道输水效率，节约水资源。     

景电灌区渠道改造防冻胀处理策略探究

灌区渠道改造是一项系统工程,防冻胀处理是否到位直接关系到渠道的安全运行和投资效益。景电灌区渠道冻胀问题较为严峻,诱发此类问题的原因多样,为了彻底解决渠道冻胀问题,需要充分立足工程实际情况,在仔细调研和论证下来解决渠道冻胀问题,以此来提升水利工程整体运行效益,更好的服务于区域生产实践,基于此,通过围绕景电灌区渠道改造防冻胀处理相关内容着手探究,在分析具体诱发原因基础上,提出合理化的防冻胀处理措施。     

土工袋防渠道冻胀模型试验研究

为研究土工袋在寒冷地区的防渠道冻胀效果,开展了冻融循环作用下土工袋处理渠道和常规渠道模型试验,研究了土工袋处理渠道和常规渠道的冻胀量、融沉量、含水率和温度随时间的变化规律。试验结果表明：冻融循环作用下土工袋处理渠道防冻胀效果显著,同时揭示了土工袋防渠道冻胀机理,即土工袋通过抑制毛细水、薄膜水上升、加筋作用达到防冻胀效果,为寒区渠道防冻胀提供理论依据。     

海上四桩导管架基础水平受荷离心模型试验

导管架基础广泛应用于海上风力发电和油气开发,水平向风、浪、流、地震等作用是导管架基础发生失效破坏的主要原因。通过离心模型试验针对饱和砂土地基中四桩导管架基础,研究其在沿边长方向和沿对角线方向水平静力作用下各基桩的内力分配、桩周土反力差异和变形特性。导管架基础沿对角线加载时基桩最易被拔出,其下压基桩的桩顶剪力、桩顶负弯矩和桩身最大正弯矩均较上拔基桩大,但二者的桩身水平位移相差不大。对于本文桩间距为5.8倍桩径的导管架基础,由于群桩效应及桩身上拔力降低了桩周土有效应力,沿边长加载时上拔桩在泥面下2.5倍桩径深度范围内的桩周土反力约为下压桩的60%,而沿对角线加载时上拔桩在该深度范围内的桩周土反力仅为下压桩的40%。沿对角线加载时下压桩与上拔桩在桩顶剪力、桩顶最大负弯矩、桩顶轴力及桩身最大正弯矩等参数之间的差别也明显大于沿边长加载情况。与单桩水平加载离心模型试验结果对比发现,同一深度处单桩的桩周土反力介于导管架基础上拔桩与下压桩的桩周土反力之间。     

降雨诱发粉土边坡失稳的离心模型试验及雨强-历时警戒曲线的验证

中国东南沿海山地丘陵地区气候湿润,每年梅雨季和台风侵袭时都伴随有大量土质滑坡,研究降雨诱发土质滑坡的失稳模式和机理对该类滑坡预警预报及防治具有重要意义。笔者自行研制了离心机机载降雨模拟装置,在50g条件下模拟和再现了非饱和粉土边坡在不同强度降雨条件下的失稳破坏过程,揭示了降雨诱发粉土边坡的失稳模式为坡脚局部失稳—向上扩展—整体浅层滑动,滑动面深度介于1~3 m。3组试验获得了降雨强度与边坡失稳时降雨历时关系数据,与李鹤等针对东南沿海地区残积土边坡提出的雨强-历时警戒曲线（I-D曲线）最为接近,验证了该降雨量警戒曲线的有效性。对离心模型试验结果进行反分析表明：非饱和土渗流分析能有效模拟边坡降雨入渗过程,而现有极限平衡分析方法难以准确捕捉降雨诱发边坡由局部向整体发展的失稳过程。基于所揭示的失稳模式,指出了该类降雨诱发滑坡的有效防治措施主要包括坡脚加强排水和支护、坡面防渗和防护。     

包裹式加筋砂土边坡离心机试验研究与对比分析

利用自主设计的宏细观可视化全程拍摄系统,对包裹式加筋砂土边坡进行了离心机模型试验。研究了20g离心场下包裹式加筋砂土边坡宏观变形模式和力学性状以及筋土界面处细观作用机理和土颗粒运动规律。将离心机试验结果与1g静力模型试验结果进行了对比,分析了不同应力场下加筋边坡变形破坏的宏细观机理。研究结果表明：不同应力场下包裹式加筋砂土边坡破坏模式不同,高应力状态下界面处摩擦咬合力峰值大于筋材拉伸断裂强度,而低应力状态下界面处筋材拉伸断裂强度大于摩擦咬合力峰值。筋土界面处不同的应力状态是影响筋土界面作用方式的重要因素。该研究对进一步认识包裹式加筋砂土边坡破坏机理有积极意义。     

山谷型垃圾填埋场失稳模式离心模型试验研究

利用能够在超重力离心环境下旋转的模型箱,进行了山谷型垃圾填埋场离心模型试验。试验结果表明,在40g离心加速度的条件下,前坡40°,后坡45°的填埋场在坡肩处变形较大,沿底部界面失稳的可能性较小。当模型箱转动11.6°(对应填埋体前坡51.6°,后坡56.6°,底坡11.6°),填埋体开始出现整体滑移,随着模型箱的转动角度不断增大,整体滑移呈加速趋势,并伴随有填埋体本身的大变形,其中垂直坡底方向的变形大于平行坡底方向。当模型箱旋转26°后(对应填埋体前坡66°,后坡71°,底坡26°),破坏模式由整体滑移变为沿填埋体内部滑移破坏。试验再现了垃圾堆体沿衬垫界面失稳过程,为山谷型填埋场衬垫界面参数取值方法提供数据支撑。基于测量数据、分析了垃圾土变形、破坏发展规律,探讨了垃圾土抗剪强度参数取值的主要影响因素。     

Centrifuge modelling of the behaviour of pile groups under vertical eccentric load

Annular shaped pile groups are a very common foundation layout for onshore wind turbines and other slender structures. In this study, their performance under vertical loads of moderate to high eccentricity, including moment rotation response and bearing capacity, was investigated by centrifuge testing on small scale physical models embedded in kaolin clay. To identify experimentally the capacity of the examined pile groups under different load paths, the model foundations were loaded monotonically until a clear collapse mechanism was achieved. The testing procedure and the proposed interpretation methodology can be easily adapted to load paths or pile layouts other than those considered in the current study. The experimental data can be adopted as a useful benchmark for mathematical models aimed at predicting the response of pile groups to complex load paths. The results of this testing program can also be used to assess the degree of conservatism of current methods adopted by industry for the design of piled foundations subjected to eccentric loads.     

土钉支护的离心模型试验研究

土钉由于其施工简便、经济高效,已做为原位土体加固和支护技术被广泛应用。但是对于土钉加固机理的了解还有待于深入研究。中国建筑科学研究院地基所和清华大学共同完成了土钉支护机理的离心模型试验研究。采用清华大学中型土工离心机进行了8组土钉支护基坑的离心模型试验。离心模型试验研究表明,土钉能够显著提高基坑土体的稳定性。土钉长度和密度对支护基坑土体的稳定性影响非常显著。在本文所研究的土性和基坑条件下,当土钉最大长度和基坑高度之比(L/H)为0.48和0.8时,基坑土体基本不会发生整体剪切破坏。土钉支护土体发生外部整体剪切破坏的条件是高密度布置短钉情况,土钉支护土体发生内部钉筋拔出破坏的条件是稀疏布置长钉情况。     

高液限膨胀性黏土基桩工作性状的离心机试验研究

通过离心机试验研究高液限强膨胀性黑棉土地基中4根模型基桩在浸水条件下桩头位移和桩身轴力的变化规律,考虑的影响因素包括桩长、桩头荷载以及是否采用隔胀措施。通过自主设计制作的离心机内降雨装置和模型土层中的渗流通道实现黑棉土地基浸水条件。试验发现,黑棉土浸水后对桩身轴力的影响分为两阶段:前期土体刚度降低阶段,黑棉土遇水刚度降低后能提供的摩阻力明显降低,使得桩身轴力增大;后期胀拔阶段:黑棉土遇水膨胀隆起,对桩基产生向上的胀拔力,桩身轴力减小。此外,浸水引起的桩头位移变化与桩顶受荷情况密切相关:未受荷桩发生上拔位移,而荷载为625 k N的桩发生沉降位移。在桩周采取隔胀措施可以削弱甚至消除黑棉土变形对桩基的不利影响。     

污泥脱水用离心机的絮凝剂耗用量调试研究

针对中山市净水二厂污泥脱水的絮凝剂耗用量大的问题,对污泥脱水用离心机进行了调试研究。结果表明,絮凝剂型号及配制浓度、离心机出水堰板半径等均会影响絮凝剂的耗用量;该厂污泥脱水系统的最佳运行参数如下:进口7652型絮凝剂、絮凝剂投配率为35%～45%、离心机出水堰板半径为128 mm、污泥处理量为25 m3/h。将此最佳运行参数应用到实际生产中,在2010年下半年该厂共减少絮凝剂耗用量为660 kg,节省絮凝剂成本为27 732元。