U形渠道地基用盐渍土冻融试验

针对宁夏平罗县沙湖灌区盐渍土地基U形渠道衬砌盐腐蚀严重和冻胀开裂的现象,开展破坏机理研究。设计模拟渠道地基用盐渍土的冻融试验,研究9次冻融循环条件下盐渍土的盐分迁移和冻胀力分布规律,结合冻胀力计算模型明晰U形渠道衬砌的破坏成因。研究结果表明:相同含水质量分数的盐渍土,深度在10 cm以内时,盐分迁移速率较快,随着深度增加,盐分迁移速率由大减小,并沿着深度增加盐分迁移量呈非线性减小;不同含水质量分数盐渍土在其表层均有盐分迁移后大量富集现象;相同含水质量分数的盐渍土,其冻胀力随着深度增加而增加,当深度在25 cm以内时,其冻胀力增长较为平缓,深度大于25 cm时,冻胀力随着冻结深度增加呈显著增加;盐渍土温度达到-10.0℃以下,土体中的水已全部冻结,随着温度继续降低,冰体和土颗粒的蠕变变形导致冻胀力衰减,且随着冻融次数增加,冻胀力衰减越显著;在1个冻融循环过程中,冻胀力波动温度区间随着含水质量分数增加而减小,且区间起始温度有增加趋势;在1个冻融循环过程中产生了冻胀力波动现象且在冻胀力波动温度区间内发生了4次,该规律能很好地解释在春天融化过程中渠道衬砌板更易产生开裂的现象;盐渍土表层盐分大量富集导致渠道衬砌板顶部腐蚀最严重。     

基于等效热-力载荷的20Cr2Ni4预应力车削残余应力模拟及实验

为快速准确预测20Cr₂Ni₄合金钢预应力车削表面残余应力的分布,基于等效热-力载荷建立三维有限元仿真模型,通过切削热-力模型确定等效热-力载荷的分布形状和强度,将切削过程等效为接触正应力、接触剪应力和热流通量在已加工表面的循环作用.模拟的残余应力分布趋势与测量结果基本吻合.基于上述模型研究了切削速度、进给量和预应力大小对残余应力分布的影响.结果表明,切削速度对残余应力分布影响不明显,减小进给量能使表面残余拉应力和最大残余压应力减弱,增加预应力能够有效地减小表面残余拉应力和增大最大残余压应力.      

砂袋挡土墙宽度对承载特性影响的试验研究

为了探讨砂袋挡土墙宽度是挡土墙设计过程中的关键因素,直接影响挡土墙的整体稳定性,通过砂袋挡土墙在墙宽分别为40、60、80 cm条件下的室内模型试验方法,研究了砂袋挡墙墙后填土沉降规律、墙面水平位移分布和墙背及墙内土压力分布规律。试验结果表明,砂袋挡土墙墙后填土沉降与墙体宽度成正相关;水平位移随墙宽度的增加逐渐减小,所以增加挡土墙宽度可以提高其整体稳定性;土压力随墙高度的增加先增加到最大值而后逐渐减小,成鼓型分布,距离墙背越远,土压力越小,随墙高度变化越不明显;可见砂袋挡土墙宽度对其承载特性具有较大的影响。     

绿色加筋格宾挡墙现场试验研究

对浙江省绍诸(绍兴-诸暨)高速公路K38+398 km断面的绿色加筋格宾挡土墙进行现场试验,测试竖向土压力、水平土压力、筋材拉应变和加筋体侧向变形的分布规律.研究结果表明:在施工过程中,墙趾附近的基底土体内存在应力主轴偏转现象;施工结束后,距墙趾1 m处的基底水平土压力和45°方向的土压力比竖向土压力大;挡墙内竖向土压力在筋长方向上呈非线性分布,在挡墙下部呈单峰形而上部呈双峰形;面墙后的水平土压力在施工期先增加后减小,沿墙高呈非线性分布,最大值发生在1/3H(H为墙高)处,实测水平土压力远小于理论主动压力和传统有面板加筋上挡墙的墙背水平土压力;筋材的拉应变在靠面墙侧最大,沿筋长方向逐渐减小,在筋材末端又略有增大;加筋体的侧向变形沿墙高呈鼓胀形,最大侧向变形也发生在1/3H处.     

基于管沟尺寸的冻胀作用下输油管道应力分析

冻土区土壤因其特殊性易受温度影响,土壤冻胀会使敷设在管沟内的管道翘曲变形。因此,为使有限元分析结果更符合管道敷设在一定管沟尺寸下的实际要求,利用ABAQUS软件建立基于管沟参数的有限元模型,在冻胀作用下分析了管道在不同管沟尺寸参数下的应力分布规律。对比分析了在不同地表温度、管沟坡度、沟底加宽裕量等情况下的管道应力集中现象以及各参数对管道应力峰值的影响。研究表明：管道在冻胀区域与过渡区和非冻胀区会出现应力集中现象,管底冻胀区域中部为高风险失效区,地表温度对管道轴向应力分布影响最显著。管顶最大Von Mises应力在冻胀区域中部且随管沟坡度的增大而增大,过渡区和非冻胀区交界处的最大Von Mises应力随管沟坡度的增大而减小。管沟坡度一定时,过渡区和非冻胀区交界处的Von Mises应力最大,且随沟底加宽裕量的增大而增大。     

考虑土体结构劣化的高原山区桩-土体系数值分析

高原山区土体常年受冻融循环作用,结构不断劣化,导致桩-土界面作用削弱,对 构筑物稳定性产生不利影响 . 本文开展室内试验结合数值模拟,构建了土体在冻融循环作用 下的结构劣化模型,建立了考虑土体结构劣化的水-热-力耦合数学模型并验证了其可靠性 . 基于此,对服役期内高原山区桩-土体系稳定性进行了数值分析 . 试验结果表明,冻融循环条 件下,土体渗透系数及孔隙比随冻融次数增加呈对数型增大,土体黏聚力随冻融次数增加呈 指数型减小,内摩擦角随冻融次数增加呈对数型增大. 服役期内,桩周土体最大冻胀位移随服 役年限增加逐渐减小,最大融沉位移逐年增大,桩周土体整体呈融沉趋势;桩基冻胀位移随服 役年限增加逐渐减小,融沉位移逐年增大,冻胀融沉增长速率不断减小,但桩基融沉位移大于 其冻胀位移. 试验结果可为高原山区桩基础设计提供技术支持与理论指导.     

土工袋挡墙二维模型试验研究

为研究土工袋柔性挡墙在顶部竖向荷载作用下的挡墙变位模式及土压力系数分布情况,进行了袋装铝棒土工袋柔性挡墙二维模型试验,分析了不同竖向荷载作用下土压力系数沿墙高的分布规律.结果表明:土工袋挡墙位移从墙内到墙外逐渐减小,挡墙表面累积水平位移呈"上大下小"分布;土工袋挡墙破坏时,滑裂面呈"阶梯状",其高度与挡墙宽度相关;墙后土压力系数与荷载大小成正比,随挡墙深度的增加呈现先增大后不变的趋势,挡墙土压力系数与土工袋刚度有关.     

基于框架预应力锚杆加固技术的重力式挡土墙的稳定性分析

基于重力式挡土墙不稳定的现象,运用框架预应力锚杆加固技术对重力式挡土墙进行加固.以极限平衡理论及库仑土压力理论为基础,对挡土墙进行稳定性分析,推导出挡土墙的抗滑移稳定性和抗倾覆稳定性安全系数的求解计算公式.通过算例计算及对比分析,结果显示引入此加固技术的重力式挡墙的稳定性安全系数明显提高,在锚杆预应力每增加50kN时,稳定性安全系数提高的幅度达到50%左右;从经济性和安全性两方面综合考虑,对锚杆施加100kN的预应力是最佳的.     

撒布式混杂钢纤维再生混凝土力学性能

为了研究撒布式混杂钢纤维再生混凝土的力学性能,以混杂钢纤维撒布层数和掺量为参数,对混凝土试块进行抗压、劈拉及弹性模量试验。结果表明:随着混杂钢纤维撒布层数的增加,抗压强度整体变化不大,劈拉强度逐渐呈现上升趋势,弹性模量、拉压比、弹强比随层数变化规律不明显;但弹性模量均较普通再生混凝土降低,拉压比均较普通再生混凝土增大,弹强比有增大也有减小;随着混杂钢纤维掺量的增加,抗压强度先增大后减小,劈拉强度、弹性模量逐渐增大,拉压比、弹强比先减小后增大。撒布混杂钢纤维层后,再生混凝土的破坏由脆性转变为具有一定的塑性。     

地应力作用下裂隙对锚杆预应力扩散机制的影响

为深入了解裂隙对锚杆预应力扩散机制的影响,采用将锚杆预应力在裂隙围岩中形成的应力场-锚杆预应力场从围岩应力场中分离出来的方法,系统地研究了地应力作用下裂隙位置、长度和倾角对锚杆预应力扩散机制的影响。研究发现:裂隙长度对锚杆预应力场的影响最显著、次为倾角、再次为位置。裂隙长度存在阈值;随其长度增加,拉、压应力峰值区位置发生转移,拉应力峰值单调增加,压应力峰值则先增大再减小。随裂隙向围岩深部移动,拉、压应力区位置发生互换,拉、压应力峰值总体呈减小趋势。裂隙倾角90°时的锚杆预应力场与30°~75°时的显著不同;随裂隙倾角增大,拉应力峰值按减小→增大→减小的规律变化,压应力峰值先减小再增大。     

淮南弱膨胀土冻胀融沉特性

采用自行研制的冻胀融沉试验系统,对淮南弱膨胀土进行不同含水率、冷端温度等条件下的室内冻胀和融沉试验。结果表明:土体冻胀率随含水率、冷端温度和干密度的升高而增大;而随着含盐率的增加,冻胀率呈现减小的趋势,冻胀率与时间关系的可用指数函数y=a(1-e~(-bt))描述。通过温度和水分变化规律可知,距离冷端越远,温度下降速率越慢,达到稳定状态的时间越长。土体冻结深度随温度降低而增加,且与温度场发展规律一致。由于冻结过程中的水分迁移,使冻结区的含水率普遍大于初始含水率,而未冻区含水率则小于初始含水率,在冻结缘附近含水率达到最大,水分在此处集聚形成分凝冰夹层。另外,融沉试验的结果说明了土体融沉量会随含水率升高和温度降低而增大,由各级荷载下的融沉量确定融沉系数和体积压缩系数,为冻土沉降计算提供参数。     

聚合物涂层与沥青混凝土衬砌渠道冻胀模拟

为了研究青混凝土与柔性增强涂层材料两种防渗抗冻胀技术的有效性,采用有限元分析软件ADINA,对其进行温度场、变形场及应力场仿真分析,研究了衬砌板的冻胀变形及其法向冻胀力和切向冻胀力分布规律,并分析衬砌板的应力及破坏规律;通过与普通混凝土衬砌对比分析,指出采用沥青混凝土、柔性增强涂层材料等柔性防渗抗冻胀材料不仅能使衬砌板的冻胀量及冻胀力更加均匀,而且通过释放变形,可使其法向及切向冻胀力减小25%～46%,可有效控制衬砌渠道冻胀破坏.     

季冻区粉质粘土路基的冻胀特性的模型试验研究

为对季冻区路基冻胀性能进行研究,以实际工程为依托,通过相似原理方法进行缩尺模型试验研究。在开敞式条件下进行单向冻融试验,分析在不同温度梯度条件下冻融循环两次过程中温度分布及冻胀特性。自行研制的冻胀设备能满足变形、温度等多项试验指标。试验测试结果表明：冻结速率随时间的增加呈现出降低趋势且具有一定的波动性;冻结深度随冻结负温的增加而增加,并且在-15℃时,最大冻深达到39cm;通过对冻结深度与时间关系进行分析提出冻结深度预测公式,通过对前人已有数据进行验证发现本文提出公式具有很好的适用性;在不同冷端温度与冻胀量关系中发现,当冻结负温在-10℃下,土体达到最大冻胀量。     

人工冻结粘性土的冻胀特性研究

冻结法在矿山建设方面应用已越来越多,冻胀对施工的影响也不容忽视,对冻胀进行研究很有必要.通过自行研制的冻胀仪进行试验,并根据试验结果,比较分析两淮地区人工冻结粘性土在不同地层深度和土质下的冻胀特性,以及相同土样的砂质粘土在不同含水率下的冻胀特性,得出了冻胀力和冻胀率随着地层深度的增加而减小的特性.并研究了相同砂质粘土土样在不同含水量下的冻胀特性,得出了相同土样的砂质粘土冻胀率随着含水量的增大而增大,特别当含水量大于塑限时冻胀增量更大的物理特性,对工程应用具有一定的参考价值.     

季冻区粉质黏土路基的冻胀特性的模型试验研究

为对季冻区路基冻胀性能进行研究,以实际工程为依托,通过相似原理方法进行缩尺模型试验研究。在开敞式条件下进行单向冻融试验,分析在不同温度梯度条件下冻融循环两次过程中温度分布及冻胀特性。自行研制的冻胀设备能满足变形、温度等多项试验指标。试验测试结果表明:冻结速率随时间的增加呈现出降低趋势且具有一定的波动性;冻结深度随冻结负温的增加而增加,并且在-15℃时,最大冻深达到39 cm;通过对冻结深度与时间关系进行分析提出冻结深度预测公式,通过对前人已有数据进行验证发现所提出公式具有很好的适用性;在不同冷端温度与冻胀量关系中发现,当冻结负温在-10℃下,土体达到最大冻胀量。     

条带式加筋土挡墙力学性能模型试验及数值模拟

通过室内模型试验对条带式加筋土挡墙的作用机理进行探讨.测试挡墙面板的水平位移、侧向土压力以及筋带轴向应变在填土表面局部逐级加载情况下的变化情况,并利用有限元软件进行数值模拟.数值模拟与模型试验结果一致表明,土体中加入筋体材料能明显提高其稳定性;在各级荷载作用下挡墙面板的侧向土压力沿墙高向下逐渐增大,而侧向位移沿墙高向下则逐渐减小;筋带的轴向应变呈单峰状分布.模型试验中,局部逐级荷载作用下,挡墙面板的侧向土压力增量沿墙高向下逐渐增大;侧向位移增量明显上部大于下部;筋带沿其轴向应变的增量先增大后减小.     

风向角对高速列车驶出隧道过程中气动效应的影响

为研究风向角对驶出隧道过程中高速列车气动效应的影响,以某型高速动车组列车为研究对象,采用数值模拟方法对隧道内气动压力、列车风风速、流场分布及列车气动荷载进行分析。通过与动模型试验结果进出对比,验证数值模拟方法的准确性。研究结果表明：隧道壁面气动压力峰值及变化幅值最大值出现在隧道内部,且出现位置到隧道出口距离与风向角有关;背风侧气动压力受风向角影响更大,气动压力变化幅值随风向角增大呈现先减小后增大再减小的趋势;出口处列车风风速随风向角增大基本呈现先增大后减小的趋势,30°风向角时列车风风速最大,但迎、背风侧列车风风速峰值出现时刻不同;随着风向角增大,流场分布不对称性增强,列车绕流特性由流线型绕流逐渐过渡到钝体绕流,流动分离点到头车鼻尖的距离呈现先增大后减小最后再增大的变化规律,隧道内流动结构愈加复杂;气动横向力、升力变化幅值随风向角增加呈现先增后减趋势,头车横向力系数最大变化幅值分别是中车、尾车的2.4倍和2.6倍,升力系数最大变化幅值分别是中车、尾车的1.1倍和1.5倍,故保证头车安全是控制整车运行安全的关键;侧风下高速列车驶出隧道情形下的最不利风向角为30°,此时头车发生列车事故风险...     

梯形河道护岸糙率及水流时均与紊动特性

采用仿真草皮和三棱柱砖块模拟生态护岸,通过在室内非对称式梯形水槽内设置变流量和变底坡工况,对不同护岸型式下的梯形河道的糙率、流速分布和紊动强度进行了研究.结果表明:河道综合糙率随水深的增加而增大,改变流量或底坡对护岸糙率值影响不明显;主槽和斜边坡上,纵向流速的垂向分布均符合对数分布规律,横向分布呈现沿主槽向边滩逐渐减小的趋势,流速的横向梯度受河道底坡和护岸型式的影响较大;在主槽区,紊动强度沿垂向线性递减,而边坡区则先增大后减小;紊动能沿横向先增大后减小,在主槽与边坡交界区达到最大,表明交界区的紊动交换最强.     

液体燃料MILD燃烧的特性及其污染物的排放规律

为了探究液体燃料的中低氧稀释(moderate and intense low-oxygen dilution, MILD)燃烧的特性,采用数值模拟方法,分析了MILD燃烧过程中空气与燃料的入口条件对燃烧室烟气回流比、流场结构和污染物排放量的影响规律.研究结果表明：MILD燃烧室内流场结构对燃料与空气的混合起到决定作用;随着当量比的增加,燃烧室温度逐渐升高,CO的排放量逐渐增大,NO_x排放量也随之增大,当量比为0.9时,NO_x排放量达到峰值;随着空气入口速度的增加,燃烧室中心面温度分布均匀,没有明显的局部高温峰值点,NO_x排放量逐渐减小,CO排放量呈先减小、后增大的趋势,空气入口速度为110 m/s时的CO排放量最小;随着燃料入口速度的增大,燃烧室内峰值温度逐渐升高,NO_x排放量逐渐增加,CO排放量呈先减小、后增大的趋势.     

压力作用下冻结粉质粘土的水分迁移特征

水分迁移是引起路基下土体冻胀的重要因素,目前国内外仍采用刚性孔隙来模拟水分迁移,这对承受荷载的土体并不适用。根据能量平衡与质量守恒原理,结合有效应力与孔隙率、体积含冰量与温度的关系,建立了压力作用下的考虑孔隙率变化的一维水热模型。基于改进的水分迁移试验装置,利用粉质粘土进行了开放系统下的水分迁移试验。研究结果表明:随着冻结时间的增长,补水量逐渐增大,导致冻胀过程经历缓慢变形、快速上升和下降3个阶段,荷载对最大冻胀速率的影响明显;最大含水率位置随着冻结锋面的下移而下移;随着荷载的逐渐增大,水分迁移量逐渐减小,开始补水的时间也推后。