土工离心机设计综述(一)

当代土力学的研究中,土工离心模拟试验是一门正在发展中的新兴技术,土工离心机则是它的主要设备。本文不仅对土工离心机在国内外发展的概况作了介绍;对如何选择离心模拟试验的设计参数作了说明,还对土工离心机设计中,例如空气流场的选择、封闭机坑(不通风)中风阻功率的估算、温升控制以及离心机结构设计作了较详细的分析;对离心机运行中的动力平衡、运行安全监测、运行速度的自动控制和模拟试验中数据采集等系统作了简要说明。     

大型土工离心机数据采集与监测系统研制

系统介绍了LXJ-4-450大型土工离心模型试验机数据采集与监测系统的实施方案、硬件配置和软件研制。采用数字信号传输方式,可大大减少滑环数目,提高测量信号抗干扰能力。同时,该系统软硬件配置合理,测量项目齐全,其中包括应变、位移、孔隙水压力、土压力和加速度等。为实时直观地监测模型变形和破坏过程,设有闭路电视监视系统。实际运行表明,本系统使用方便、可靠,测量精度能满足试验要求。     

土工鼓式离心机研发及在海底滑坡研究中的应用

为快速发展海洋土力学,大连理工大学于2009年引进了国内首台土工鼓式离心机GT450/1.4。通过与国际上同类产品的比较,详细介绍了鼓式离心机GT450/1.4的机械系统、控制系统、数据采集系统以及自主开发的配套设备PIV图像观测系统、黏土真空搅拌器、大型固结仪、撒样器的研发过程及工作原理。并以海底滑坡为研究对象,采用现场取样土,对深海滑坡进行探索性研究。离心模型试验结果表明:鼓式离心机GT450/1.4性能优良,功能全面,在机械设备规模、数据采集精度、控制系统自动化程度及作动器加载模式方面均优于国外同类产品,同时便于升级改造为“土工鼓-臂联合式离心机”。土工鼓式离心机对于研究海底滑坡等相关海洋工程领域课题具有一定的优越性。     

土工离心模型试验技术的一些进展

对近年来在土工离心模型试验技术方面取得的一些进展加以概括和总结 ,包括模型材料的选择、离心模型试验误差分析、数据采集系统的研制、动态模拟技术、动力土工离心模型试验等方面。另外 ,还就其应用方面的一些进展作了简单的评述     

土工离心模型试验技术的一些进展

对近年来在土工离心模型试验技术方面取得的一些进展加以概括和总结,包括模型材料的选择，离心模型试验误差分析，数据采集系统的研制，动态模型技术，动力土工离心模型试验等方面，另外，还就其应用方面的一些进展作卫简单的评述。     

土工离心模型试验大流量供水系统设计研究

当前的土工离心模型试验的几种供水方式存在流量小、不稳定、测不准、造价高等问题,针对这些问题,研发了一套离心机大流量供水及控制系统。系统主要包括：上层供水系统、下层储水和供水系统、排水系统以及流量量测控制系统。系统采用环形水箱作为二级储水、供水箱,利用离心机旋转产生的巨大离心力驱动水流向模型试验箱内供水,同时采用离心实验专用孔隙水压力传感器来辅助监测流量,通过计算机控制布置在重力场与低离心力侧的电控阀门来实现流量的分级控制。该系统当前管路在50g离心力场下持续供水最大流量可达8 L/s, 100g离心力场下理论最大供水流量可达100 L/s,结合不同的模型试验箱布置,系统可开展降雨、库水位变动导致的滑坡、溃坝、枢纽泄洪消能等需水离心模型试验研究。     

长江科学院土工离心机的应用与发展

土工离心机是研究复杂岩土工程问题的大型专用设备,长江科学院（以下简称长科院）早在 20 世纪 80 年代建成了当时国内最大的总容量300g-t 、有效容量180g-t 的土工离心机,为我国离心机研制和离心模型试验技术的发展奠定了重要基础。简要总结了国内外土工离心机的发展历史,介绍了长科院第一代土工离心机的研制过程和意义,回顾了第一代离心机所开展的重要研究工作及所取得的成果;详细叙述了长科院第二代土工离心机的研制过程和性能。在此基础上,对近期完成的几个离心模型试验成果进行介绍,并通过多项试验研究验证了试验系统的可靠性。     

基于LXJ-4-450平台的土工离心模型试验研究

土工离心机是岩土工程领域最有效的物理模拟手段之一。近年来,随着现代液压、电控及测试技术的飞速发展,土工离心模型试验技术水平显著提升,应用领域也不断拓展。本文基于中国水利水电科学研究院的LXJ-4-450离心模拟试验平台,对新型机载设备及相应的试验成果进行总结,综述了近年来土工离心模型试验的研究进展。具体而言,研制了模拟污染物迁移的离心试验装置,探讨了污染物在土壤中的迁移机理;研制了离心模拟爆炸试验装置,验证了冲击波及气泡脉动在超重力场下的相似关系;研制了离心模拟溃坝试验系统,揭示了土坝漫顶破坏机理;此外,配置了世界首台水平、垂直双向离心机振动台,揭示了饱和砂土地基液化机理及地震动传播规律;开发了基于液压系统的离心模拟试验大荷载施加方法;最后,对中国水科院新建的大型土工离心机试验平台进行了介绍。     

LXJ—4—450土工离心模拟试验机的研制

LXJ-4-450土工离心模拟试验机的最大转动半径5.03m,有效转动半径4.0m,最大加速度300g,有效负载1.5t,最大有效荷载容量450g·t,试验吊篮尺寸为长·宽·高=1.5·1.0·1.5m,其规模为亚洲第一,在世界上排第四位,该离心机主机结构合理,运行平稳,其运行全过程由级联微机网络自动控制,调速稳速精度高,安全可靠,数据采集系统采用数字信号传输方式,软硬件配置合理,测量项目齐全,试验室土建工程总体布局合理,使用方便,基础抗震性能好。     

土工离心机设计综述(二)

四、土工离心机的设计满足土工离心模型试验的土工离心机,必须由如图8所示的七大部件组成。土工离心机的性能用其加速度与有效质量(模型质量和模型盒质量之和)的乘积来表示(单位:gt)。由离心机的机械特性曲线(见图9)可知:am=常量     

定点高速闪光摄影技术在土工离心机中的应用

在土工离心模型试验中,摄影是一种重要的测试手段,其具有非接触、直观、测试对象为整个压缩面而非点等优点,但如何拍摄高速旋转的土工离心模型完整、清晰图像一直是一个技术难点,通过定点高速闪光摄影技术较好地解决了这一问题。介绍了定点高速闪光摄影的原理,闪光时间、闪光能量的确定,定点高速闪光摄影同步控制以及实际应用的结果。     

基于液压系统的离心模拟试验大荷载施加方法研究

离心模拟试验是通过离心机的转动创造超重力场,使小比尺模型处于原型应力状态,从而模拟土工构筑物力学特性的一种研究手段。随着工程技术的不断发展和技术难度的逐渐提高,在超重力场中开展模拟实际工况中的特定动作,逐渐成为离心模拟试验中的一个热点问题,而如何在超重力场中实现大荷载力的施加是离心模型试验研究中的一个难点。为解决这一问题,中国水利水电科学研究院基于液压技术,开发了可在超重力场中模拟各种施工动作的试验系统,本文介绍了该系统的工作原理和主要特点,并结合试验案例,证明该系统的实用与可靠性。     

双PWM控制的双馈调速系统在泵站电机上的应用

针对泵站电机低速时负载转矩小、调速范围不大、系统非频繁起停等特点,给出了一个双PWM(Pulse Width Modulation)控制的绕线电机双馈调速系统,整流侧采用电流内环电压外环的双闭环直接电流控制,逆变侧采用转速、磁链双闭环的矢量控制策略。试验结果表明,通过双PWM变流器控制可实现能量的双向流动,该调速系统控制精度高,动态响应迅速,对电网几乎无谐波污染,可实现电机超/低同步无极调速,能有效改善泵站电机的调速性能和实现泵站电机的节能降耗。     

电液式土工离心机振动台的研制

介绍了南京水利科学院研制的电液式土工离心机振动台以及基于网络技术的数据采集系统。经验证表明，该土工离心机振动台与数据采集系统的技术指标和性能，完全能满足工程试验研究的需要。     

深基坑变形特性的离心模型试验、数值计算与现场实测对比分析

依据背景工程特点进行抽象简化,得到合适的离心模型试验方案,采用离心模型试验分析紧邻地铁枢纽深基坑工程变形特性。同时建立三维有限元模型对上海地区某紧邻地铁超深基坑变形特性进行数值模拟,分析中土体本构关系采用考虑土体小应变特性的HSS模型进行描述,并与现场实测结果进行对比分析。研究表明:模型试验、理论计算及现场实测3种方法所得出的深基坑变形特性定性规律基本一致,但在量值上有较大的差别,其中采用考虑土体小应变特性的HSS模型能够较好地模拟超深基坑的变形特性。     

海洋平台地基基础变形破坏离心模拟和极限分析

吸力式基础是海洋平台的一种新型基础形式,具有承载力高、成本低、可重复使用和适应各种复杂的海洋荷载环境等优点,在近海滩涂和深海石油开发中有广泛的应用。针对中国近海地质条件和海洋环境开展吸力式基础承载特性的研究,研制了离心机上电磁式、长历时、大负载、宽频率范围激振器,实现了对结构施加循环水平动荷载。进行了一系列海洋平台吸力式基础离心模型试验,揭示了结构振动荷载作用下基础变形失稳机理,得到了荷载强度和结构刚度对基础稳定性的影响。提出了能够考虑竖向荷载、水平荷载和弯矩联合作用、基于塑性力学上限定理的桶基-地基的三维极限分析方法。     

挡水结构水下爆炸作用的离心模型试验

水下爆炸包括冲击波和气泡脉动,两者能量相当,均会对结构产生毁伤作用。水下爆炸载荷试验唯有在离心机内才满足相似关系,设计试验时宜在离心机负载范围内尽可能增加模型尺寸以减小边界效应。针对挡水结构,在离心机内布置压力传感器、高速摄像机、加速度计及应变片测试了冲击波、气泡脉动载荷及结构产生的动力响应。通过试验对比了水下爆炸和空爆产生的载荷,分析其引起结构动力响应的差异。对于水下爆炸,重力加速度的增加引起气泡脉动冲量的减小,而气泡脉动产生的峰值应变基本与气泡冲量呈线性关系,因而模拟气泡脉动对结构作用时应考虑重力效应。     

UAV航摄系统在水电工程大比例尺地形图测量中的应用

传统利用全站仪和GNSS野外地形图结合测量的作业模式工作量大、工期长,难以满足水电工程地形图测绘对效率提高的要求。文章以山东潍坊抽水蓄能电站1∶2000地形图测绘项目为依托,概述了无人机航摄系统的主要组成部分,阐述了利用无人机航摄系统进行大比例尺地形图制作的工艺流程和技术方法,分析了基于无人机航摄系统所制作的1∶2000大比例尺地形图测绘精度,结果表明:地形图满足成图精度要求。     

灰色系统电力负荷预测模型在北疆电网的应用研究

电力系统负荷预测的准确度和精度会对电力系统安全、稳定、经济、可靠性产生巨大影响.本文在对灰色系统理论的基础上,建立灰色系统电力负荷预测模型,并对模型应用到新疆北疆电网,对2020年电力负荷进行预测,其预测结果精度较为满意.灰色系统电力负荷预测是较为可靠的预测方法.