深卸荷成因机理物理模拟试验相似材料研究

某工程边坡深卸荷形成机理的物理模拟试验要求模型材料的重度与原型一致,强度是原型的0.002倍。该材料具有相对较高重度、低强度的特征。如何研制和试配出该特性的相似材料是物理模拟试验成败的关键环节。从材料选择、模具设计、试样制作、配合比试验等方面系统开展了模型相似材料的试验研究,最终获得满足试验要求的材料组成、配比及工艺。该材料由铁粉、重晶石粉、石英砂、松香酒精溶液按规定配比均匀拌合击实而成。材料物理力学参数可调整的范围较大,对于类似研究可通过调整组成材料的含量而达到相应的目标参数。因此,研究不仅为该物理模拟试验提供了技术保证,而且可对类似研究提供借鉴和参考。     

基于正交设计的岩石相似材料配比试验研究

为研究岩石类材料的力学性质，以实验室物理模拟试验为背景，选用石英砂、重晶石粉、石膏等 为原料，基于正交试验设计方法开展相似材料配比试验研究。以骨料／胶结剂、水膏比、重晶石／骨料为3 个控制因素，开展单轴压缩试验，获得不同配比相似材料力学指标。实验结果表明:不同配比相似材料 的力学参数分布范围较大，能满足不同配比模拟试验对其的要求；材料抗压强度和弹性模量主要受水膏 比影响；重晶石粉与骨料的比例对材料抗压强度影响较小，对弹性模量无明显控制作用。研究成果可为 类似模型试验岩石类相似材料的配比选取提供参考。     

饱水软弱夹层相似材料配比试验研究

为研制可用于水下振动台试验的软弱夹层物理模型相似材料,选取新型注浆材料AG-C溶液、不同级配石英砂、膨润土为原料,以正交设计方法为手段,建立4个因素4个水平正交试验配比方案,获得了不同配比相似材料的密度、抗压强度、弹性模量、渗透系数、水稳性指标、质量变化率等物理力学性质指标,并对试验结果进行敏感性分析。然后,基于正交试验结果进行单因素试验,并增加了含水率、饱和度、孔隙水压力指标。试验结果表明:AG-C溶液含量对相似材料性质影响较大,所确定配比的相似材料具有很好的动力学特性,基本能够满足振动台模型试验相关要求;所研制的软岩相似材料可为水下模型试验提供重要材料,也可广泛应用于采矿、水利、地质及岩土等工程领域。     

基于层次分析法的物理模拟相似材料权值研究

从正交试验极差分析中指标的平均值出发,确定了层次分析法中判断矩阵的量化标度,据此分析了物理模拟中相似材料配比试验时,重晶石粉、石英砂、石膏、甘油和风干时间5种因素对试样密度和单轴抗压强度的影响权重。结果表明,构建的判断矩阵均有满意的一致性;由权重计算可得,风干时间对配比材料参数起重要作用,因素影响权重顺序与正交试验极差分析结果有一定差异,主要集中在风干时间和重晶石粉上;在正交试验基础上进行层次分析,弥补了极差分析结果不够精确和层次分析中由人为进行标度确定的不足,计算结果较单纯的正交试验更精确、更具说服力。     

巫峡岩溶岸坡结构面相似材料试验研究——以箭穿洞危岩体为例

我国西南岩溶山区是世界上最大的连片裸露岩溶地区,地质环境脆弱,人类工程活动强烈,群死群伤的灾难性滑坡频发,巫峡地区的岩溶岸坡发育尤为突出。由于三峡库区蓄水及库水位波动,部分岩溶岸坡(如箭穿洞)发生了不同程度的变形与失稳,极大地影响了水库的安全运行。为了确定巫峡岩溶岸坡箭穿洞地质力学模型试验结构面相似材料的最佳配比,以重晶石粉、石英砂、石膏和水为原料配置结构面相似材料,基于正交试验设计方法开展相似材料配比试验研究。以骨胶比(骨料/胶结剂)、水膏比(水/石膏)、重骨比(重晶石/骨料)为三个控制因素,开展三轴压缩试验,获得不同配比相似材料的力学指标。通过采用模糊综合评判法获得最佳相似材料配比并开展岩体结构面黏结材料相似性模拟试验,同时,在不同正交设计水平条件下各控制因素对不同物理力学参数进行敏感性分析。研究结果表明:不同配比相似材料的力学参数分布范围较大,劣化效应明显,能够满足地质力学模型试验结构面相似材料的基本特征要求;相似材料的密度和内摩擦角主要受骨胶比控制,黏聚力主要受水膏比控制。此研究成果可为后续地质力学模型试验的顺利进行提供一定的理论依据和实践经验,为三峡库区防灾减灾与预警评估提供基础理论支撑,从而提升我国岩溶山区地质灾害防灾减灾的能力。     

软弱夹层相似材料配比试验研究

结合软弱夹层的物理力学性质,根据相似原理进行配比试验,研制适用于室内试验的软弱夹层相似材料,使用单因素试验和正交试验相结合的方法进行研究,以因素A(石蜡/(骨料+膨润土))、B(石膏/(骨料+膨润土))和C(骨料/膨润土)为控制因素,以密度、抗压强度和弹性模量作为不同配比的评价指标.单因素试验以石英砂或重晶石粉作为骨料研究材料物理力学性质的变化.正交试验通过因素水平变化分析其敏感度,结果表明密度、抗压强度和弹性模量随因素水平变化规律性明显.     

基于相似理论的力学模型试验材料研究

目前,中国对于岩质边坡模型试验相似材料的研究已经非常深入,但对于土质边坡,特别是黄土边坡模型试验相似材料的研究却非常浅薄,因此研究出一种适用于黄土边坡模型试验的相似材料具有非常重要的研究价值。通过大量的相似材料配比试验,研制出一种新型的黄土相似材料来模拟诠释兰州报恩寺滑坡的破坏过程,借以兰州报恩寺滑坡为模型,通过常规三轴试验,确定材料的基本力学参数,通过兰州报恩寺滑坡的室内物理模拟底摩擦试验来验证试验相似材料配比ω_(黄土)∶ω_(河沙)∶ω_(石蜡油)∶ω_水=4∶1∶0.7∶0.627的可靠性。并且通过对该材料的试验可得出,该相似材料有使黄土易于保持水分、配置的特点,且价格便宜,方便购买,可模拟按相似比缩小后的大型黄土体,是一种比较理想的模拟黄土的相似材料。     

地质力学模型试验中不同类型岩体的相似模拟研究

本文的试验研究以相似原理为依据,以几何和力学条件相似为必要条件,获得满足模拟要求的模型材料配合比。通过试配比制块,采用单向压缩试验测得试件变形模量再核算调整配合比,经进行多次调整后得到满足相似要求的模型岩体材料的变形模量,从而达到解决地质力学模型试验岩体材料相似模拟研究目的,实现工程不同地段岩体材料的模拟,为地质力学模型试验研究提供基础资料和试验依据。     

某水电站河谷下切卸荷机理物理模拟试验研究

为研究某水电站河谷下切的卸荷机理,根据相似理论配比相似材料和堆筑模型进行室内物理模拟试验,模拟5次河谷下切,对岩体进行应力分析、位移分析和破坏情况分析。结果表明:卸荷过程中,两岸坡体应力逐渐降低,坡表局部位置出现裂纹以及小范围的垮塌现象,坡体产生了向河谷方向的位移。     

三峡永久船闸输水反向弧形阀门流激振动问题研究

本文采用原型观测、模拟试验和理论分析等手段,对三峡永久船闸高水头输水反向弧形阀门的流激振动问题进行深入研究。研究内容包括:(1)以五强溪船闸反向弧形阀的原型观测为基础,对三峡船闸反向弧形阀及输水廊道紊流场进行精细的数值模拟和试验研究,通过综合分析,对三峡反向弧形阀门可能出现的小开度强振区的振源进行预报。(2)研究符合金属结构水弹性相似的高容重、低弹模的特殊材料系列,并用该材料制成了1∶20三峡反向弧形阀的"完全水弹性相似"的流激振动模型;用该模型进行了实验(干)模态分析,并与有限元的理论模态分析相比较,二者符合较好,说明它的动力性能良好,可用于反向弧形阀门的各项水弹性振动问题研究;在大型减压箱中对三峡永久船闸反向弧形阀在输水过程中的紊流流激振动进行模拟,预报阀门结构的动力特性及动力响应。最后对减振、抗振措施提出相应建议。     

土工离心机的研制与应用

水利水电工程建设中涉及的岩土力学问题,通常采用土工模型试验解决,其中按相似准则原理,模型材料应能模拟原型材料的物理力学性能。由于土的力学性质复杂,难以用其它材料模拟,因此只有用原型材料制成模型,并放在与重力场相似的力场中,将模型的自重应力水平提高到与原型相同,才可得到较准确     

岩质相似材料配比的正交试验研究

为研究模型试验中岩质相似材料的选择和配比问题,基于正交试验设计方法,选取重晶石粉、石英砂、细砂为骨料,石膏和水泥为黏结剂,设置(重晶石粉+细砂)/骨料、细砂/(重晶石粉+细砂)、(石膏+水泥)/固体、水泥/(石膏+水泥)质量比4个控制因素,每个因素4个水平,共计16组试验方案。通过室内试验,得到不同相似配比下相似材料的密度、抗压强度、弹性模量、黏聚力和内摩擦角等力学参数指标。试验结果表明:相似材料和岩质材料的全应力-应变曲线以及单轴压缩试验的典型破坏形态基本吻合;相似材料密度分布较均匀,抗压强度、弹性模量、黏聚力和内摩擦角分布广泛,达到了模型试验中对岩质相似材料的要求。采用极差分析法和方差分析法对影响材料性质的不同因素进行分析得出,影响密度、抗压强度、弹性模量、黏聚力的主控因素均为黏结剂中水泥的含量,内摩擦角主要受重晶石粉和细砂在骨料中所占比例的控制。研究结果可为后续地质力学模型中岩质相似材料的选取提供一定的理论依据和实践操作经验。     

河工动床模型试验的含沙量比尺

本文在评述目前关于含沙量比尺确定方法的基础上，指出前人采用λs确定的含沙量比尺，不能满足水流挟沙相似条件。剖析所找的原因是相似分析时，采用了不能同时适用于原型和模型且简化成指数等于1的半经验水流挟沙力公式，推导过程中又引入系数比尺等于1的假定，并以不考虑紊动扩散作用影响的λω作为泥沙悬移相似条件。选用容重适中的模型沙所开展的试验论证结果表明，含沙量比尺的大小对河床变形相似有直接影响，该比尺小于1时河床变形与原型偏差较大，该比尺与淤积物干容重比尺相近时，模型同原型才较为相似。此外，文中还认为，目前确定含沙量比尺的办法最好是通过分别确定原型和模型水流挟沙力的途径来实现。     

基于正交试验的固液耦合相似材料研究

为了研究矿井突水演化规律,通过正交试验研制出一种能同时满足固体力学与水理性的固液耦合相似材料,该相似材料以河沙为骨料、水泥和大白粉为胶结剂、液体石蜡和淀粉为调节剂。采用极差分析法和方差分析法,研究了河沙粒径、水泥含量、大白粉含量、液体石蜡含量及淀粉含量5个因素对相似材料性质的影响规律。结果表明:两种方法得到的结果基本一致;河沙粒径对相似材料密度及渗透系数起主要控制作用,对吸水率和软化系数影响较小;水泥含量对相似材料强度起主要控制作用,对软化系数也有较大影响;液体石蜡对相似材料吸水率的影响大于其他因素,对强度影响极不显著。并通过相似模拟试验对该相似材料的可靠性进行了验证,模拟效果良好,揭示了采动过程中导水裂隙发育规律。     

某加筋土边坡离心模型试验相似材料研究

离心模型试验的准确性与可靠性取决于模型与原型的相似程度,选择合理的相似材料是离心模型试验的关键环节。以广州某垃圾填埋场挡坝加筋边坡的工程设计为背景,为合理开展离心模型试验,选取6种编织布进行分析。考虑强度相似原则和界面摩擦因素,基于窄条拉伸试验、直剪摩擦试验合理比选相似替代材料。按该边坡设计方案,模型边坡在离心场中能够保持稳定。边坡设计中应进一步参照数值分析和工程类比进行方案确定。如按强度相似进行材料选择,通过调整模型土层厚度,所选择的6种材料可对抗拉强度在13~360 kN/m的土工布进行模拟。     

大坝防渗沥青混凝土心墙配比试验分析

文章以山东临沂石岚水库大坝工程为例,对沥青混凝土原材料各项技术标准进行了阐述分析,并对矿料级配、填料含量、沥青含量这3个参数做了正交配比试验,确定本项目沥青混凝土材料最适宜配比为:矿料级配0.42,填料含量12%,沥青含量6.9%。最后,通过数值模拟证明了该配合比满足要求,可为类似工程提供必要的技术参考。     

试谈研究程序、方法及试验设计——献给初涉给水排水研究工作的年青朋友

(五)模拟试验模拟试验是指以相似理论为指导,用模型研究自然或工程中的某种事物和现象,从而把研究结果应用到相似的实际中去.即用模型代替原型,通过模型来认识原型的试验.作为方法来讲也就是模拟法.“模拟”二字是指照着原样仿效的意思,不仅表现在模型的外形和构造要与原型相似(即几何的相似),而且发生在其中的现象也要与原型相似,只有这种外表与实质都有     

遗传算法在相似材料配比试验设计中的应用研究

为探究相似材料配比优化问题,选取水膏比(水与石膏质量之比)为变量因素,基于Matlab环境进行遗传算法的相似材料配比优化研究。设计以1/15拉压比为主要参照目标,通过力学性质试验获取不同水膏比的相似材料单轴抗压强度、抗拉强度、弹性模量、泊松比、内摩擦角和内聚力6项力学特性参数,对其进行回归拟合,并构建遗传算法的相似材料配比优化模型。经对输出结果的二次试验检验可得到较好的配比优化效果,研究结果可为相似材料配比优化方法提供一定的理论依据。     

非恒定流条件下荆江三口分流模拟控制方式研究

长江防洪实体模型是利用世界银行贷款兴建的重大水利科研项目.通过理论分析与试验研究,建立了适合长江防洪实体模型的非恒定流条件下荆江三口分流模拟控制方式.恒定流和非恒定流条件下的验证试验研究表明,该模拟控制方式下荆江三口模型分流流量与分流过程均与原型相似,基本满足试验精度要求.验证后,该模拟控制方式被应用于长江防洪实体模型...     

滦河迁西县城段河工模型试验的模型沙设计

在滦河迁西县城段河工模型试验中,由于原型床沙较粗(中值粒径d50= 25 mm),且组成范围较大,不适合用平均沉降相似法进行模型沙级配设计.因此采用新的模型沙级配方法,在同时满足起动相似和河床变形相似的两个条件下,根据糙率模拟要求,通过冲洗研磨制备天然样沙,再通过数学方法进行编程优化计算样沙的配比得到模型沙.通过水槽起动试验和物理模型试验,模型沙选择满足要求,模型设计合理.