物理模型试验

摘要： 在温和的外部环境条件下,入湖三角洲的形态演变过程始终表现出一定的随机特性,这给河-湖区域环境监测和水资源管理带来较大的不确定性.本研究在传统确定性的调查方法基础上,通过设置两种不同量级流量条件并分别重复两次的物理模型试验,进行了入湖三角洲水道结构对流量的确定性和非确定性响应规律研究.对准周期相似的三角洲水道的几何特征进行定性观察及其波动变化进行定量统计,一方面,确定性地揭示出随流量的变化,主流水道长度指标与它的正相关性,和三角洲中游各阶汊道分汊位置指标的波动特征、高阶汊道各项几何特征指标的平均波动周期的与它的非正相关性;另一方面,非确定性地分别揭示出低流量条件下三角洲上游分汊位置指标和汊道长度指标的平均波动周期与其均值的正相关性和负相关性.本研究提升了对三角洲水道分汊不确定性规律的认识,并为三角洲形态发展的随机模拟研究奠定了基础.

摘要： 为探究地层损失引起的地层变形在地层内部的传递规律,基于排液法模拟隧道施工引起的直接地层损失,进行不同地层损失率下砂土地层变形的物理模型试验研究.结果表明:在不同地层损失率下,地表及地层内部的沉降曲线均成高斯正态分布,地表沉降影响宽度约为5倍硐径,地表沉降槽宽度系数在13.5~15范围之内,约为2倍硐径;地表最大沉降随着地层损失率的增加而增大,大致呈二次函数关系;地层内部中心最大沉降与深度呈线性关系,最大沉降量随着深度的增加而增大,而地层沉降槽宽度随着深度的增加呈现减少的趋势,地层沉降槽宽度系数i与距离隧道横轴线的深度h呈线性关系;不同深度处的沉降槽体积自下而上有增大的趋势,沉降槽体积传递率的范围为60%~90%.

摘要： 为研究倾斜式消浪板在输水工程中的稳水特性,避免局部明流段波浪传播导致的下游流态交替、掺气及振动冲击等水力危害现象的发生,通过物理模型试验比较分析浸水面积、浸水深度和倾斜角度等参数对倾斜式消浪板稳水特性的影响。试验结果表明,倾斜式消浪板稳水效果随浸水深度和倾角绝对值的增大,均呈现先增强后减弱的变化规律;当无量纲浸水深度为0.44,倾角为-30°左右时,倾斜式消浪板能削减约72%的波高,稳水效果较好。

摘要： 竖缝式鱼道设计时需根据河道岸坡地形地质条件布置,多存在转弯段。结合某电站鱼道工程设计,采用物理模型和数值模拟相结合的方法开展了同侧竖缝式鱼道直角转弯休息池段的体型研究。对各种体型水流流态和流场分布进行的分析结果表明:转弯段上下游竖缝的布置位置对转弯段内的水流流态有较明显的影响,给出了上下游竖缝较为适宜的布置位置;在转弯段下游外侧增设整流板后,转弯段内的水流流态得到了进一步的改善,形成了有利于鱼类上溯的条件。

摘要： 合理地选择溢洪道建筑物消能型式,是关系到整个水利工程安全与经济的重要问题.通过溢洪道设计规范进行消能方式水力学计算,结合物理模型试验对传统底流消能与跌坎型底流消能水力特性进行了对比分析,结果表明:传统底流消能在校核洪水下泄流量时,底流消能方水流进入消力池后产生一定程度的远驱式水跃,消力池消能主要位于消力池后部,消力池后部及出口水面壅高较大,且波动剧烈,没有形成相对稳定的消能水体,消力池消能效果不佳,需要增加消力池长度;跌坎型底流消能消力池底板高程降低1 m时,临底流速较底流消能得到大幅度降低,池内水流扩散充分,剪切明显,消力池后段形成了稳定的水体,消能效果良好,出水渠内水流流态得到改善,难以对消力池产生冲刷破坏.跌坎型底流消能空化数增大降低了空蚀发生概率,可避免消力池产生空蚀破坏,最大水跃位置向前移动7 m,水流不会冲击底板和尾坎,水流垂直溅起,因此消力池内流态稳定,雾化影响较小,其具有适应性强,消能效率高、流态稳定等优点.

摘要： 物理模型试验是研究地质灾害变形破裂特征、动力学过程和成因机制的有效手段,受制于模型箱尺寸,试验过程中边界效应问题显著,如何减弱边界效应影响一直是研究者所关注的焦点问题.本文以隐伏地裂缝破裂扩展物理模型试验为研究对象,通过物理模型试验现象分析以及数值模拟验证等手段,对物理模型箱体边界效应进行了系统分析.结果表明,模型箱体边界效应的主要控制因素为箱体边壁阻尼与箱体尺寸比,其中:边壁阻尼与边界效应幅值呈正相关,边壁摩擦角小于土体内摩擦角时,黏聚力是边界效应影响的主要因素,边壁摩擦角大于土体内摩擦角时,摩擦力是边界效应影响的主要因素;箱体尺寸比影响边界效应幅值,长宽比与边界效应幅值呈正相关,并确定试验模型箱设计最优尺寸比为5∶3∶2.2.箱体边界效应对隐伏地裂缝破裂扩展物理模型试验结果存在显著影响.

摘要： 本文以惠州某填海项目为研究背景,以项目海堤为研究对象。海堤后方为化工园区,其等级要求较高。根据规范公式计算,得到海堤顶高程理论值及护面块体、垫层、护底块石稳定重量。由于该地区地形较为复杂,局部位置波浪反射与叠加情况较为严重,部分位置存在波能集中现象。为检验海堤结构在实际环境中的稳定性及越浪量,需对其进行物理模型试验,并根据实验数据优化其结构形式,使其满足在实际波浪条件下结构稳定及对后方建筑物的防护要求。

摘要： 通过物理模型试验和理论分析相结合的方法研究了不同组合连接体形下旋流式竖井的水力特性,总结出竖井涡室内的4种典形流态,其中,自由旋流流态最适合于旋流式竖井。通过进一步研究进口体形和消力井深度对流态和消能率的影响,得出折流角变化对消力井侧壁及底板压强影响不大,消力井边壁及底板均不会出现负压;流量的增加会减小消能率,折流角和消力井深度的增大可增大消能率,虽然消能率随消力井深度的增加而增加,但增加幅度随井深的增加而逐渐变缓。以上研究成果可为工程中更好地应用竖井溢洪道提供有益借鉴。

摘要： 双排抗滑桩后侧滑坡推力分布是其设计中要考虑的关键要素之一。针对一大型基岩-覆盖层式滑坡,进行四组不同后排桩布设方式的双排桩加固滑坡的室内物理模型试验,通过采用坡体外注水,经过特定通道渗入滑带的方法来模拟强降雨条件对滑带的软化效应,测得不同工况下两排桩后侧滑坡推力分布特征,并通过FLAC^(3D)数值模拟方法对试验结果进一步验证。试验结果表明,后、前排桩上坡体压力均呈两端小、中间大的抛物线型分布模式且峰值点相对靠近滑面位置;桩位不变时,后桩后侧坡体压力峰值随沉埋深度增大而减小且峰值点位置上移,前桩后侧坡体压力峰值随后桩沉埋深度增大而增大,但峰值点位置无明显变化;滑带软化效应并不改变双排桩上推力分布模式,但会增大前、后排桩后侧坡体压力,且相比桩顶和底部,桩身中间部分坡体压力增加幅度较大;注水软化前后,后、前排桩上坡体压力分别增大约14.3%~21.4%与17.9%~24.8%。

摘要： 大量穿越山地丘陵区的高压输电线路杆塔基础常位于滑坡灾害高易发斜坡地段,施加适当防护措施提高其稳定性,是保障输电线路持续安全运行的关键。为研究不同防护措施对杆塔基础滑坡的防护效果,以湖北省巴东县燕子滑坡为地质原型,设计制作物理试验模型,分别开展了极端降雨条件下滑坡在无防护、施加抗滑桩与格构护坡时的物理模型试验,从试验角度揭示了滑坡变形破坏特征与不同防护措施的防护效果。试验结果表明:在2种极端降雨工况(50,100 mm/h)下,无防护的滑坡体历经了坡表冲刷、裂缝扩展、局部垮塌变形与整体滑动的演化过程;抗滑桩措施对滑坡整体的防护效果显著,滑坡整体处于稳定状态,杆塔基础变形较小,杆塔倾斜率满足规范,但坡表会出现冲刷垮塌现象;格构护坡措施能有效减少坡面冲刷和坡脚垮塌风险,但在持续强降雨条件下对杆塔基础的整体稳固作用稍弱。物理模型试验结果与滑坡历史变形和实际治理效果吻合,试验结论可为类似杆塔基础滑坡的破坏机理研究与防护工程设计提供借鉴。

摘要： 针对围油栏动力特性,进行了模型比尺为1∶1的规则波、水流与围油栏相互作用的物理模型试验.利用拉力传感器和电磁式位移测试系统,对围油栏的受力和不同浮子的运动响应进行了测量,研究了不同环境因素(周期、波高、流速)对围油栏动力特性的影响.试验结果表明,只考虑波浪的情况下,波高是影响围油栏受力的主要因素,波浪周期影响不敏感.在波流组合的情况下,水流流速是影响围油栏受力最主要的因素,波高其次,波浪周期最小.围油栏不同位置的浮子水平运动特征不同,但各个浮子的运动响应幅值均对波高较为敏感,基本同波高呈线性关系.同时,水流抑制了各个浮子的水平运动,但使其升沉运动更为剧烈.

摘要： 根据中国波浪能资源的分布特点,中国海洋大学进行了组合型振荡浮子波浪发电装置的研究.本文选取两种形状的浮子,在山东省海洋工程重点实验室的断面水槽中进行了物理模型试验,测定不同波浪条件下浮子空载和负载下的水动力学性能,分析了浮子形状参数对其波能捕获能力的影响以及浮子在不同负载下波浪条件对输出电流电压和功率的影响,为优化装置性能提供了依据.

摘要： 基于长距离引水的多系统出水输水泵站的安全运行要求,提出了三维CFD仿真模拟和物理模型试验交互技术。对特大地下输水泵站整体的多方案比较和设计优化,兼顾了便捷性和精确性,以导流墩、底坎、进水孔等整流措施进一步改善水力条件和配水均匀性,进水流道水流条件平顺,流态稳定,泵站万吨水占地仅为常规设计50％,进、配水建筑物的沿程最大水位落差较经验参数设计法减少58％,达到了系统稳定可靠和节能减排的双重目标。

摘要： 一些越洋海啸的实测及模拟表明,海啸波的最大波高会在先驱波到达远场地区几小时甚至十几小时后出现.虽然已有学者通过数值模拟或理论研究证实海脊可以俘获海啸波,但鲜有相关的物理模型试验进一步证实这一特殊的物理现象.本文基于物理模型试验,研究了产生于脊顶的海啸在海脊地形上的传播变形过程.在证实海脊对海啸波具有俘获作用的同时,初步讨论海脊俘获波的传播变形情况以及海脊横截面上的波高分布.

摘要： 以Ⅳ级围岩为参照对象,研制可用于隧道围岩稳定性物理模型试验的软弱围岩相似材料.采用的5种原材料(重晶石粉、石膏、细砂、洗衣液和水),通过直剪试验、无侧限抗压强度试验及三轴压缩试验测得所配相似材料的强度特征和物理力学参数,包括黏聚力c、内摩擦角Φ、单轴抗压强度Rc、弹性模量E和泊松比v.首先,通过试验分析每种原材料的不同比例对所配相似材料强度特征及物理力学参数的影响,选择适合于模拟Ⅳ级围岩相似材料的原材料配比;其次,针对优选的材料配比所配制的相似材料,开展大量的三轴压缩试验,研究在不同围压下该相似材料的强度及其破坏特征.结果表明,含水率减少或石膏含量增加导致Rc、E和c明显增大,而Φ降低不明显;增加砂含量可增大E和Φ,但Rc值减少;石膏含量对相似材料的脆性和延性影响最明显,而含水率对相似材料的强度影响最为突出.试验结果还表明,相似材料在低围压时呈现脆性,在高围压时呈延性;就破坏准则而言,试验所得结果小于Mohr-Coulomb准则,略大于Hoek-Brown准则,但更符合Hoek-Brown准则.研制软岩相似材料的试验数据可为下一步拟开展的隧道围岩稳定性模型试验和数值模拟提供重要的参考和依据.

摘要： 为了研究双洞互补式通风换气风量对隧道通风的影响,针对大别山公路隧道双洞互补式通风方案,建立了1:10的物理模型试验系统.通过测试分析,研究了两条横通道内换气风量变化时隧道内各区段风速、风压和污染物浓度分布的影响规律.研究结果表明:双洞互补式通风方式是可行的,隧道内部换气是可实现的.增大1号换气风量,可以降低下行隧道出口处污染物浓度,同时会升高上行隧道出口处污染物浓度;增大2号换气风量,可以降低上行隧道出口处污染物浓度,同时会升高下行隧道出口处污染物浓度.研究结果可为隧道后期运营管理控制提供借鉴.

摘要： 岩土工程中物理模型试验中模型砂土地基的相对密度和均匀性决定了整个试验的成败,采用福建标准砂,自制鸭嘴型出砂口的砂雨设备,采用CT技术研究砂雨法制样的空间分布均匀性.分析表明,采用鸭嘴型出砂口砂雨法得到的砂样密度均匀,但在空间分布上具有层状分布特征;每层砂样密度与出砂口移动路线存在对应关系,边壁处相对密度略小;沿深度方向,底部的相对密度略大.

摘要： 在波浪物理模型试验的基础上,对不同方向波浪在斜坡堤堤根段、堤头段和中间段的作用状态进行了分析,描述了不同方向波浪的作用规律及各段护面块体在波浪作用下的稳定状态,阐明了不同方向波浪对不同位置斜坡堤护面块体的影响.

摘要： 通过波浪水槽试验,构建了概化的岸礁模型,对岸礁地形次重力波特征开展研究.试验中礁坪水深极浅,传统波高计的应用受到一定限制,为此本研究基于新开发的摄像机测量系统捕捉三例不同入射周期的随机波浪传播现象,获得时间和空间上的高分辨率波动数据.试验发现入射短波经过礁前斜坡剧烈破碎传播至近岸后,平均水位大规模提高,并伴有次重力波波动以及较大的波浪爬高.不同周期入射波产生的次重力波周期相同,且在近岸波动中占据主导地位.次重力波在浅水岸礁大规模增水时可产生类似驻波的共振,但其相位关系与理想海湾共振有所不同.最后通过比较破碎点附近辐射应力与近岸次重力波波动的相位关系,揭示了不同周期入射波对次重力波的增强及减弱作用机制.

摘要： 通过波浪水槽试验,构建了概化的岸礁模型,对岸礁地形次重力波特征开展研究.试验中礁坪水深极浅,传统波高计的应用受到一定限制,为此本研究基于新开发的摄像机测量系统捕捉三例不同入射周期的随机波浪传播现象,获得时间和空间上的高分辨率波动数据.试验发现入射短波经过礁前斜坡剧烈破碎传播至近岸后,平均水位大规模提高,并伴有次重力波波动以及较大的波浪爬高.不同周期入射波产生的次重力波周期相同,且在近岸波动中占据主导地位.次重力波在浅水岸礁大规模增水时可产生类似驻波的共振,但其相位关系与理想海湾共振有所不同.最后通过比较破碎点附近辐射应力与近岸次重力波波动的相位关系,揭示了不同周期入射波对次重力波的增强及减弱作用机制.

摘要： 本发明涉及一种煤岩工程多功能物理模拟试验系统，其包括试验腔、模型成型子系统、液压加载控制子系统、测试子系统和抽注气子系统，试验腔包括加载框架和可拆卸式连接于加载框架一端的反力盖，加载框架和反力盖同轴安装于一底座上，底座上沿加载框架的轴向设置有导轨，导轨上安装有可沿导轨滑行的支撑座，加载框架和反力盖的底部分别安装有支撑座；模型成型子系统与试验腔之间可拆卸式连接有用于输送模型的轨道输送子系统。本发明还提供了一种煤岩模型试验方法。本发明能够模拟在地应力和瓦斯压力及综合多因素作用下钻孔、造缝、压裂、煤与瓦斯突出、地下工程开挖支护等作业，对加强煤矿与瓦斯突出相关发生机理、预测与控制等提供试验验证手段。

摘要： 本发明公开了一种对标物理水池模型试验的船舶阻力虚拟试验平台，涉及船舶虚拟仿真技术领域，平台包括工作流程依次串联的七个执行模块，分别为虚拟试验工程模块、实船主尺度信息输入模块、虚拟试验方案设计模块、数值船模加工车间模块、虚拟试验及过程监控模块、虚拟试验数据处理及报告自动生成模块、虚拟试验可视化情景再现模块，执行模块依据知识封装原则使用户无需掌握数值预报方面的任何专业知识即可开展船舶阻力虚拟试验，最大程度地降低了用户的使用门槛，缩短了船舶性能的评估周期，提高了船舶的设计效率。

摘要： 本发明公开了一种地裂缝土质隧道物理模型试验装置，包括模型装置中的模型箱，模型箱内以立轴对称设置有下盘土体和上盘土体，上盘土体和下盘土体之间为模拟地裂缝，下盘土体的下方安装有固定底板，上盘土体的下方安装有沉降装置中的上盘土体托板；在上盖与上盘土体和下盘土体之间设置有气压囊；在模型箱圆柱侧壁水平开有隧道洞口，该隧道洞口的洞轴线与模型箱的立轴垂直，该隧道洞口内有一模型隧道衬砌结构，设置有各种传感器。本发明还公开了一种地裂缝土质隧道物理模型试验方法，利用上述装置实现地裂缝走向变化，围岩土体地层结构及力学性质变化，衬砌结构形式、断面和刚度变化等各种方案的试验。本发明的装置及方法简单、准确性好。

摘要： 本发明公开了一种悬浮隧道物理模型试验装置及试验方法，试验方法为计算悬浮隧道原型的整体/某一节段的真实刚度k0；根据相似准则，将真实刚度k0按照比尺换算成物理模型的模型刚度k1，通过弹性件来对模型刚度k1进行模拟；将物理模型放置至水池中进行试验；试验装置包括水池及物理模型，物理模型通过弹性件与浮筒/水池/固定块/底座/悬挂支架相连接，弹性件的刚度为按照相似准则得到的模型刚度k1。本发明通过理论计算得到悬浮隧道原型的真实刚度k0，并按照真实刚度值和相似准则，对物理模型的模型刚度k1进行配置，使得模型刚度k1能反映原型真实刚度k0，将模型刚度k1作为输入量进行物模试验，保证了物模试验的结果的准确性。

摘要： 本发明公开了一种采水型地裂缝物理模型试验装置及试验方法，该试验装置包括模型箱、模拟材料、抽水和供水系统以及量测系统；模拟材料包括模拟含水层和/或弱透水层的填土以及模拟基岩的石膏；抽水和供水系统包括井管、与井管相连的水泵、储水槽、储水筒和与储水槽相连通用于控制储水槽内水位高度的水位调节槽；量测系统包括垂向位移标、水平位移标、位移传感器、孔隙水压力传感器、薄膜压力传感器以及数码相机，用于监测井管抽水或灌水过程中填土内不同位置的孔隙水压力和应力的变化、填土的位移以及裂缝的形成和演化。采用本发明可以揭示采水型地裂缝的演变机理，为地裂缝数值模拟方法的构建提供科学基础，为地裂缝防治提供科学依据。

摘要： 本发明公开了一种地裂缝土质隧道物理模型试验装置，包括模型装置中的模型箱，模型箱内以立轴对称设置有下盘土体和上盘土体，上盘土体和下盘土体之间为模拟地裂缝，下盘土体的下方安装有固定底板，上盘土体的下方安装有沉降装置中的上盘土体托板；在上盖与上盘土体和下盘土体之间设置有气压囊；在模型箱圆柱侧壁水平开有隧道洞口，该隧道洞口的洞轴线与模型箱的立轴垂直，该隧道洞口内有一模型隧道衬砌结构，设置有各种传感器。本发明还公开了一种地裂缝土质隧道物理模型试验方法，利用上述装置实现地裂缝走向变化，围岩土体地层结构及力学性质变化，衬砌结构形式、断面和刚度变化等各种方案的试验。本发明的装置及方法简单、准确性好。

摘要： 本发明提供一种用于异重流物理模型试验的模型沙选择装置，涉及基于基础水槽试验的异重流物理模型试验技术领域，解决了现有技术中并没有用于选择具有特定特征的模型沙的装置的技术问题。用于异重流物理模型试验的模型沙选择装置包括浑水储存箱、浑水输送装置、浑水流出流量控制装置、检测装置和河床模拟装置，浑水储存箱通过浑水输送装置与浑水流出流量控制装置相连通，浑水流出流量控制装置与河床模拟装置相连通，其中河床模拟装置中注有清水，本发明能使操作者根据不同的模型沙在不同条件下形成的异重流的流速、厚度以及浊度值特征筛选出需要的模型沙以进行低含沙量异重流物理模型试验，填补了用于选择具有特定特征的模型沙的装置的空白。

摘要： 本发明公开了一种采水型地裂缝物理模型试验装置及试验方法，该试验装置包括模型箱、模拟材料、抽水和供水系统以及量测系统；模拟材料包括模拟含水层和/或弱透水层的填土以及模拟基岩的石膏；抽水和供水系统包括井管、与井管相连的水泵、储水槽、储水筒和与储水槽相连通用于控制储水槽内水位高度的水位调节槽；量测系统包括垂向位移标、水平位移标、位移传感器、孔隙水压力传感器、薄膜压力传感器以及数码相机，用于监测井管抽水或灌水过程中填土内不同位置的孔隙水压力和应力的变化、填土的位移以及裂缝的形成和演化。采用本发明可以揭示采水型地裂缝的演变机理，为地裂缝数值模拟方法的构建提供科学基础，为地裂缝防治提供科学依据。

摘要： 本申请提供一种具有可调模型槽的泥石流物理模型试验装置，包括模拟地表径流部和模拟泥石流通道部，模拟地表径流部和所述模拟泥石流通道部之间通过可伸缩连接部连接，模拟泥石流通道部包括可调模型槽，所述可调模型槽包括底板、观察侧板及调节侧板，在调节侧板与观察侧板之间形成模拟泥石流试验通道区，在所述可调模型槽的末端底部设有升降机构，通过调整所述升降机构的高度控制所述可调模型槽的坡度。本装置可以调节模拟泥石流试验通道区的宽度和坡度，提升了对泥石流物理模拟相似比，对泥石流不同分区的坡度进行分段拟合更加贴近真实沟域情况。不仅能实现不同泥石流沟松散堆积物启动的模拟，还能实现同一泥石流沟松散堆积物不同相似比。

摘要： 本实用新型提供一种用于异重流物理模型试验的模型沙选择装置，涉及基于基础水槽试验的异重流物理模型试验技术领域，解决了现有技术中并没有用于选择具有特定特征的模型沙的装置的技术问题。用于异重流物理模型试验的模型沙选择装置包括浑水储存箱、浑水输送装置、浑水流出流量控制装置、检测装置和河床模拟装置，浑水储存箱通过浑水输送装置与所述浑水流出流量控制装置相连通，所述浑水流出流量控制装置与所述河床模拟装置相连通本实用新型能使操作者根据不同的模型沙在不同条件下形成的异重流的流速、厚度以及浊度值特征筛选出需要的模型沙以进行低含沙量异重流物理模型试验，填补了用于选择具有特定特征的模型沙的装置的空白。