基于硬质黏土切削理论的耙齿切削阻力分析

耙头在挖掘硬质黏土时,耙齿切削阻力较大,需要匹配的主机负荷也相应增加,使得工程经济性降低.为了分析硬质黏土切削过程中耙齿切削阻力的大小及变化趋势,优化耙头设计和使用工艺,对一定含水率和标贯击数的硬质黏土进行多工况下耙齿水平和垂直切削阻力计算.通过计算模型对2种耙齿切削过程中土体破坏长度和宽度进行计算.结果表明:硬质黏土...     

密实粉土单耙齿及三耙齿水下切削试验及耙齿切削阻力计算

滨州港分布的回淤性密实粉土含水量低、标贯击数大、坚硬难挖,给疏浚施工带来很大的麻烦,特别是对耙吸船的挖掘提出挑战,影响了施工效率。为了研究密实粉土的切削机理,进行了密实粉土的切削试验研究。对3种含水量的密实粉土在不同切削角、不同切削深度和不同切削速度的工况下进行了单耙齿和三耙齿水下切削试验,并进行了高压冲水条件下的切削试验研究。试验过程中,通过刀具上布置的切削力传感器监测切削力。通过密实粉土切削试验得到了密实粉土的破坏特性,总结了密实粉土切削的特点,并根据试验数据建立密实粉土耙齿切削阻力计算经验公式。     

自航耙吸挖泥船耙头模型试验研究

为了提高自航耙吸挖泥船耙头疏浚饱和硬质土时的效率,根据模型相似的原理推导了耙头的局部模型试验方法,并通过该方法试验了不同位置高压冲水辅助下的挖掘效果,分析了垂直高压冲水和耙齿内高压冲水在耙齿挖掘中的作用,并根据两种高压冲水的作用机理,提出了沿齿面冲水的辅助挖掘新型式,进一步提高了耙头的挖掘能力和疏浚效率,同时降低了耙头的挖掘阻力.研究了耙齿对地压力、耙头吸腔密封度等因素的影响,并做出了调整和改进.结果表明,改进后的模型耙头疏浚坚硬的黄骅港密实砂质粉土时,泥浆密度换算到原型耙头可达1.19t/m3,相对于国内现有耙头同类土质下的施工密度1.10 t/m3已有大幅提高.     

87A型耙齿的研制以及试用效果

介绍了８７Ａ型可拆式耙齿的研制，在“津航浚１０９”自航耙吸式挖泥船上的试用结果表明：该耙齿结构合理，耐磨性能好，更换新齿非常方便，是国内首创的先进技术，天津航道局自航式挖泥船已广泛采用了这种先进耙齿。     

疏浚饱和密实粉土剪胀特性及其对耙齿切削阻力的影响

针对黄骅港区饱和密实粉土,通过三轴剪切试验以及原型耙齿切削试验,研究饱和密实粉土剪胀特性及其对耙齿切削阻力的影响。三轴试验结果表明,黄骅地区饱和密实粉土在剪切过程中表现为应变软化性状,偏应力峰值与围压之间基本呈线性关系。在剪切过程中,土体先剪缩后剪胀,随着围压的增大,剪缩性状体现得越来越明显,应力应变性状可划分为4个不同阶段。原型耙齿切削试验结果表明,饱和土较非饱和土切削阻力增长得更快;饱和土切削阻力最大值为非饱和土切削阻力最大值的2.7~3.3倍;对于饱和土,切削阻力达到稳定值后,其波动幅度较非饱和土要大。上述试验结果均表明,土的剪胀性对于耙齿切削阻力的影响十分显著,须采取相应的措施来降低土的剪胀性对于耙齿切削阻力的影响。     

耙吸挖泥船高压冲水淹没射流演化过程试验

通过模型试验方法,在风浪流水槽中研究耙吸挖泥船高压冲水淹没射流演化过程。采用超高速相机对静止和移动状态下的高压冲水淹没射流的流动形态进行研究,不仅可提供高压冲水在淹没状态时射流和扩散状态,还可为耙吸挖泥船耙齿设计改进提供依据。结果表明,当高压水射流压力增加到一定程度后,射流形态形成中间大两头小的"藕"形分布状态;试验工况下,在较小射流压力时,移动速度对高压淹没水射流较远处流态影响显著;在较大的射流压力时,移动速度的影响并不明显。因此,提高高压冲水压力可有效解决低压冲水时的拖尾问题。     

大型耙吸挖泥船岩石疏浚方案优化

分析大型耙吸挖泥船开挖岩石的难点。 结合耙吸挖泥船设备性能特点,从施工工艺、疏浚机具设备选型及适应性改造等方面,提出耙吸挖泥船挖掘岩石的优化措施。通过实际工程应用、改进和提炼,形成较成熟的方案,取得了较好的使用效果。     

大型耙吸船高效挖掘黏土专用耙头的研发

针对大型耙吸挖泥船在挖掘硬质黏土时,遇到耙齿难以入土、堵耙和闷耙等问题,通过对大型耙吸挖泥船的原始耙头模型进行研究,采用为耙头配置特殊高压(最大压力为38 MPa)冲水系统的方法,增加了三道高压冲水辅助装置及设计合适喷嘴,成功开发了高效黏土型耙头,有效解决了耙头堵耙、闷耙等问题,提高了船舶施工效率,为类似问题提供参考。     

耙吸挖泥船耙头高压冲水喷嘴改进

针对耙吸挖泥船耙头高压冲水垂直冲刷剪切作用效果不明显的问题,对耙头高压冲水喷嘴进行设计及改装。采用梯形耐磨块内安装斜冲式高压冲水喷嘴的方法,增加高压冲水对土质的剪切破坏作用,并对改进前后效果进行分析。结果表明,在射流压力足够大时,该方法能有效剪切泥面,达到泥块脱离泥层的效果,从而提高施工效率,可为类似工程提供借鉴。     

基于有限元法的耙齿土壤切削仿真

针对耙吸挖泥船耙齿切削土壤的问题,提出了基于有限元的数值模拟方法。建立了耙齿和土壤的三维力学分析模型,充分考虑到土体的黏塑性并将修正的Drucker-Prager土壤模型作为土体的非线性有限元模型。利用LS-DYNA软件的动态显式算法对过程进行模拟,分析了不同切削深度以及不同切削速度下所得到的切削阻力,并通过理论方法对结果进行对比分析,验证了ALE(Arbitrary-Lagrange-Euler)算法在切削大变形问题上的可靠性,为耙齿进一步研究奠定基础。     

HAS土壤固化剂在长江航道削坡土上的固化试验

通过开展HAS高强耐水土壤固化剂(HAS固化剂)室内固化长江航道削坡土的试验,以及将成型固化土泡水及放置于户外自然环境的试验,分析了不同的固化剂、石屑和土样的配比设计在不同时间和不同条件下对无侧限抗压强度的影响,试验得到了HAS固化土的无侧限抗压强度的主要影响因素和变化规律。研究成果为实现长江航道削坡土的资源化利用提供了一定的技术基础。     

强夯加固饱和地基土的数值模拟

综合分析国内外有关饱和地基土强夯加固研究资料的基础上,考虑强夯作用下饱和土的流固耦合特性、土体非线性、强夯处理大变形理论,利用多孔介质模型,推导出有限元动力平衡方程,对强夯处理饱和地基土进行数值模拟,得到夯坑变形、流场分布、孔隙水压力分布等情况,为精确模拟分析强夯加固机理提供有效途径.     

单耙齿切削黏土机理试验研究

黏土是疏浚工程中分布广泛且较为难挖的土质。为了分析黏土切削过程中的土体破坏机理,对2种不同含水率的黏土进行二维与三维切削试验研究。试验考虑不同切削角度（30°、45°和60°）和不同切削深度（50、100和150 mm）对黏土切削力的影响。通过切削力传感器测得切削过程产生的水平和垂直切削力;并在切削刀具表面不同位置布置压力传感器,测得切削过程中刀具不同位置受到的土体压力;布置摩擦力传感器,测得切削过程产生的摩擦力;在切削过程中观察土体的变形和破坏形态。通过黏土的切削试验,讨论不同的切削参数对黏土切削力的影响,分析黏土切削的土体破坏机理。     

压实花岗土的单屈服面模型研究

在解决岩土工程问题的过程中,常常需要预测加载过程的变形和应力.采用数值方法,不仅可以解决上述岩土工程问题,甚至还可以解决更为复杂的问题.此外,为了得到较为准确的结果,还需要一系列的参数,如土的种类、密度、应力水平和应力路径等.为预测砂土特性,采用多种应力路径,利用Lade的单屈服面模型,进行了大量的试验研究.试验分析表明,在一定条件下砂的应力路径依赖其特性变化.利用Lade单屈服面模型计算结果与测试结果比较一致,但也出现了一些差异.应变的计算结果与测试结果的最大差异,表现在随应力增加的比例加载和应力路径方向上.     

淹没高压射流垂直切削硬质黏土数值与试验研究

针对淹没高压水射流对硬质黏土进行切削的问题,基于耦合的欧拉-拉格朗日方法,引入射流经过淹没水域发生速度衰减规律,建立有限元模型对切削效果进行分析研究,最后通过室内试验加以验证。该方法集合了欧拉算法和拉格朗日算法的优点,适用于射流和土体之间流固耦合的分析计算,其中,水体采用欧拉算法,土体采用拉格朗日算法,水土的接触面可被精确捕捉。数值结果显示,高压射流作用下,硬质黏土切削深度随切削速度的增大而减小,随射流压力的增大而增大。并与试验结果进行定量对比,两者较为吻合。该模型较好地模拟了淹没条件下高压射流对硬质黏土的切削过程,为解决这一问题提供了新的思路。     

细颗粒黏性原状土的冲刷特性试验研究

基于物理模型试验,根据实测的冲刷率和床面切应力来分析细颗粒黏性原状土的冲刷特性,考虑水压力的大小和临界起动状态的不同对冲刷率源项公式参数的影响。结果表明:在不同的水压力下,粉沙和细沙的冲刷率都与相对剩余切应力成相同的指数关系,中值粒径较小的粉沙的能量指数取0.5,细沙的能量指数取1。以普遍连续起动为起动状态的冲刷系数较以少量起动状态作为起动状态要略大,能量指数要略大。此外,粉沙的冲刷系数为(0.8~9.8)×10~(-2)kg·m~2·s~(-1),细沙的冲刷系数为(0.2~5.5)×10~(-2)kg·m~2·s~(-1),细沙的抗冲性能要略强于粉沙。