砂雨法试样制备平行试验研究

在中国各类基础设施大规模、高速度建设的历史背景下,岩土工程学科也面临空前的机遇和挑战,以岩土离机为代表的大型试验装备也得到迅速发展,为理论研究、实践指导提供了十分重要的研究手段。为推动我国离心模拟技术标准化及在实际工程中的应用,扩大离心模拟技术在工程界的影响力,开展了全国岩土工程离心模拟的平行试验,试验内容包括砂土模型地层的制备、桩基础承载力以及边坡稳定共3大类试验。介绍的是采用砂雨法制备砂土地层的相关试验成果,共有8家单位参与了此项研究工作。试验材料采用福建标准砂,出砂头采用圆筒网眼式或者线型鸭嘴式,落砂装置各单位自备。试验结果分析得到落距–相对密实度标定曲线,并设定土体目标相对密实度(55%和75%),验证曲线的可靠性;同时考察制备模型地基的相对密实度在空间上的均质性,并对出砂头的类型及孔径大小、流量、出砂头水平移动速度对相对密实度的影响做了初步探讨。

砂雨法制备砂土地基模型控制要素试验研究

为掌握砂雨法制备砂土地基模型相对密实度Dr的主要影响因素,设计加工了包括点式和线式出砂头的成套砂雨装置,讨论了Dr随落距、出砂孔尺寸、出砂头总流量、移动速度的变化规律,分析了Dr空间均匀性分布特征。试验表明:1随落距增大,Dr随之提高,但增速逐渐减缓,可将Dr相对增速K介于±3%所对应落距范围内的Dr均值为稳定相对密实度;2稳定相对密实度与出砂孔尺寸呈线性负相关关系,同一流量下随出砂头移动速度表现出非线性变化特性,出砂头总流量对稳定相对密实度影响不明显;3无论是在水平层面还是沿深度的不同位置,模型箱中部附近的Dr分布均匀性都优于四边和四角处;4一线点式出砂头所制备的砂土Dr与目标值误差较筛孔点式小,具有较好的可控性。

自制砂土装样设备及其控制要素分析

土工模型试验中砂样的装样质量非常重要。为获得指定相对密度的砂样,针对福建标准砂,自主研制了一套装样设备,并进行了多组砂雨法装样的对比试验。通过对试验结果的整理分析,定量给出了砂样流速、落距及装样容器对试样相对密度的影响。分析表明,砂样相对密度随流速增大而减小,随落距增大而增大,对应不同流速和落距的组合情况,二者相互影响。同样流速和落距条件下,圆形容器成样相对密度最大,其后依次为矩形和方形容器。试验证明该套装置能成功制备均匀性较好、相对密度在0.45～0.96的砂样。

五星形桩抗拔承载性能模型试验研究

五星形桩是一种新型的截面异形桩,是在圆桩基础上向内切割5个圆弧,形成截面类似五星形的一种桩型。利用自主研发的多功能桩基模型试验加载系统,砂雨法成桩,进行了4根五星形与圆形桩(周长最大化五星形桩F_1、周长面积比最大化五星形桩F_2、与F_2同截面周长的圆桩C1、与F_2同截面面积的圆桩C_2)抗拔承载特性对比模型试验研究。试验结果表明:(1)五星形桩F_1与F_2的极限抗拔力基本相同,大圆桩C_1最大,小圆桩C_2最小。(2)大圆桩C_1的极限抗拔力是F_2的1.73倍,说明五星形截面形式对抗拔侧摩阻力产生了较明显的弱化。(3)小圆桩C_2的侧表面积是F_2的0.66倍,但其极限抗拔力是F_2的0.8倍,这进一步说明五星形截面形式对抗拔侧摩阻力有一定程度的弱化。但F_2的极限抗拔力是C2的1.25倍,可见桩的截面形式由圆形转变为五星形可一定程度地提高抗拔承载能力。(4)抗拔侧摩阻力与上拔位移呈双曲线分布,仅需较小位移就可达到极值。

离心试验砂雨法试样制备研究

全国岩土工程离心模拟平行试验之一,是砂土模型地层的制备。砂土试样制备主要通过相对密度进行控制,试验中采用福建标准砂,采用砂雨法制备砂土地层和网眼式与鸭嘴式出砂头,通过对试验结果分析得到落距-相对密度标定曲线,并设定土体目标密度(55%和75%),验证曲线的可靠性;同时,考察制备模型地基的相对密度在空间上的均质性。出砂头的孔径大小、出砂量、出砂头水平移动速度对相对密度的影响,还需进一步研究。