基于单活动门试验的土拱效应演化规律研究

土拱效应是岩溶塌陷、桩承式路堤、隧道开挖以及挡土结构荷载传递的重要机制。针对土拱效应演化规律的研究,采用钢棒相似土作为填料开展二维单活动门试验,得到了土拱效应演化的地基反应曲线(GRC),探讨了曲线特征参数在不同填料高度下的变化规律,分析了填料在活动门不同下沉阶段的细观演化规律。试验结果表明:填料高度较小时,曲线没有明显进入临界阶段的特征。随填料高度增加,曲线起始段斜率、最小应力折减比、曲线恢复段斜率以及临界应力折减比逐渐降低,最小应力折减比对应的标准化位移逐渐增大。活动门下沉过程中,填料从初始三角形下沉区域逐渐向外侧扩展,并在中心处形成位移集中区域,其中填料高度较高时,内部位移集中区域形似塔形,最终下沉区域逐渐扩张为两段式的外张漏斗型,漏斗两侧与垂直方向夹角随填料高度的增大而减小;剪应变集中分布在活动门两侧,整体呈扇形向上发展,存在内外两条滑移面,呈“V”字型分布;活动门上方颗粒会逐渐形成一个向下发展的转角不变拱,拱内颗粒转角不变,拱外颗粒转动偏向拱。

地层塌陷引起土体变形的阵列式三维活动门试验研究

活动门试验将地层损失简化为活动门的下沉体积,可用于探讨岩溶塌陷、隧道开挖等地层损失引起的土体变形与地面沉降。目前的活动门试验以二维试验为主,对于实际的三维变形及其随地层损失增长的渐近性发展规律研究还不够深入。采用开发的12×12阵列式活动门试验装置,开展3种不同填料高度下的密实砂土三维活动门全模型和半模型试验。利用144台全阵列荷载感知系统测试得到全模型试验活动门下沉全过程的荷载变化数据,通过双轴直线滑轨–激光位移扫描装置间歇地扫描填料表面并获得全过程的表面沉降云图。对应地开展半模型试验,通过粒子图像测速(PIV)技术实时捕捉透明有机玻璃挡板后的填料内部的断面位移。利用测试得到的全阵列荷载数据得到三维活动门地基反应曲线,探讨填料剪切带随活动门下降的发展规律。揭示三维活动门试验中的填料分层沉降符合二维高斯曲线分布规律,探讨填料内部分层的沉降槽宽度与填料下沉体积的变化规律,提出三维活动门体系变形与表面沉降预测方法,试验结果可为相关工程中的土体变形与地表沉降预测提供参考。