透明沉陷土体中的管-土变形可视化试验系统研制

为实现沉陷土体中管周土内部的变形可视化,设计了透明沉陷土体中的管-土变形可视化试验系统,并开展了相应试验研究。以玻璃砂作为固体颗粒材料,以正十二烷和十五号白油质量比为1∶3.5的孔隙液合成试验用透明土,制作了由透明土箱、砂箱和底座3部分组成的模型箱,采用漏砂控制实现了土体沉陷。试验中利用激光照射透明土形成散斑场切面,通过CCD数字相机连续获取沉陷过程中的切面图像,采用PIV技术对土体变形前后的散斑场切面进行分析,得到了沉陷过程中管周土体的完整位移场。试验系统实现了沉陷过程中的管-土变形的可视化,得到了管周土体的完整位移场;管道顶部2~3倍管径内形成了明显的土拱现象,管道上部土体在沉陷过程中产生了向管道两侧"绕流"的现象,管道下侧土体存在较大的下沉位移并逐渐与管道脱离,管道失去下部土体支撑,导致管道挠曲变形增加,附加应力急增。本文研制的可视化试验系统为研究沉陷影响下的管-土相互作用机理提供了新的研究方法,为地下结构与土相互作用模型试验研究提供了新思路。

上海某地铁车站深基坑周围土体沉陷研究

根据某地铁车站基坑工程实例,利用一些半理论半经验性的公式分项估算了基坑开挖、降承压水引起坑周土体沉陷,并比较分析了土体沉陷的计算结果与现场实测值,从而提出了一些基坑开挖与降承压水引起坑周土体沉陷的结论和控制建议,以供类似工程参考。

采动地表土体沉陷对桥梁桩基影响试验研究

因地下煤层开采引发的地表土体沉陷,对其上方公路或铁路桥梁桩基产生严重危害,甚至引发整个桥梁失稳破坏。基于采动引发的地表沉陷规律和地表沉陷预计概率积分法原理,研制了一套模拟地表沉陷土体桩基载荷试验系统。采用该系统对位于地表不同沉陷位置的4根模型桩开展了试验研究;试验实测了桩身轴力、桩侧摩阻力及桩–土相对位移在地表沉陷过程中的变化;试验实测地表沉降量和概率积分法计算值二者吻合较好,证明了该试验系统模拟地表沉陷的可靠性;试验发现4根试验模型桩桩身轴力和桩侧摩阻力的变化均与所在的地表沉陷曲率变化相关,地表沉陷曲率变化越大,则桩身轴力和桩侧摩阻力变化就越大;桩–土相对位移分析表明,地表沉陷曲率越大,则桩–土相对位移越大,且可能产生桩侧负摩阻力,加剧桩体下沉,引发上部桥梁结构产生不均匀沉降,甚至破坏。研究结果对于采动区桥梁桩基的保护与加固具有重要参考价值。

混凝土板下部土拱形成规律研究

土拱效应是岩土工程中的常见现象,地下穿越施工过程中开挖断面上部土体相互挤密,引起地层不均匀沉陷,在洞顶局部区域形成土拱.当表层存在刚性混凝土面板时,可对地表变形产生约束,改变原有应力传递路径和土拱影响范围.对此,采用ABAQUS有限元软件建立仿真分析模型,针对不同板厚、埋深和管径条件下的土拱形成规律进行研究,探讨地基沉陷与管顶覆土压力分布特征.研究结果表明,土拱效应导致地基内部主应力方向发生偏转,管顶两侧竖向应力有明显增加,刚性道面板板底未发生隆起变形,开挖断面覆跨比指标不是评价土拱效应的唯一指标,需结合具体参数条件进行讨论.