沉井下沉期荷载分布特征的细观试验

发布时间：2019-10-16 07:43

【摘要】：为了准确分析沉井下沉期荷载分布特征可能受到的施工行为影响,设计了3组不同尺寸的沉井模型模拟下沉。在试验箱内分层铺设彩色标准砂,采取吸砂等助沉措施,利用CCD技术连续跟踪拍摄,观测地表沉陷范围、颗粒流动趋势,测量侧壁土压力,并采用二维颗粒流程序PFC2D对试验过程进行模拟。研究结果表明:沉井下沉期的地表沉陷范围与沉井平面尺寸相关,由于吸砂形成的应力松弛影响,沉井侧壁的土压力在深度方向分布呈现先增大后减小的趋势,PFC程序分析的结果与室内模拟的规律较为一致;沉井下沉期间荷载分布特征不同于现行规范规定的线性分布,应考虑取土下沉的扰动行为对其荷载分布特征的影响。
【图文】：

模型图,沉井,模型,试验箱

年周健等［１２］将颗粒流方法引入中国，结合ＣＣＤ图像技术开展了系列的基础理论和工程现象的颗粒流模拟分析，为揭示非连续体的土体位移带来的宏观特征变化提供了新的手段。本文通过室内细观模型试验，模拟３组不同尺寸沉井的下沉过程，分析沉井下沉过程中侧壁土压力的分布模式和对周围土体的影响范围，利用ＣＣＤ技术观察颗粒的流动趋势，采用二维颗粒流ＰＦＣ２Ｄ软件进行数值模拟，并与试验结果进行对比分析。１细观模型试验１．１模型尺寸确定试验中沉井模型采用有机玻璃材质，见图１（其中：Ｌ，Ｗ，Ｉ分别为沉井模型的长、宽、高）。试验按平面尺寸分为３组，Ｗ×Ｌ×Ｉ分别为２００ｍｍ×１４０ｍｍ×５８０ｍｍ，２８０ｍｍ×１４０ｍｍ×５８０ｍｍ，３６０ｍｍ×１４０ｍｍ×５８０ｍｍ，均为矩形沉井，考虑对称性和试验观测方便，均采用半沉井模型。试验箱尺寸为１０００ｍｍ×５００ｍｍ×９００ｍｍ，如图２所示，其正立面为厚２０ｍｍ的透明有机玻璃，玻璃上标有２０ｍｍ×２０ｍｍ的网格，其余３个图１沉井模型Ｆｉｇ．１ＭｏｄｅｌｏｆＣａｉｓｓｏｎ图２试验箱设计（单位：ｍｍ）Ｆｉｇ．２ＤｅｓｉｇｎｏｆＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＢｏｘ（Ｕｎｉｔ：ｍｍ）面均为厚１０ｍｍ的钢板，沉井后侧采用弹簧支撑顶紧防止模型与试验箱前壁分离。１．２试验箱内土体填料采用福建平潭标准砂作为模拟土层，其物理性质指标如下：颗粒级配为颗粒直径大于０．６５ｍｍ的占３％，０．４５～０．６５ｍｍ的占４０％±５％，０．２５～０．４５ｍｍ的占５１％±５％，小于０．２５ｍｍ的占

别为ｄｍａｘ＝１．７４９ｇ·ｃｍ－３，ｄｍｉｎ＝１．４３ｇ·ｃｍ－３；最大与最小孔隙比分别为ｅｍａｘ＝０．８４８，ｅｍｉｎ＝０．５１９。为便于观测沉井模型两侧土体受扰动的范围和颗粒流动趋势，分层摊铺标准砂，每铺设６０ｍｍ的标准砂后，，铺设一层厚２０ｍｍ的彩色砂，如此循环，０刻度线上铺设１００ｍｍ标准砂，如图３所示。每次完成填砂后静置１２ｈ以上，使砂土在自重作用下压密，试验时采用相同的相对密实度以保证每次试验条件的均一性。图３彩砂的分层铺设Ｆｉｇ．３ＬａｙｉｎｇｏｆＣｏｌｏｒｅｄＳａｎｄ１．３下沉措施试验采用吸砂方式使沉井在自重作用下缓慢下沉，但由于沉井模型材质为有机玻璃，在自重作用下下沉困难，因此采取辅助加载装置以帮助沉井下沉，采用的方式是在沉井上部放置铁块增加其质量。经反复试验，放置如图４所示铁块（６ｋｇ）比较合适，沉井能顺利下沉。图４加载铁块Ｆｉｇ．４ＬｏａｄｉｎｇＩｒｏｎ沉井在下沉过程中使用家用小型吸尘器Ｓｅ－ｃｌｉｎｅ－３２０１在内部吸砂取土，其功率在３５０～１４００Ｗ，可自由调节吸力大小，为保证试验可比性，在试验过程中均采用最小功率３５０Ｗ。１．４观测程序及测试内容试验时，将沉井模型的对称面紧贴试验箱的有机玻璃侧壁，保持模型竖直。测量模型沉井在下沉过程中侧壁所受土压力，采用ＣＣＤ技术观察砂颗粒运动的变化规律。下沉前先采集１次网格的整体图像，然后分层下沉，在每次下沉完成，待土体稳定后，量测土压力，并用索尼ａ３５相机进行连续拍摄，如图５所示，保持相机位置、角度不动，得到沉井下沉过程中颗
【作者单位】：东南大学土木工程学院;南京水务集团有限公司;
【基金】：国家重点基础研究发展计划(“九七三”计划)项目(2013CB036304) 江苏省自然科学基金项目(BK2011614) “十二五”交通运输重大科技专项项目(2011 318 494 160)
【分类号】：U445.557

【参考文献】