吹淤取样扰动的数值分析——层理分析法

发布时间：2021-10-19 05:54

　　航道疏浚淤泥通过吹填成为了目前扩充城市土地的主要手段之一,分析吹填淤泥样品的扰动情况是工程的关键环节。本文基于吹填淤泥颗粒流3D模型,研究了取土器贯入过程对样品结构的扰动特征,提出了通过拟合的旋转抛物面来评价样品结构扰动的微观信息。其中:层理拟合曲面表征样品的表观变形,结构性拟合曲面的系数量化界定样品的微扰动区与破坏区。该模拟试验能够为工程地质的评价提供参考依据,优化取土器的设计参数,减少实际工况中过于保守的设计和施工产生的费用。试验结果表明:土样颗粒整体表现为向上的微隆起且层理呈倒U型分布,不同层理的扰动程度不同,同一层理的不同部位扰动程度也不同;层理的表观变形可用旋转抛物面公式拟合,各层理的特征拐点分布规律亦可用旋转抛物面公式拟合;曲面外的区域为强扰动区,曲面内的区域为微扰动区,这两个区域的体积积分占比可作为样品原状性评价的参考依据。 

【文章来源】：水文地质工程地质. 2020,47(02)北大核心CSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

边界耦合示意图

本文选取室内三轴试验常见的试样尺寸(50 mm×100 mm)作为该模型的内径与管长，并参考国内外取土器作为该模型的壁厚[8,19-20]、切角[8,19]、摩擦系数[20-21]和贯入速度[8,19-20]等参数的设定(表3)。为了提高计算效率，取土器在模型中被简化为下开口的圆柱形管壁。内侧管壁最大间距即为取土器内径，檐口端部内外管壁夹角即为取土器切角的大小，同一部位内外管壁的间距即为取土器的壁厚[22]。2.2 贯入原理

土样层理信息分析是工程地质勘察关注的重点，由于进行工程应用的方法受到土体内部观测手段的限制，有些学者提出了借助离散元软件建模分析的方法[21,23-24]，图3为本文依据上述理论方法建立的取样模拟试验。在半无限土体中，取土器贯入产生的摩擦力和水平挤压分力共同作用于土颗粒，形成稳定的涡流状位移场[25]，并在中部交汇造成土样的拉升上拱。样品模型显示出土样层理特征为:在层间交界处，由中轴线位置向四周一定长度范围内颗粒起伏平缓，当超过这个范围层理变形趋势呈指数轨迹递增，颗粒结构发生破坏，发生这个变化的过渡点位置可表征为层理的特征拐点;层理截面成倒U型紧凑分布，在三维空间中表现为下弯的曲面。针对此种变形特征，曲面形状可拟合为某一开口朝下的旋转抛物面(图4)。其拟合方程设计为:图4 旋转抛物面示意图

【参考文献】：
期刊论文
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[3]基于透明土的取土管贯入扰动变形试验研究[J]. 吴跃东,罗如平,刘坚,杨冬.  岩土工程学报. 2016(08)
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[6]不同处理方法下吹填土微观结构特征[J]. 王清,孙明乾,孙铁,孙涛.  同济大学学报(自然科学版). 2013(09)
[7]软土扫描电子显微镜图像的微观参数特征分析[J]. 施爱勇,徐金明,李德明.  水文地质工程地质. 2013(03)
[8]取土器贯入土体引起土体扰动的理论分析[J]. 左文荣,吴跃东,李治国,李宁.  河海大学学报(自然科学版). 2009(06)

博士论文
[1]基于离散元法的月壤钻取动力学研究[D]. 刘天喜.哈尔滨工业大学 2015
[2]分级真空预压法加固高粘性吹填土的模拟试验与三维颗粒流数值分析[D]. 宋晶.吉林大学 2011

硕士论文
[1]月壤在取样管内填充特性的研究[D]. 赵德明.哈尔滨工业大学 2011



本文编号：3444282