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活动门试验中土体变形及破坏规律

山东大学学报（工学版） 2023年第5期53卷 92-102页

作者：李尧董星陈厚先郭张龙杜旭超长安大学公路学院陕西西安710064

为研究活动门试验中土体变形和破坏规律,采用黄土相似材料,开展不同埋深比(埋深与活动门宽度之比)下的活动门试验,监测不同埋深土体在活动门下降过程中的内部位移和地表位移,结合离散元模型分析土体变形及破坏规律的埋深分界线。试验监... 详细信息

为研究活动门试验中土体变形和破坏规律,采用黄土相似材料,开展不同埋深比(埋深与活动门宽度之比)下的活动门试验,监测不同埋深土体在活动门下降过程中的内部位移和地表位移,结合离散元模型分析土体变形及破坏规律的埋深分界线。试验监测数据表明,随埋深比增大,变形更集中于活动门上方更小范围,土体变形破坏规律存在显著差异;活动门下降过程中裂缝大致沿相对位移等值线发展,其发展模式与砂土活动门试验中剪切带发展规律存在一定差异。试验和离散元模拟结果表明:埋深比2.0~2.5为土体变形及破坏规律的埋深分界线;基于所得土体体积变化特征,提出活动门试验中松动区高度的计算方法。

关键词：活动门试验黄土相似材料内部位移裂缝地表沉降离散元模拟松动区高度

地层塌陷引起土体变形的阵列式三维活动门试验研究

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岩石力学与工程学报 2023年第12期42卷 2898-2907页

作者：芮瑞杨宇杨海青黄腾徐杨青贺世开孙天健郭灿武汉理工大学土木工程与建筑学院湖北武汉430070 武汉理工大学三亚科教创新园海南三亚572025 中国铁建港航局集团有限公司广东珠海519070 中煤科工集团武汉设计研究院有限公司湖北武汉430000

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1... 详细信息

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。

关键词：土力学活动门试验土体变形土拱效应地基反应曲线表面沉降

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基于单活动门试验的土拱效应演化规律研究

土木工程与管理学报 2023年第6期40卷 47-53,69页

作者：蒙庆辉丁锐恒张泉贺世开中国铁建港航局集团有限公司第一工程分公司广东广州511400 武汉理工大学基建处湖北武汉430070 武汉理工大学土木工程与建筑学院湖北武汉430070

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... 详细信息

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。

关键词：活动门试验土拱效应地基反应曲线图像分析颗粒位移颗粒转角

基于活动门试验的土拱数量对土拱效应演化的影响分析

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四川水泥 2019年第4期 300-301页

作者：程冰男同济大学土木工程学院

土拱效应随相对位移的变化存在演化过程。本文改进了经典的Trapdoor试验,采用石英砂颗粒和工业白油配置而成的透明土,通过高速数字相机摄像并结合PIV技术处理分析得到试验过程中填土的位移场变化规律,结合土压力数据研究土拱数量对土拱... 详细信息

土拱效应随相对位移的变化存在演化过程。本文改进了经典的Trapdoor试验,采用石英砂颗粒和工业白油配置而成的透明土,通过高速数字相机摄像并结合PIV技术处理分析得到试验过程中填土的位移场变化规律,结合土压力数据研究土拱数量对土拱效应演化的影响。试验结果表明单拱/群拱条件会影响土拱效应的形成与演化:单拱条件,更有利于土拱效应荷载传递作用的发挥,单拱条件下形成的土拱效应的高度较群拱条件下更低。

关键词：土拱效应演化过程活动门试验土拱数量

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局部静荷载作用下加筋对土拱效应的影响

同济大学学报（自然科学版） 2022年第1期50卷 50-59页

作者：李格烨徐超沈盼盼张兴亚罗敏敏梁程同济大学土木工程学院上海200092 中国长江三峡集团有限公司上海勘测设计研究院有限公司上海200434 新城商业管理集团有限公司上海分公司上海200000 浙江大学建筑设计研究院有限公司浙江杭州310027 中国长江三峡集团有限公司科学技术研究院北京100038

为探究局部静荷载作用下加筋对土拱效应的影响,利用铝棒相似土作为填料,设置4种不同的筋材布置方式,开展了平面应变活动门试验。试验结果表明,在自重和局部静荷载作用下,筋材的使用明显地减少了土拱的退化。与无筋情况不同,筋材的存在... 详细信息

为探究局部静荷载作用下加筋对土拱效应的影响,利用铝棒相似土作为填料,设置4种不同的筋材布置方式,开展了平面应变活动门试验。试验结果表明,在自重和局部静荷载作用下,筋材的使用明显地减少了土拱的退化。与无筋情况不同,筋材的存在使得土拱在卸载阶段仍继续退化。当筋材总刚度基本相同时,垫层上、下方铺设两层筋材的方式有利于土拱的发展。另外,提出了预测不加筋活动门上方或筋材挠曲段上方由于局部静荷载引起的竖向附加应力的理论计算方法。

关键词：土拱效应筋材局部静荷载活动门试验铝棒相似土

基于透明土的填土密实度对土拱效应影响模型试验研究

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岩土工程学报 2022年第S2期44卷 20-24页

作者：叶观宝李凌旭张振陶凤娟程冰男同济大学土木工程学院地下建筑与工程系上海200092 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092

土拱效应广泛存在于岩土工程中。开展基于透明土的活动门试验,研究填土密实度对土拱效应演化的影响。研究表明,密实度较低的填土,较小的相对位移就可以达到土拱稳定阶段,提高填土密实度有利于土拱效应的发挥;填土密实度对内拱高度无影响... 详细信息

土拱效应广泛存在于岩土工程中。开展基于透明土的活动门试验,研究填土密实度对土拱效应演化的影响。研究表明,密实度较低的填土,较小的相对位移就可以达到土拱稳定阶段,提高填土密实度有利于土拱效应的发挥;填土密实度对内拱高度无影响,但对外拱有显著影响;相对位移在0~3%时,位移反射率迅速上升,而后逐渐趋稳,提高密实度有利于减弱基地差异沉降向上反射。研究将为填土密实度对土拱演化过程的影响提供参考。

关键词：透明土土拱效应填土密实度活动门试验

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刚性基础下复合地基褥垫层加筋影响研究

建筑科学与工程学报 2022年第1期39卷 106-115页

作者：芮瑞谷金林郑筱彦陈成翟玉新孙义武汉理工大学土木工程与建筑学院湖北武汉430070 中铁建设集团有限公司北京100040

为了提高桩土荷载分担比,一些建筑工程桩筏基础下的复合地基采用了加筋垫层,然而加筋垫层复合地基的变形协调与荷载传递的影响还缺乏深入研究。采用自制的二维多活动门试验装置与椭圆钢棒相似土填料,开展了无筋褥垫层随桩间土下沉过程... 详细信息

为了提高桩土荷载分担比,一些建筑工程桩筏基础下的复合地基采用了加筋垫层,然而加筋垫层复合地基的变形协调与荷载传递的影响还缺乏深入研究。采用自制的二维多活动门试验装置与椭圆钢棒相似土填料,开展了无筋褥垫层随桩间土下沉过程的模型试验,获得了不同垫层厚度下无筋垫层的变形与应力协调特性。在模型试验基础上,采用颗粒离散元DEM数值模拟建立了无筋与加筋垫层数值模型,揭示了有、无加筋条件下的褥垫层工作特性区别,并探讨了褥垫层厚度、桩间净距以及加筋位置等对褥垫层工作特性的影响。结果表明:当加筋高度距桩顶超过100 mm时,桩土应力比曲线和褥垫层变形均接近未加筋的情况;加筋体设置高度小于100 mm时,下方颗粒垫层的变形协调会受到影响,格栅与下部垫层之间产生脱空现象,从而导致桩土应力比随着桩间土下沉量的增加而出现陡升;陡升段起点对应的桩间土下沉量随着加筋位置的提高而增加,工程中可能会导致复合地基桩体超过承载力而引起复合地基发生破坏。

关键词：复合地基褥垫层土工加筋刚性基础活动门试验离散元

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土拱计算模型中侧土压力系数取值分析

公路 2022年第12期67卷 67-72页

作者：胡惠华陈鑫何开张鹏湖南省交通规划勘察设计院有限公司长沙市410200 中南公路建设及养护技术湖南省重点实验室长沙市410200 云南省交通规划设计研究院有限公司昆明市650299

土拱效应被用以描述土中应力转移的现象,在路基工程领域应用广泛。目前土拱计算模型中侧土压力的取值大都采用经验方法,且认为侧土压力系数随深度的变化是一个定值。并根据不同的情况取不同的值,如取为主动土压力系数K_(a)、静止土压力... 详细信息

土拱效应被用以描述土中应力转移的现象,在路基工程领域应用广泛。目前土拱计算模型中侧土压力的取值大都采用经验方法,且认为侧土压力系数随深度的变化是一个定值。并根据不同的情况取不同的值,如取为主动土压力系数K_(a)、静止土压力系数K_(0)、常数1、被动土压力系数K_(p)等。但试验表明,土体中任一点的侧土压力系数都不相同。为解决上述问题,从太沙基活动门试验出发,将极限应力状态下的侧土压力系数定义为平均水平应力与平均竖向应力之比,并假定潜在滑动面与主应力偏转迹线均为抛物线,获得了土中各点侧土压力系数竖直方向与水平方向的变化规律,从理论上确定了各点的侧向土压力。对理论结果与模型试验数据进行对比,发现两者规律大致相同,验证了侧土压力系数理论表达式的合理性。

关键词：土拱效应侧土压力系数活动门试验主应力偏转水平微分单元

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上拔荷载作用下板间风积沙土拱效应研究

上拔荷载作用下板间风积沙土拱效应研究

作者：张程程桂林理工大学

学位级别：硕士

随着“一带一路”倡议的深入推进,重大基础设施建设与新能源项目逐步向地形地质复杂、环境恶劣的西北地区倾斜,需要用到较多间隔式的结构型式,如高承桩路基、抗滑桩、挡土墙以及格栅式基础等,这些结构与土相互作用时会产生土拱效应。合... 详细信息

随着“一带一路”倡议的深入推进,重大基础设施建设与新能源项目逐步向地形地质复杂、环境恶劣的西北地区倾斜,需要用到较多间隔式的结构型式,如高承桩路基、抗滑桩、挡土墙以及格栅式基础等,这些结构与土相互作用时会产生土拱效应。合理利用土拱效应可以充分发挥土体自身的抗变形能力,达到节省大量结构物投入和降低工程造价的目的。风积沙广泛分布于西北地区的地表,其作为一种主要的工程建设材料,也会产生土拱效应。金属装配式基础是一种输电线路新型基础,具有良好的工程应用前景。本文以风积沙为研究对象,采用活动门试验、原位试验、理论分析等方法,对金属装配式基础抗拔过程中的土拱效应进行研究,主要内容与结果如下:(1)开展风积沙的基本物理力学试验与现场原位力学试验研究。发现试验用风积沙为级配不良粉细砂,最大最小干密度分别为1.81 g/cm和1.43 g/cm,主要矿物成分为石英和长石,化学成分为Si O,以及获得了室内及原位的强度与变形参数。(2)开展板间风积沙土拱效应演化的模型试验研究。根据土压力随相对位移的变化,土拱演化过程可分为三个阶段,?s8 mm为土拱破坏阶段,不同阶段土压力发展不同,内外拱受力也不同;随着相对位移增加,土拱结构活动区影响范围逐渐扩展,先后在板间产生两道滑动面,形成三角形土拱,拱高也随之增大,活动区与静止区间逐渐产生裂隙,并形成“W”形破裂面。(3)研究了板间距η、相对密度Dr、初始含水率ω对风积沙土拱效应的影响。结果发现:50 mm5%时,拱脚易破坏,土拱结构容易失稳。(4)开展了不同板间距下风积沙金属装配式基础上拔真型试验研究。当1.0≤ψ(间宽比)≤2.0时,基础承载力随板间距增大而线性减小,这一现象可以用模型试验观察到的土拱效应现象进行解释;考虑板间土拱效应,对承载力计算的土重法进行了修正,结果更接近实测值,更能反映承载力随板间距变化的趋势。

关键词：风积沙土拱效应活动门试验上拔金属装配式基础