軟土地區(qū)取土擾動(dòng)理論分析及高質(zhì)量取土試驗(yàn)研究項(xiàng)目摘要

原狀取樣是巖土工程勘察中的一項(xiàng)基礎(chǔ)工作，取樣質(zhì)量的高低將直接影響地質(zhì)評(píng)價(jià)和巖土工程設(shè)計(jì)、施工。取土過程中土樣擾動(dòng)分析在研究土體強(qiáng)度特性非常重要，尤其在軟土地區(qū)。以往對(duì)取土過程中的擾動(dòng)研究較少。本項(xiàng)目重點(diǎn)研究目前巖土工程勘察中的原狀土取樣過程產(chǎn)生的擾動(dòng)和取土器的改進(jìn)等內(nèi)容，將采用理論研究、透明土試驗(yàn)和模型試驗(yàn)等研究方法。在理論研究中，分別將對(duì)取土器貫入過程中土體附加應(yīng)力分布計(jì)算及取土過程中的擾動(dòng)理論進(jìn)行研究；在試驗(yàn)研究中，將通過結(jié)合模型試驗(yàn)，對(duì)取土過程中水氣運(yùn)移機(jī)理研究，引入透明土試驗(yàn)技術(shù)，將研制一種動(dòng)態(tài)擾動(dòng)變形測(cè)量的透明土模型試驗(yàn)裝置及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并應(yīng)用于本項(xiàng)目取土器內(nèi)部土體擾動(dòng)變形的研究。通過對(duì)現(xiàn)有薄壁取土器進(jìn)行改進(jìn)，取得高質(zhì)量的、更好反映土體力學(xué)性質(zhì)的原狀土樣。本項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量取樣的目標(biāo)，不僅會(huì)對(duì)土體擾動(dòng)理論的研究有科學(xué)意義，而且對(duì)我國透明土試驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展和完善也將起到積極推動(dòng)意義。

原狀土取樣質(zhì)量的高低將直接影響地質(zhì)評(píng)價(jià)和巖土工程設(shè)計(jì)、施工，尤其在軟土地區(qū)的取土擾動(dòng)分析對(duì)研究土體強(qiáng)度特性非常重要。采用理論研究、模型試驗(yàn)和透明土試驗(yàn)等方法，本項(xiàng)目重點(diǎn)研究了原狀土取樣過程產(chǎn)生的擾動(dòng)和取土器的改進(jìn)等內(nèi)容：1）基于圓孔擴(kuò)張理論和采用應(yīng)力函數(shù)解修正地表應(yīng)力的方法，得到了半無限土體中取土貫入引起的位移解和應(yīng)變解，擾動(dòng)大小主要與取土器的徑厚比、長徑比和刃角等參數(shù)有關(guān)；2）基于粒子圖像測(cè)速（PIV）技術(shù)，分別在干砂、飽和砂和黏土中開展了半模取土器貫入室內(nèi)模型試驗(yàn)，獲得了不同取土器尺寸、密實(shí)度等條件下取土貫入引起的土體擾動(dòng)變形場(chǎng)和剪切應(yīng)變帶分布特性。增大取土器內(nèi)徑能有效減小管內(nèi)土體壓縮變形，增大壁厚只會(huì)明顯增大管外土體的擾動(dòng)變形；管內(nèi)橫截面不同部位的土體變形規(guī)律基本一致，隨著與管壁距離的增大而減小。松砂中的側(cè)壁邊緣擾動(dòng)變形較大，影響范圍在1/4-1/2倍取土器半徑；由于密砂的密實(shí)度較高，不同部位土體變形差異較小，土體剪切變形影響范圍較??；3）基于透明土試驗(yàn)技術(shù)，自制了一套動(dòng)態(tài)擾動(dòng)變形測(cè)量的透明土模型試驗(yàn)裝置及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。貫入過程中的刃腳擠土效應(yīng)顯著，土體總體上呈現(xiàn)隆起變形。增大取土貫入速率可以減小土體所受外部擾動(dòng)的時(shí)間，從而有效減小擾動(dòng)變形；4）利用PIV三維技術(shù)獲得了取土貫入過程中土體表面的三維變形場(chǎng)，發(fā)現(xiàn)周邊擾動(dòng)土體產(chǎn)生對(duì)稱分布的隆起變形，隨著與取土器距離的增大而不斷衰減，其影響范圍約為0.5倍取土器半徑，且主要集中在淺層貫入深度內(nèi)；5）通過對(duì)現(xiàn)有薄壁取土器的結(jié)構(gòu)改進(jìn)，內(nèi)外管的雙層設(shè)計(jì)提高了管體剛度，內(nèi)管壁附著聚脂薄膜減小了管體和土體之間的摩擦力和擾動(dòng)，多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)工程的應(yīng)用表明其能夠取得更好反映土體力學(xué)性質(zhì)的高質(zhì)量原狀土樣。研究成果不僅對(duì)土體擾動(dòng)理論的研究具有科學(xué)意義，而且對(duì)我國透明土試驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展和完善也起到了積極的推動(dòng)意義，實(shí)現(xiàn)了通過高質(zhì)量取樣為施工設(shè)計(jì)提供科學(xué)準(zhǔn)確的工程參數(shù)。 2100433B

本書針對(duì)軟土地區(qū)取土過程中的擾動(dòng)理論、數(shù)值模擬及室內(nèi)取土試驗(yàn)進(jìn)行了系統(tǒng)研究，主要內(nèi)容包括取土貫入引起擾動(dòng)的理論分析，通過取土貫入過程的數(shù)值模擬對(duì)取土器參數(shù)影響進(jìn)行分析，并對(duì)國內(nèi)常用的薄壁取土器進(jìn)行改進(jìn)等。

封面

軟土地區(qū)取土擾動(dòng)理論及試驗(yàn)研究

內(nèi)容簡介

前言

第1章 緒論

第2章 取土貫入引起擾動(dòng)的理論分析

第3章 取土貫入的數(shù)值模擬及參數(shù)分析

第4章 取土器改進(jìn)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)注意事項(xiàng)

第5章 取土器貫入引起的土體變形試驗(yàn)研究

第6章 基于透明土的取土器貫入試驗(yàn)研究

第7章 土樣質(zhì)量評(píng)價(jià)及減小擾動(dòng)措施

索引

封底

土樣是指進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)以確定土體的工程性質(zhì)而專門借助鉆孔用取土器從天然地基中取得原狀土的試樣。可在試坑、平洞、豎井或鉆孔及天然地面采取。通常分為原狀土樣和擾動(dòng)土樣兩類。前者保持土的天然結(jié)構(gòu)和含水量，用以測(cè)定堆積密度、滲透性、壓縮和抗剪強(qiáng)度等指標(biāo)。后者的天然結(jié)構(gòu)已被擾動(dòng)，用以進(jìn)行土的粒度分析、測(cè)定土的液性和塑性界限、密度、相對(duì)密度、天然坡角等。采集的土樣數(shù)量和規(guī)格，應(yīng)能以滿足試驗(yàn)項(xiàng)目和試驗(yàn)方法而定。要求土樣基本保持原有結(jié)構(gòu)和含水量，應(yīng)及時(shí)嚴(yán)密封蠟，以防止水分蒸發(fā)，啟用前應(yīng)妥善保管，不受震、受熱和受凍。