砂雨法制備砂土地基模型及砂土邊坡穩(wěn)定性土工離心試驗(yàn)研究-建筑與土木工程專業(yè)畢業(yè)論文

研究生優(yōu)秀畢業(yè)論文西南交通大學(xué)西南交通大學(xué)學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)西南交通大學(xué)可以將本論文的全部或局部?jī)?nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)印手段保存和匯編本學(xué)位論文。本學(xué)位論文屬于1．保密口，在年解密后適用本授權(quán)書；2．不保密∥使用本授權(quán)書。(請(qǐng)?jiān)谝陨戏娇騼?nèi)打“、／〞)學(xué)位論文作者簽名：溆色 指導(dǎo)老師簽名：日期：弘劣．／．2-21 日期：勿，f多。22萬方數(shù)據(jù)西南交通大學(xué)碩士學(xué)位論文主要工作(奉獻(xiàn)西南交通大學(xué)碩士學(xué)位論文主要工作(奉獻(xiàn))聲明本人在學(xué)位論文中所做的主要工作或奉獻(xiàn)如下：(1)通過自制的一套砂雨裝置，設(shè)計(jì)加工了篩孔點(diǎn)式、一線點(diǎn)式以及線式出砂頭，對(duì)砂雨法制備砂土地基模型技術(shù)中落距、出砂孔尺寸(單孔直徑或?qū)挾?、出砂頭總流量、出砂頭移動(dòng)速度4個(gè)影響因素以及砂土地基模型的相對(duì)密度空間分布特征進(jìn)行了探討，并通過對(duì)目標(biāo)相對(duì)密實(shí)度的驗(yàn)證試驗(yàn)，驗(yàn)證砂雨法制樣技術(shù)的可靠性。(2)通過開展砂土邊坡穩(wěn)定性離心模型試驗(yàn)，研究邊坡坡度、砂土含水率對(duì)砂土邊坡穩(wěn)定性影響，分析了砂土邊坡的變形開展規(guī)律以及破壞模式，探討制備砂土邊坡離心模型中如何控制砂土模型含水率，以減小砂土等這類非黏性土的離心模型試驗(yàn)誤差。砂土邊坡離心模型試驗(yàn)作為第七屆全國巖土工程離心模型平行實(shí)驗(yàn)內(nèi)容之一的砂土邊坡穩(wěn)定性試驗(yàn)的其中一組，結(jié)合其他組平行試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，探討本次離心實(shí)驗(yàn)的誤差來源以及誤差的大小，為砂土邊坡穩(wěn)定性土工離心模型試驗(yàn)研究提供了一定的參考價(jià)值。本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是在導(dǎo)師指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究工作所得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對(duì)本文的研究做出奉獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均己在文中作了明確說明。本人完全了解違反上述聲明所引起的一切法律責(zé)任將由本人承當(dāng)。學(xué)位論文作者簽名：漲由日期：加，弓．多，哆萬方數(shù)據(jù)西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第1頁摘要土工模型試驗(yàn)在巖土工程領(lǐng)域研究中有著重要的作用，它能揭示土體的各種力學(xué)行為和機(jī)理，是驗(yàn)證及完善土的變形和強(qiáng)度理論的有效途徑，也可為巖土工程設(shè)計(jì)提供依據(jù)。試樣制備是土工模型試驗(yàn)過程中根底而重要的環(huán)節(jié)，砂雨法是制備砂土地基模型晟常用的方法，但對(duì)影響砂雨法制備砂土地基模型的主控因素認(rèn)識(shí)尚需提高，各因素的影響程度或方式也需進(jìn)一步明確。離心模型試驗(yàn)與原型具有一致的應(yīng)力狀態(tài)，除了可以減小模型尺寸，大幅度縮減試驗(yàn)時(shí)間外，還能用來建立各種非均質(zhì)模型，模擬復(fù)雜多變的工程情形，對(duì)于重力不可無視的巖土問題來說是非常適用的。通過自制砂雨裝置，對(duì)砂雨法制備砂土地基模型技術(shù)中落距、出砂孔尺寸、出砂頭總流量、出砂頭移動(dòng)速度4個(gè)影響因素以及砂土地基模型的相對(duì)密實(shí)度空間分布特征進(jìn)行了一定探討，并通過對(duì)目標(biāo)相對(duì)密實(shí)度的驗(yàn)證試驗(yàn)，驗(yàn)證砂雨法制樣技術(shù)的可靠性。同時(shí)通過開展砂土邊坡穩(wěn)定性土工離心模型試驗(yàn)，研究邊坡坡度、砂土含水率對(duì)砂土邊坡穩(wěn)定性影響，反映砂土邊坡的變形開展規(guī)律以及破壞模式，探討制備砂土邊坡離心模型中如何控制砂土模型含水率，以減小砂土等這類非黏性土的離心模型試驗(yàn)誤差，并結(jié)合其他實(shí)驗(yàn)室平行實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，探討砂土離心實(shí)驗(yàn)的誤差來源以及誤差的大小，為土工離心模型試驗(yàn)研究提供了一定的參考價(jià)值。初步得到以下結(jié)論和建議：1、砂雨法制樣過程中，砂土相對(duì)密度Dr隨出砂口與砂面的高度的增大而增大，但增長(zhǎng)速率逐漸減小。落距范圍在70"-'100cm內(nèi)砂土相對(duì)密度根本趨于穩(wěn)定。2、砂雨法制樣過程中，砂土穩(wěn)定相對(duì)密度Dr與出砂口的直徑(寬度)d線性負(fù)相關(guān)，隨出砂口直徑(寬度)的增大而減小，其回歸方程為Dr=99．7_4d。并通過制作血=5mm的漏斗點(diǎn)式出砂口進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。3、通過選用(D,=4n21-11漏斗點(diǎn)式出砂口和b=3．23mm一線點(diǎn)式出砂口分別對(duì)目標(biāo)相對(duì)密度為55％和75％進(jìn)行的驗(yàn)證試驗(yàn)，實(shí)際相對(duì)密度與目標(biāo)相對(duì)密度最大相差一2．74％，最小相差0．25％，說明了砂雨法制備砂土模型是根本可靠的，且一線點(diǎn)式出砂口優(yōu)于漏斗點(diǎn)式出砂口。4、砂土邊坡坡度的增大，邊坡破壞時(shí)的臨界加速度降低。當(dāng)邊坡坡度由65。增大至75。時(shí)，邊坡失穩(wěn)的臨界加速度由459降至239，降低約49％，說明邊坡坡度是影響邊坡穩(wěn)定的核心因素之一。比照7家實(shí)驗(yàn)室的平行實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得臨界加速度均值由55．69降至25．69，降低約52’2％，試驗(yàn)數(shù)據(jù)具有高度的一致性。5、通過比照平行實(shí)驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果，由于砂土在較高含水率條件下存在明顯的土水遷移現(xiàn)象，含水率對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響未能通過本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。故在非飽和砂土離心模型制備時(shí)應(yīng)當(dāng)控制模型質(zhì)量含水率不大于其土一水特征曲線中水膜吸附區(qū)與牢固吸附區(qū)萬方數(shù)據(jù)西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第1I頁的界限含水率。6、通過比照離心模型試驗(yàn)平行實(shí)驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果，試驗(yàn)誤差主要表現(xiàn)為隨機(jī)誤差，無明顯的系統(tǒng)誤差，以測(cè)試均值為準(zhǔn)確值，得本次離心平行實(shí)驗(yàn)的絕對(duì)誤差限為lOg，相對(duì)誤差在20％左右，處于巖土工程試驗(yàn)的較高精度區(qū)間，說明離心模型試驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用于巖土工程領(lǐng)域具有良好的可靠性。關(guān)鍵詞：標(biāo)準(zhǔn)砂；砂雨法：砂土地基模型；離心模型試驗(yàn)；邊坡穩(wěn)定性；平行實(shí)驗(yàn)萬方數(shù)據(jù)AbstractGeotechnicalAbstractGeotechnicalmodeltestplayanimportantroleinresearchinthefieldofgeotechnicalengmeenng，itcanrevealallkindsofmechanicalbehaviorandmechanismofsoil,whichisaneffectivewaytoverifythetheoryofdeformationandstrengthandimprovethesomanditalsoprovidebasisforgeotechnicaldesign．Samplepreparationistheimportantpartofgeotechnicalmodeltest．Sandpoureristhemostcommonlyusedmethodforprep耐ngsandfoundationmodel．Butthemainfactorintheeffectsofsandpourerisnotclear．Centri缸gaJmodeltestandprototypehavethesanqestressstate，notonlyCanreducethesizeofthemodei．a(chǎn)ndgreatlyreducestesttime，andalsosetupavarietyofheterogeneousmodel，simulatecomplexengineeringsituation，problemsSOitisveryapplicableforgeotechnicalcentrifugalmodeltestwhichCannotbeignoredthegravity．Inordertoknowtherelativedensitymaineffectofsandfoundationmodelpreparedbvsandpourer,designedandmachinedasetofpointandlinetypesandsha：keoutdevice．discussedtherelativedensitychanginglawfollowwiththedropheight，sizeofsandproductionpore，totalflowofsandproductionheadandtheaveragespeed，analyzedspatialuniformitydistributionoftherelativedensity．Byconductingcentrifugalmodeltestofsandslopestability,Studiedtheslopegradient，soilmoisturecontentinfluenceonslopestability,andthedevelopmentregularityandfailuremodeoftheSandslope，discussedthemoisturecontrolprinciplesinthePreparationofunsaturatedsandslopeduringthecentrifugemodel·Statisticsandanalysistheparallelexperimentalresultsofotherunitslaboratory,explorethesoHrcesoftheexperimenterrorandthesizeoftheerror．itprovideacercainreferencevalueforcentrifugalmodeltest．Preliminarygetthefollowingconclusionsandrecommendations：1)withtheincreasingofdropheight，andtheenhanceofsandparticlespotential，therelativedensityDrisincreasingalso，butgrowthrateslowdowngradually．whenthedropheightbetween70and100centimetertherelativedensityDrisbasicallystabilized．2)StablerelativedensitywasnegativelinearcorrelationwithsizeofsandDroductionpore，theregressionequationwasDr=99．7—4d，andmakem=5mmsandfunnel—pointfortheexperimentalverification．3)Throughtheselectionof①=4mmfunnel-pointsandmouthaJldb：3．23mmlinepointsandmoutharethetargetrelativedensityof55％and75％ofthevalidationtestscarriedout，theactualrelativedensityandrelativedensityofthetargetmaxim啪en．oris．2．74％，theminimumerroris0．29％．Itindicatedthatthesandpourerisreliableforpreparing萬方數(shù)據(jù)西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第1V頁sandfoundationmodel．4)Geotechnicalcentrifugalmodeltestshowthat、vitlltheslopegradientincreasing．Slopestabilityisreducedfast．Whentheslopegradientincreasesfrom65。to75。，slopeinstabilitycriticalaccelerationfellby459tO239，reducedabout49％，indicatingthattheslopegradientslopestabilityisoneofthecorefactors．Contrastparalleltestresultsoftheotherlaboratories，ithasdroppedtocriticalaccelerationmeanby55．69to25．69，reducedabout52．2％．whinchhasahighdegreeofconsistency-5)Statisticsandanalysistheparallelexperimentalresultsofotherlaboratory，moisturecontentinfluenceonslopestabilitycannotbeobtainedbythisexperiment，duringthetests，theslopebodymoisturetransferredsignificantly．SOinthepreparationofsandmodels，thesoilmoisturecontentshouldbecontrolled，thatisnotgreaterthanthewaterinthesoilandwatercharacteristiccurvemembraneabsorptionareaandstrongadsorptionzoneboundariesofmoistureCOntent．．6)Statisticsandanalysistheparallelexperimentalresultsofotherlaboratory,theexperimenterrorismainlyrandomerrorandwithoutobvioussystematicerror．Iftheexperimentalmeansasexactvalue，theabsoluteerrorboundsoftheparallelexperimentalis109，therelativeerrorisabout20％．Theresultsshowgeotechnicalcentrifugeperformhi曲Keywords：standardsand，sandpourer,sandfoundationmodel，geotechnicalcentrifugalmodeltest，slopstability，parallelexperiment萬方數(shù)據(jù)西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第v頁目錄第l章緒論 ．．11．1研究背景和意義 11．2砂雨法制備砂土地基模型研究現(xiàn)狀 31．3砂土邊坡穩(wěn)定性土工離心模型試驗(yàn)研究現(xiàn)狀 41．4論文的主要工作和研究框架 51．4．1論文的主要工作 51．4．2論文的研究框架 5第2章標(biāo)準(zhǔn)砂根本參數(shù)試驗(yàn) 一72．1福建標(biāo)準(zhǔn)砂 72．1．1篩分試驗(yàn) ．72．1．2密度試驗(yàn) ．82．1．3天然含水率試驗(yàn) 1l2．1．4標(biāo)準(zhǔn)砂力學(xué)指標(biāo) 112．2模型箱 ～1l2．3砂雨裝置 ．．122．4標(biāo)定盒 一l32．5稱重設(shè)備 ．．15第3章砂雨法制備砂土地基模型 163．1試驗(yàn)方案 ．．163．1．1砂土相對(duì)密度標(biāo)定 163．1．2驗(yàn)證試驗(yàn) l73．2標(biāo)定試驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析 一173．2．1漏斗點(diǎn)式出砂口 173．2．2一線點(diǎn)出砂口 213．2．3線式出砂口 243．3模型箱內(nèi)砂土相對(duì)密度確實(shí)定 一273．3．1模型箱砂土相對(duì)密度的修正 273．3．2砂土相對(duì)密度影響因素 293．4驗(yàn)證試驗(yàn) 一333．4．1出砂口直徑(寬度)與相對(duì)密度的關(guān)系驗(yàn)證 333．4．2出砂口流量對(duì)相對(duì)密度的影響驗(yàn)證 343．4．3目標(biāo)相對(duì)密度試驗(yàn)驗(yàn)證 343．5本章小結(jié) 一38萬方數(shù)據(jù)西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第VI頁第4章砂土邊坡穩(wěn)定性離心模型試驗(yàn)研究 394．1試驗(yàn)設(shè)備 一394．1．1Tu．2型土工離心機(jī) 一394．1．2主要技術(shù)指標(biāo)及功能 404．2試驗(yàn)方案 ．．404．2．1試驗(yàn)工況 404．2．2模型尺寸 404．2．3模型制作 414．2．4位移量測(cè) 414．2．5離心加速度時(shí)間歷程 424．2．6砂土含水率測(cè)試 424．3試驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析 一434．3．1Sl組試驗(yàn) 一434．3．2S2組試驗(yàn) ．．474．3．3S3組試驗(yàn) ．．514．3．4三組試驗(yàn)比照 554．4平行實(shí)驗(yàn)結(jié)果比照分析 一594．5本章小結(jié) 一6l結(jié)論 62致{射 ．64參考文獻(xiàn) 65附錄 ．68攻讀碩士期間發(fā)表的論文與參與的科研實(shí)踐 82萬方數(shù)據(jù)西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第l頁第1章緒論1．1研究背景和意義隨著近30年來中國現(xiàn)代化進(jìn)程及城市化進(jìn)程持續(xù)開展，各類根底設(shè)施建設(shè)速度快、規(guī)模大。高速公路和鐵路、港口大壩、地鐵、跨江海工程及能源根底設(shè)施等建設(shè)的數(shù)量為世界罕見。許多工程往往尺度大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、環(huán)境特殊，其設(shè)計(jì)和施工給巖土工程學(xué)科帶來了重大的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。在這樣的大建設(shè)背景下，巖土工程學(xué)科近年也有了長(zhǎng)足開展，尤其是以物理模型試驗(yàn)為代表的試驗(yàn)研究手段開展較快，其中巖土離心機(jī)以其諸多優(yōu)勢(shì)更得到長(zhǎng)足開展。土工模型試驗(yàn)在巖土工程領(lǐng)域研究中有著重要的作用，它能揭示土體的各種力學(xué)行為和機(jī)理，是驗(yàn)證及完善土的變形和強(qiáng)度理論的有效途徑，也可為巖土工程設(shè)計(jì)提供依據(jù)。試樣制備是試驗(yàn)過程中根底而重要的環(huán)節(jié)。砂土試樣制備主要通過相對(duì)密實(shí)度進(jìn)行控制，常見砂土試樣制備方法有振動(dòng)法、擊實(shí)法、插搗法和砂雨法等12J。砂雨法制樣技術(shù)的根本原理是將砂土顆粒的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，利用砂土顆粒之間沖擊和碰撞，使砂粒重排列，從而獲得一定的密度。其實(shí)現(xiàn)方法通常是在地面重力場(chǎng)環(huán)境下，將風(fēng)干后的砂土裝入帶有出砂頭的容器內(nèi)，利用提升裝置將該容器提升，并調(diào)整出砂頭與模型箱的距離，讓砂土顆粒從出砂頭自由落入模型箱內(nèi)的同時(shí)按一定速度移動(dòng)出砂頭，使之在模型箱中形成較為均勻的砂土層。探究裝樣方法的目的在于在試驗(yàn)過程中實(shí)現(xiàn)指定相對(duì)密實(shí)度的模型砂樣，并保證其均勻性和可重復(fù)性。影響砂雨法所制備砂土地基模型的相對(duì)密實(shí)度(密度)因素有落距、出砂孔尺寸以及出砂頭總流量或單孔流量，但對(duì)主控因素的認(rèn)識(shí)并不統(tǒng)一，各因素對(duì)相對(duì)密實(shí)度的影響程度或方式尚不十清楚確。論文第一局部主要通過試驗(yàn)對(duì)砂雨法制備砂土地基模型技術(shù)中落距、出砂孔尺寸(單孔直徑或?qū)挾?、出砂頭總流量、出砂頭移動(dòng)速度4個(gè)影響因素以及砂土地基模型的相對(duì)密實(shí)度空間分布特征進(jìn)行了一定探討，并通過對(duì)目標(biāo)相對(duì)密實(shí)度的驗(yàn)證試驗(yàn)，驗(yàn)證砂雨法制樣技術(shù)的可靠性。巖土工程研究對(duì)象的復(fù)雜性以及巖土與其相互接觸的構(gòu)筑物之間共同作用的復(fù)雜性決定巖土工程研究的難度。在巖土工程領(lǐng)域，通常采用原型觀測(cè)、數(shù)值方法和模型試驗(yàn)對(duì)實(shí)際工程狀況進(jìn)行研究【3】。原型試驗(yàn)步驟復(fù)雜、耗資巨大、周期長(zhǎng)，僅用于較少的工程實(shí)踐中，而且原型觀測(cè)是一種事后研究，不能事先對(duì)工程結(jié)構(gòu)物的設(shè)計(jì)進(jìn)行指導(dǎo)，僅能對(duì)完工后的工程運(yùn)行進(jìn)行檢測(cè)14】。數(shù)值計(jì)算在解決巖土問題是需要建立復(fù)雜的本構(gòu)關(guān)系，并且需要確定多個(gè)計(jì)算參數(shù)，土體本構(gòu)萬方數(shù)據(jù)西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第2頁關(guān)系的復(fù)雜性以及獲得計(jì)算參數(shù)的室內(nèi)試驗(yàn)的模型和試驗(yàn)時(shí)間的限制性決定了目前數(shù)值計(jì)算的計(jì)算結(jié)果與實(shí)際結(jié)果有較大出入【5】。模型試驗(yàn)又有重力場(chǎng)足尺模型試驗(yàn)、重力場(chǎng)縮尺模型試驗(yàn)和離心場(chǎng)縮尺模型試驗(yàn)三種【6J。足尺模型試驗(yàn)費(fèi)用高，試驗(yàn)周期長(zhǎng)，試驗(yàn)條件控制困難決定了其不可能大范圍的使用，重力場(chǎng)縮尺模型試驗(yàn)將巖土構(gòu)筑物或地基縮小了n倍，不能模擬結(jié)構(gòu)物所承受的荷載，無法再現(xiàn)實(shí)物內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)，不滿足力學(xué)相似的要求。離心場(chǎng)縮尺模型試驗(yàn)最重要的相似關(guān)系在于具有與原型相同的應(yīng)力狀態(tài)，而且可以減小模型尺寸，大幅度縮減試驗(yàn)時(shí)間，還可以建立各種非均質(zhì)模型，模擬各種復(fù)雜的工程情形，結(jié)合收據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)提供大量的可靠數(shù)據(jù)，對(duì)于不可忽視重力的巖土問題來說非常適用，這些就促使離心模型試驗(yàn)得到了較快的開展【6】。8土工離心模擬技術(shù)的開展過程，大體上可以分為三個(gè)階段179】：第一階段是離心模型試驗(yàn)技術(shù)的初創(chuàng)與探索階段。1931年美國哥倫比亞大學(xué)建成了世界上第一臺(tái)離心機(jī)，PhilipsBucky教授發(fā)表了用離心模型試驗(yàn)方法研究礦山工程問題的論文[10,11]。與此同時(shí)，前蘇聯(lián)也進(jìn)行了更大規(guī)模的離心模型試驗(yàn)研究。1932年前蘇聯(lián)的波克羅夫斯基教授為研究土石壩與土坡問題，在莫斯科建成了兩臺(tái)離心機(jī)。1933年前蘇聯(lián)水工及水文地質(zhì)研究所使用半徑110．5cm，最大離心加速度為509的離心機(jī)研究了伏爾加運(yùn)河引水渠的允許坡降問題，并獲得了成功。從1932年之后約20年，前蘇聯(lián)先后建設(shè)完成了十多臺(tái)離心機(jī)，研究領(lǐng)域涉及隧洞土壓力、土坡穩(wěn)定、運(yùn)河工程、土壩、礦山工程等。這一時(shí)期，從研究的規(guī)模、深度、廣度等方面，前蘇聯(lián)在離心模型試驗(yàn)技術(shù)研究方面均處于世界領(lǐng)先水平。整體而言，由于當(dāng)時(shí)試驗(yàn)技術(shù)的整體水平不高，影響、限制了離心模擬技術(shù)在巖土工程領(lǐng)域中應(yīng)用的步伐。第二個(gè)重要階段是從20世紀(jì)60年代中期開始的，日本和英國首先開展了這方面的工作，針對(duì)許多土力學(xué)課題和巖土工程問題使用土工離心機(jī)進(jìn)行了廣泛的試驗(yàn)研究。1964年在大阪市立大學(xué)，Mikasa[12墩授研究了地基承載力問題和邊坡穩(wěn)定性問題、驗(yàn)證了軟黏土的固結(jié)歷史理論。與此同時(shí)，英國劍橋大學(xué)的R．N．Schofield[13,14l在倫敦機(jī)場(chǎng)采用直徑為2．7m的離心機(jī)針對(duì)邊坡穩(wěn)定性問題進(jìn)行了一系列的研究。1968年，Schofield在曼徹斯特科技大學(xué)建造了一臺(tái)直徑為3．0m的土工離心機(jī)。在Roscoe教授的提議下，劍橋大學(xué)于1973年建立了10m直徑的大型離心機(jī)。1985年以前，世界上有20多個(gè)研究小組開展了離心模型試驗(yàn)技術(shù)研究，主要分布在日本、英國、美國、德國、法國、中國等十幾個(gè)不同的國家。在提高離心機(jī)容量的同時(shí)，離心試驗(yàn)輔助設(shè)備和量測(cè)技術(shù)也在不斷進(jìn)步，研究范圍也日益擴(kuò)大，并取得了許多有益的成果。1981年為擴(kuò)大在該研究領(lǐng)域中各個(gè)國家、機(jī)構(gòu)的聯(lián)系，促進(jìn)技術(shù)交流，國際土力學(xué)與根底工程學(xué)會(huì)成立了離心模型萬方數(shù)據(jù)西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第3頁技術(shù)委員會(huì)。1985年在美國舊金山，國際土力學(xué)與根底工程學(xué)會(huì)舉辦了第一屆關(guān)于離心模型試驗(yàn)技術(shù)的學(xué)術(shù)專題研討會(huì)，并出版了關(guān)于離心模型在土力學(xué)應(yīng)用中的第一本會(huì)議論文集【15,16,17]。這次會(huì)議極大地推動(dòng)了離心模型試驗(yàn)技術(shù)的開展，成為離心模型試驗(yàn)技術(shù)開展的一個(gè)全新的起點(diǎn)。1985年以后，隨著離心模擬技術(shù)研究的不斷深入，離心機(jī)的建造開始向?qū)I(yè)化的方向開展。在前兩次開展的根底上、在當(dāng)代高新技術(shù)飛速開展的情況下，離心模型試驗(yàn)技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)新的大開展階段。從目前已公開發(fā)表的土工離心模型試驗(yàn)研究成果上看，離心模型試驗(yàn)應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)從早期的土石壩(包括圍堰工程)、軟基處理工程開展到城市地下工程、加筋土結(jié)構(gòu)工程、港口與海洋工程等巖土工程的各個(gè)領(lǐng)域，取得了大量有開創(chuàng)性的研究成果，同時(shí)也對(duì)土力學(xué)的一些理論原理的驗(yàn)證，產(chǎn)生了積極的作用。離心模型試驗(yàn)技術(shù)在邊坡穩(wěn)定性分析中，可以直觀的反映邊坡變形，再現(xiàn)邊坡破壞過程等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛應(yīng)用[181。論文的第二局部主要就是針對(duì)砂土邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行土工離心模型試驗(yàn)研究。1．2砂雨法制備砂土地基模型研究現(xiàn)狀砂雨法制樣技術(shù)的根本原理是將砂土顆粒的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，利用砂土顆粒之間沖擊和碰撞，使砂粒重排列，從而獲得一定的密度。其實(shí)現(xiàn)方法通常是在地面重力場(chǎng)環(huán)境下，將風(fēng)干后的砂土裝入帶有出砂頭的容器內(nèi)，利用提升裝置將該容器提升，并調(diào)整出砂頭與模型箱的距離，讓砂土顆粒從出砂頭自由落入模型箱內(nèi)的同時(shí)按一定速度移動(dòng)出砂頭，使之在模型箱中形成較為均勻的砂土層。砂雨法與振動(dòng)法、擊實(shí)法、插搗法是目前無黏性土常用的4種制樣方法12】，這4種制樣方法的適用范圍不盡相同。Mitchell等【llJ認(rèn)為砂雨法制備試樣的過程與水流沉積、風(fēng)積砂土層的天然形成過程很接近，較適合用于制備模擬水流沉積和風(fēng)積而成的天然砂土層；振動(dòng)法和擊實(shí)法較適合制備模擬回填的砂土層。這3種方法均可用于制備較大尺寸的模型試驗(yàn)試樣。插搗法可以消除一定程度的初始各向異性，一般用于制備真三軸、共振柱試驗(yàn)試樣[19,20】，不適合用于制備較大尺寸的土工模型試驗(yàn)試樣。在研究天然砂土地基力學(xué)特性的模型試驗(yàn)中，尤其是土工離心模型試驗(yàn)，砂雨法制樣技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，同時(shí)砂雨裝置及其所制模型均勻性檢測(cè)技術(shù)也得到了較快開展，比方，英國劍橋大學(xué)和大連理工大學(xué)均設(shè)計(jì)制造了由伺服電機(jī)控制的可三維運(yùn)動(dòng)的砂感雨裝置【21。25l；長(zhǎng)江水利科學(xué)研究酣191和中國水利科學(xué)研究院[20】分別使用了CT技術(shù)和微型靜力觸探儀(CPT)對(duì)砂雨法所制試樣均勻性進(jìn)行了檢測(cè)。徐光明掣27】采用單孔點(diǎn)式出砂頭的砂雨裝置制備了砂土離心試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，研究了土工離心試驗(yàn)中的粒徑效應(yīng)和邊界效應(yīng)。楊俊杰等1241、柳飛等【281、亦采用了砂雨法對(duì)土工離心試驗(yàn)的粒徑效應(yīng)進(jìn)行了研究。吳萬方數(shù)據(jù)西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第4頁建平等【2J通過自制單孔點(diǎn)式出砂頭的砂雨裝置，研究了影響砂土密度的因素，認(rèn)為在保證砂粒能夠自由通過出砂孔的前提下，較小的出砂孔內(nèi)徑可獲得較高的相對(duì)密實(shí)度。濮家騮等【291將砂土裝入往返運(yùn)動(dòng)的漏斗內(nèi)，通過漏斗底部的狹長(zhǎng)孔灑入模型箱內(nèi)，并認(rèn)為試樣容重取決于槽孔寬度和砂面與槽孔的距離。曾虹靜等[30,31】利用自制的可三維運(yùn)動(dòng)的砂雨裝置及單孔點(diǎn)式出砂頭，對(duì)影響砂土相對(duì)密實(shí)度Dr的因素進(jìn)行了較為細(xì)致的研究，認(rèn)為出砂頭與砂面距離和出砂頭流量(單孔流量)對(duì)砂土相對(duì)密實(shí)度有較大影響，在同一落距下，Dr隨流量增大而減小，在同一流量下，Dr隨落距增大而增大。綜合以上文獻(xiàn)，可以得到影響砂雨法所制備砂土地基模型的相對(duì)密實(shí)度(密度)因素有落距、出砂孔尺寸以及出砂頭總流量或單孔流量，但對(duì)主控因素的認(rèn)識(shí)并不統(tǒng)一，各因素對(duì)相對(duì)密實(shí)度的影響程度或方式尚不十清楚確。1．3砂土邊坡穩(wěn)定性土工離心模型試驗(yàn)研究現(xiàn)狀離心模型試驗(yàn)的根本原理最早由法國E．Phillips在1869年提出并推導(dǎo)了離心模型與原型之間的相似原那么，如幾何相似、力學(xué)相似、運(yùn)動(dòng)相似原那么【321。離心模型試驗(yàn)最重要的相似關(guān)系在于具有與原型相同的應(yīng)力狀態(tài)，因而得到了較快的開展。從目前已公開發(fā)表的離心模型試驗(yàn)研究成果上看，離心模型試驗(yàn)應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)從早期的土石壩(包括圍堰工程)、軟基處理工程開展到城市地下工程、加筋土結(jié)構(gòu)工程、港口與海洋工程等巖土工程的各個(gè)領(lǐng)域，取得了大量有開創(chuàng)性的研究成果，同時(shí)也對(duì)土力學(xué)的一些理論原理的驗(yàn)證，產(chǎn)生了積極的作用。離心模型試驗(yàn)技術(shù)在邊坡穩(wěn)定性分析中，可以直觀的反映邊坡變形，再現(xiàn)邊坡破壞過程等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛應(yīng)用。1969年，劍橋大學(xué)的P．JAvghefinos[331和A．NSchofieldl34】最早將離心模型試驗(yàn)用于邊坡穩(wěn)定性分析、水位驟降引發(fā)的邊坡失穩(wěn)過程，研究了邊坡失穩(wěn)的機(jī)理。我國的汪小剛35】、程永輝【36】利用土工離心模型試驗(yàn)先后研究水電站的邊坡、降雨條件下膨脹土邊坡的穩(wěn)定性，取得了很好的應(yīng)用效果。唐茂穎【37】在土質(zhì)邊坡離心模型試驗(yàn)中創(chuàng)新性地測(cè)試了邊坡的下滑推力。張嘎等[38】利用土工離心模型試驗(yàn)研究了邊坡破壞過程中的應(yīng)力和位移場(chǎng)，提出了一種用于確定土工離心模型試驗(yàn)過程中邊坡應(yīng)力和位移場(chǎng)及其變化過程的方法。李邵軍等【39】的邊坡離心模型試驗(yàn)研究了三峽庫區(qū)水位升降這種外部水環(huán)境影響下的邊坡變形演化、失穩(wěn)以及破壞模式。張敏等140J設(shè)計(jì)開發(fā)了一種在離心試驗(yàn)中模擬降雨的系統(tǒng)，研究了降雨時(shí)雨水在邊坡中的入滲過程。李天斌等14lJ開展了高填方邊坡滑動(dòng)失穩(wěn)機(jī)理及破壞模式的離心模型試驗(yàn)研究，并對(duì)攀枝花機(jī)場(chǎng)高填方邊坡整體失穩(wěn)的問題進(jìn)行了分析。這些試驗(yàn)的研究工作不僅直觀的預(yù)測(cè)了各類巖土邊坡的穩(wěn)定狀態(tài)，同時(shí)也驗(yàn)證了數(shù)值分析的成果，解決了工程建設(shè)中的疑難問題，有力地促進(jìn)了土工離心模擬技術(shù)在巖土工程領(lǐng)域的應(yīng)用，為巖土工萬方數(shù)據(jù)西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第5頁程設(shè)計(jì)和研究提供了豐富、有價(jià)值的研究根底。1．4論文的主要工作和研究框架1．4．1論文的主要工作影響砂雨法所制備砂土地基模型的相對(duì)密實(shí)度(密度)因素有落距、出砂孔尺寸以及出砂頭總流量或單孔流量，但對(duì)主控因素的認(rèn)識(shí)并不統(tǒng)一，各因素對(duì)相對(duì)密實(shí)度的影響程度或方式尚不十清楚確。本文通過一套自制的砂雨裝置，設(shè)計(jì)加工了篩孔點(diǎn)式、一線點(diǎn)式以及線式出砂頭，對(duì)砂雨法制備砂土地基模型技術(shù)中落距、出砂孔尺寸(單孔直徑或?qū)挾?、出砂頭總流量、出砂頭移動(dòng)速度4個(gè)影響因素以及砂土地基模型的相對(duì)密實(shí)度空間分布特征進(jìn)行了一定探討，并通過對(duì)目標(biāo)相對(duì)密實(shí)度的驗(yàn)證試驗(yàn)，驗(yàn)證砂雨法制樣技術(shù)的可靠性。通過開展砂土邊坡離心模型試驗(yàn)，研究邊坡坡度、砂土含水率對(duì)砂土邊坡穩(wěn)定性影響，同時(shí)反映砂土邊坡的變形開展規(guī)律以及破壞模式，探討制備砂土邊坡離心模型中如何控制砂土模型含水率，以減小砂土等這類非黏性土的離心模型試驗(yàn)誤差。于此同時(shí)，本試驗(yàn)作為第七屆全國巖土工程離心模型平行實(shí)驗(yàn)內(nèi)容之一的砂土邊坡穩(wěn)定性試驗(yàn)的其中一組，結(jié)合其他組平行實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，探討本次離心實(shí)驗(yàn)的誤差來源以及誤差的大小，為砂土邊坡穩(wěn)定性土工離心模型試驗(yàn)研究提供了一定的參考價(jià)值。1．4．2論文的研究框架論文研究框架如圖1．1所示。萬方數(shù)據(jù)西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第6頁研究結(jié)論與建議圖I-I論文的研究框架圖萬方數(shù)據(jù)西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第7頁第2章標(biāo)準(zhǔn)砂根本參數(shù)試驗(yàn)2．1福建標(biāo)準(zhǔn)砂2．1．1篩分試驗(yàn)試驗(yàn)材料為福建標(biāo)準(zhǔn)砂，根據(jù)GB50123—1999?土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)?，對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)砂的顆粒級(jí)配及最大、最小于密度進(jìn)行了試驗(yàn)，具體情況如下：(1)顆粒分析試驗(yàn)依GB50123．1999?土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)?及浙江大學(xué)前期試驗(yàn)結(jié)果，標(biāo)準(zhǔn)砂最大粒徑約0．50mm，因此采用細(xì)篩，篩孔徑分別為lmm、O．5mm、0．25mm及0．075mm，如圖2．1所示。a)取砂3009 b)分析篩圖2-1標(biāo)準(zhǔn)砂篩分試驗(yàn)試驗(yàn)具體步驟：a)稱取砂土3009；b)由于前期試驗(yàn)結(jié)果說明砂土最大粒徑約0．5mm，因此直接采用細(xì)篩分析；c)取篩上試樣倒入依次疊好的細(xì)篩中，手動(dòng)震篩，時(shí)間為10～15min，而后由上而下將各篩取下，稱取篩上及底盤內(nèi)試樣的質(zhì)量，準(zhǔn)確至0．19。d)篩后各級(jí)篩上和篩底上試樣質(zhì)量的總和與篩前試樣總質(zhì)量的差值，不得大于試樣總質(zhì)量的1％。e)計(jì)算某粒徑的試樣質(zhì)量占試樣總質(zhì)量的百分比x、不均勻系數(shù)Cu及曲率系數(shù)Cc。試驗(yàn)結(jié)果如表2—1及圖2—2所示。萬方數(shù)據(jù)西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第8頁100．00190．00、? 80-00墓7。．00 f}叮 r甬 60．00|壤-H sD．00搿 l¨婆 40．00蝶 協(xié)¨ 30．00 、P 20．00I．10．00 LO．00l 0．1粒徑／Ⅱn圖2-2標(biāo)準(zhǔn)砂粒徑級(jí)配曲線由圖2-2可得標(biāo)準(zhǔn)砂的級(jí)配參數(shù)，如表2-2所列。2-2標(biāo)準(zhǔn)砂級(jí)配參數(shù)2．1．2密度試驗(yàn)1)最小干密度試驗(yàn)選用容積為250mL的量筒、長(zhǎng)頸漏斗及錐形塞及砂面拂平器，具體試驗(yàn)步驟為：a)將錐形塞杯身長(zhǎng)頸漏斗下VI穿入，并向上提起，使錐底堵住漏斗管口，一并放入250mL的量筒內(nèi)，使其下端與量筒底接觸；b1稱取烘干試樣3009，均勻緩慢倒入漏斗中，將漏斗和錐形塞同時(shí)提高，移動(dòng)塞桿，使錐體略離開管口，管口應(yīng)經(jīng)常保持高出砂面1～2cm，使試樣緩慢且均勻分布落萬方數(shù)據(jù)西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第9頁入量筒中；c)試樣全部落入量筒后，取出漏斗和錐形塞，用砂面拂平器將將砂面拂平、測(cè)記試樣體積，估讀至1mL；d)用手或橡皮板堵住量筒口，將量筒El倒轉(zhuǎn)并緩慢轉(zhuǎn)回到原來位置，重復(fù)數(shù)次，記下試樣在量筒內(nèi)所占體積的最大值，估讀至lmL；e)取上述兩種方向測(cè)得的較大體積值，計(jì)算最小干密度。Pd。。=md／圪試驗(yàn)過程如圖2—3所示，試驗(yàn)結(jié)果如表2．3所列。a)裝入砂樣 b)翻轉(zhuǎn)量筒圖2-3最小干密度試驗(yàn)過程表2-3標(biāo)準(zhǔn)砂最小干密度試驗(yàn)結(jié)果注：l、第一行試驗(yàn)值表示裝入量筒后的計(jì)數(shù)。2)最大干密度試驗(yàn)試驗(yàn)采用金屬圓筒(容積250mL，內(nèi)徑5cm，，高度為12．7cm)、振動(dòng)叉、擊錘(重1．25kg，落高15cm，錘直徑5cm)，如圖2—4所示。萬方數(shù)據(jù)西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第10頁圖2—4相對(duì)密度儀具體步驟為：a)取代表試樣20009，拌勻，分3次倒入金屬圓筒進(jìn)行振擊，每層試樣宣為圓筒容積的1／3，試樣倒入筒后用振動(dòng)叉以每分鐘往返150～200次的速度敲打圓周兩側(cè)，并在同一時(shí)間內(nèi)用擊錘錘擊試樣外表，每分鐘30～60次，直到試樣體積不變?yōu)橹?，如此重?fù)第二層和第三層；b)取下護(hù)筒，刮平試樣，稱圓筒和試樣的總質(zhì)量，計(jì)算出試樣質(zhì)量，計(jì)算最大干密度。Pdm戤=md／％試驗(yàn)過程如圖2—5所示，試驗(yàn)結(jié)果如表2．4所列。圖2-5最大干密度試驗(yàn)過程表2-4標(biāo)準(zhǔn)砂最大干密度試驗(yàn)結(jié)果zkq20230924萬方數(shù)據(jù)西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第11頁2．1．3天然含水率試驗(yàn)依GB50123．1999?土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)?，取混合好的砂土約509，放入電熱烘箱，調(diào)節(jié)溫度至105～110℃，烘干6～8h，所測(cè)含水率結(jié)果如表2．5所列。表2-5含水率試驗(yàn)結(jié)果2．1．4標(biāo)準(zhǔn)砂力學(xué)指標(biāo)根據(jù)浙江大學(xué)‘¨1對(duì)該批次標(biāo)準(zhǔn)砂的靜三軸CU試驗(yàn)，得到該標(biāo)準(zhǔn)砂有效內(nèi)摩擦角為32。。2．2模型箱模型箱尺寸為600×400×400mm(長(zhǎng)×寬×高)，由于該模型箱項(xiàng)部設(shè)置了6cm寬的加強(qiáng)肋，使用時(shí)用3層2mm厚的保溫板堵塞，因此模型箱實(shí)際尺寸為600×340×400mm(長(zhǎng)×寬×高)，如圖2-6所示。圇鬈一灞溪，窿．▲。 毋。 ·氛燃圖2-6試驗(yàn)用模型箱zkq20230924萬方數(shù)據(jù)西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第12頁2．3砂雨裝置自行設(shè)計(jì)加工了一套砂雨裝置，主要由手拉葫蘆吊、路徑導(dǎo)引裝置、路徑導(dǎo)引裝置支架、砂筒、導(dǎo)管、出砂口組成，如圖2—7所示，具體尺寸如附圖所示。設(shè)計(jì)了五個(gè)出砂口，其中漏斗點(diǎn)式出砂口2個(gè)，一線點(diǎn)式出砂口2個(gè)，線式出砂口1個(gè)，出砂口的實(shí)際尺寸及參數(shù)如表2-6所列。2-6出砂口尺寸及參數(shù)a)砂雨裝置整體 b)出砂口細(xì)部zkq20230924萬方數(shù)據(jù)西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第13頁C)路徑導(dǎo)引裝置整體d)路徑導(dǎo)引裝置細(xì)部圖2—7砂雨裝置2．4標(biāo)定盒為準(zhǔn)確測(cè)量模型箱內(nèi)砂土的相對(duì)密度，在落距一相對(duì)密度的標(biāo)定試驗(yàn)中，模型箱內(nèi)布設(shè)三層鋁質(zhì)標(biāo)定盒，每層布設(shè)8只，如圖2-8所示。a)標(biāo)定盒r—亍—■■■——1————]■，；l◆ ● ●f r1b)標(biāo)定盒布置圖2-8標(biāo)定盒及布置(單位：mm)試驗(yàn)前必須對(duì)標(biāo)定盒的體積進(jìn)行標(biāo)定，為準(zhǔn)確測(cè)定標(biāo)定盒的體積，采用了蒸餾水標(biāo)定的方法，如圖2-9所示。zkq20230924萬方數(shù)據(jù)西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第14頁圖2-9標(biāo)定盒體積標(biāo)定用溫度計(jì)量取試驗(yàn)時(shí)的水溫，為24。C～25。C根據(jù)溫度一水密度的表查得此溫度下的水的密度約為0．9979／cm3。用精度為O．Olg的電子稱，稱空盒重量，然后往盒內(nèi)倒入純凈水至盒沿，稱盒與水的總重量，與空盒重量之差即為水的重量，從而得出標(biāo)定盒的體積；如表2．7所列。表2-7標(biāo)定盒的體積標(biāo)定zkq20230924萬方數(shù)據(jù)西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第15頁2．5稱重設(shè)備稱重設(shè)備采用兩種電子稱，其中一電子稱量程為6009，精度O．Olg，用于稱取標(biāo)定盒的重量；另一電子稱量程為30kg，精度19，用于稱取每次加砂重量，如圖2一10所示。b)精度19圖2—10試驗(yàn)所用電子稱zkq20230924萬方數(shù)據(jù)西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第16頁第3章砂雨法制備砂土地基模型3．1試驗(yàn)方案3．1．1砂土相對(duì)密度標(biāo)定采用砂雨法裝置及模型箱，根據(jù)砂土在不同落距的情況下落入模型箱中，由于落距不同，砂土在模型箱中形成的砂土層密度也不相同，從而得到砂土的落距與相對(duì)密度之間的關(guān)系曲線。試驗(yàn)中以落距、出砂口的形狀作為影響因素，砂土落距由10～100cm，每lOcm一級(jí)。采用兩種方法測(cè)定每級(jí)落距下模型箱內(nèi)砂土的相對(duì)密度：a)用標(biāo)定盒測(cè)定；b)用鋼尺測(cè)定模型箱內(nèi)砂土模型的高度。試驗(yàn)步驟為：1)將第一層標(biāo)定盒按圖2—8放于模型箱內(nèi)；2)將砂筒用吊車吊起，連接出砂口導(dǎo)管至砂筒下部鋼管，調(diào)整好高度；3)將路徑引導(dǎo)裝置用螺栓固定于支架，用水平尺控制路徑引導(dǎo)裝置的水平度；4)封閉出砂口，稱取15kg砂參加砂筒內(nèi)(大約4-5cm厚)，翻開出砂口的同時(shí)開始計(jì)時(shí)，引導(dǎo)出砂口導(dǎo)管將沿指定的路徑將砂灑入模型箱，點(diǎn)式出砂口行走路徑如圖3．1所示，漏斗點(diǎn)式、’一線點(diǎn)式出砂口沿a—b—a—c為一循環(huán)，線式出砂口行走路徑只沿模型箱長(zhǎng)邊方向移動(dòng)一次為一循環(huán)。一 一6QQ一 一誓￡Ja—— l囂 m8鋼筋b路徑等引裝胃邊緣 路徑導(dǎo)弓|裝霄邊緣a)出砂口沿模型箱長(zhǎng)邊行走路徑 b)出砂口沿模型箱短邊行走路徑圖3-1 點(diǎn)式出砂口行走路徑5)每一循環(huán)觀察模型箱四周的鋼尺讀數(shù)，用吊車將砂筒提升相應(yīng)的高度，使出砂口與砂面距離保持一致；6)待砂筒內(nèi)砂灑完后，用毛刷刷平砂面上的鼓丘及填平砂面的凹陷，用鋼尺量測(cè)模型箱內(nèi)砂的高度，共量測(cè)9個(gè)點(diǎn)，如圖3．2所示，取均值；7)將第二層標(biāo)定盒同樣按圖2—8放于模型箱內(nèi)：8)調(diào)整出砂口至第一層(底層)砂面的高度(9個(gè)測(cè)點(diǎn)均值)；9)重復(fù)第3)----6)步；萬方數(shù)據(jù)西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第l7頁10)將第三層標(biāo)定盒同樣按圖2—8放于模型箱內(nèi)；圖3—2鋼尺測(cè)點(diǎn)布置11)調(diào)整出砂口至第二層(中層)砂面的高度(9個(gè)測(cè)點(diǎn)均值)；12)重復(fù)第3)--6)步；13)從模型箱一角開始將標(biāo)定盒小心的挖出，取標(biāo)定盒時(shí)必須輕拿，盡量防止晃動(dòng)，并用刮尺將標(biāo)定盒砂面刮平：14)用精度為O．Olg的電子稱稱取標(biāo)定盒與砂的總重量，按式(3．1)、(3-2)計(jì)算標(biāo)定盒內(nèi)砂土的相對(duì)密度，取每層標(biāo)定盒相對(duì)密度的均值作為該層砂土的相對(duì)密度，取三層砂土相對(duì)密度的均值作為該落距下砂土的相對(duì)密度；15)用精度為lg的電子稱稱取模型箱內(nèi)砂的總質(zhì)量、按鋼尺所測(cè)模型箱內(nèi)砂的總厚度計(jì)算灑入的砂土體積，計(jì)算模型箱內(nèi)砂土的相對(duì)密度。p。：塑(3—1D，：—(Pa-Pdm—in)Pd,mx(3—2V(Pd。。一pd～)Pd式中：小J一標(biāo)定盒與砂的總重，g；川D一標(biāo)定盒空盒重量，g；y一標(biāo)定盒的體積，cm3；3．1．2驗(yàn)證試驗(yàn)根據(jù)第一階段試驗(yàn)獲得的落距一相對(duì)密度的標(biāo)定曲線，設(shè)定土體目標(biāo)相對(duì)密度為55％和75％的情況下，選取落距進(jìn)行重復(fù)性驗(yàn)證試驗(yàn)，灑滿整個(gè)模型箱，反映砂雨法制備砂土模型的可靠性。3．2標(biāo)定試驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析3．2．1漏斗點(diǎn)式出砂口共加工了兩個(gè)漏斗點(diǎn)式出砂，分別為孔徑qb=2ram，共73孔；孔徑qb=4ram，共44孔，如圖3．3所示，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3．1所列，落距一相對(duì)密度關(guān)系曲線如圖3．4所示。萬方數(shù)據(jù)西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第18頁a)o=2mm b)①=4mm圖3-3漏斗點(diǎn)式出砂口表3—1 落距一相對(duì)密度試驗(yàn)數(shù)據(jù)(漏斗點(diǎn)式出砂口)說明：表中數(shù)據(jù)為三層標(biāo)定盒測(cè)試的均值。10090j 80o60O lO 20 30 40 50 60 70 80 90100110a、o=2ram萬方數(shù)據(jù)西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第19頁908070莩毒6050400 10 Z0 30 40 50 60 ’加80 90 洛捷i／clnb)中=4ram圖3-4落距一相對(duì)密度關(guān)系曲線(漏斗點(diǎn)式出砂口)由圖3_4可知，落距由10cm變化至lOOcm的過程中， =2mm的出砂口所制得的砂土相對(duì)密度均值由67．85％增長(zhǎng)至89．00％，在70一100cm落距范圍，Dr均值約為88．23％，最大與最小Dr相差1．99％，砂土相對(duì)密度根本趨于穩(wěn)定；=4mm的出砂口所制得的砂土相對(duì)密度由43．71％增長(zhǎng)至77．98％，在70--100cm落距范圍，Dr均值約為76．32％，最大與最小Dr相差3．78％，砂土相對(duì)密度根本趨于穩(wěn)定。由圖2．8中標(biāo)定盒的分布位置可以得出模型箱內(nèi)砂土的相對(duì)密度分別在模型箱四角、四邊以及模型箱中部的分布情況，判斷漏斗點(diǎn)式出砂口所制得的砂土模型在平面分布的均勻性，如表3．2所列和圖3—5所示。同時(shí)亦可根據(jù)制得的三層砂土相對(duì)密度，判斷漏斗點(diǎn)式出砂口所制得的砂土模型在空間分布的均勻性如圖3-6所示。霹88j80四角 豳邊 由部a)巾=2ran萬方數(shù)據(jù)西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第20頁75。7060吲璩 |卅邊b)m=4m圖3-5砂土相對(duì)密度平面分布9692 70cm—1i：：： {四角88 lOOcm_j70cm]妒 黧：l四邊8l100cm_J皇80 70cm]i：：： I中部_6 100cmJ7268j，：a)中=2m四角90cm 四邊芝70 80cm 中部皇 30廢以 tlt膳 I。t：b)巾=4ram圖3-6砂土相對(duì)密度空間分布由圖3．5可知，漏斗點(diǎn)式出砂口所制得的砂土模型，其相對(duì)密度在平面分布上不萬方數(shù)據(jù)西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第21頁均勻，主要表現(xiàn)在模型箱四角處相對(duì)密度最小，四邊處相對(duì)密度次之，模型箱中部相對(duì)密度最大。其中，①=2mm時(shí)，四邊處相對(duì)密度較四角處大約3．20％(70cm一100cm的均值，下同)，中部相對(duì)密度較四角處大約9．52％；=4mm時(shí)，四邊處相對(duì)密度較四角處大約6．17％，中部相對(duì)密度較四角處大約18．93％。由這兩種出砂口的比照反映出，模型箱邊壁對(duì)砂土相對(duì)密度影響較大，且出砂口直徑大時(shí)，模型箱邊壁對(duì)砂土相對(duì)密度的影響程度增加。由圖3-6可知，漏斗點(diǎn)式出砂口所制得的砂土模型，其相對(duì)密度在空間上分布上亦不均勻，其中，①=2mm時(shí)，模型箱四角處底層砂土相對(duì)密度較中層大2．91％(70cm．100cm的均值，下同)，較上層小1．30％；模型箱四邊處底層砂土相對(duì)密度較中層小1．59％，較上層小1．85％；模型箱中部處底層砂土相對(duì)密度較中層大1．62％，較上層大0．77％。①=4mm時(shí)，模型箱四角處底層砂土相對(duì)密度較中層大7．08％，較上層大4．61％；模型箱四邊處底層砂土相對(duì)密度較中層小1．59％，較上層小1．19％；模型箱中部處底層砂土相對(duì)密度較中層大2．86％，較上層大1．45％。因此可見，模型箱中部砂土相對(duì)密度在空間分布上較模型箱四角及四邊中點(diǎn)處均勻。3．2．2一線點(diǎn)出砂口共加工了兩個(gè)一線點(diǎn)式出砂口，尺寸分別為57．20×1．90mm(長(zhǎng)×寬)，57．07×3．23mm(長(zhǎng)×寬)；如圖3所．7示，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3—2所列，落距一相對(duì)密度關(guān)系曲線如圖3—8所示。圖3-7一線點(diǎn)式出砂口表3-2落距一相對(duì)密度試驗(yàn)數(shù)據(jù)(一線點(diǎn)式出砂口)萬方數(shù)據(jù)西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第22頁1009080墨o：06050m 粥 ∞ 沁 Ⅺ ∞ ∞瑚m幻∞锨吲篇～9080_0芝60魯501030O 10 ：O 30 lO 50 60 ·【) 80 90100llO落透fja)b=3．23m圖3-8落距相對(duì)密度關(guān)系曲線(一線點(diǎn)式出砂口)由圖3—8可知，落距由]Ocm變化至lOOcm的過程中，b=1．90mm的出砂口所制得的砂土相對(duì)密度由63．68％增長(zhǎng)至89．65％，在70一100cm落距范圍，Dr均值約為88．36％，最大與最小Dr相差2．99％；b=3．23ram的出砂口所制得的砂土相對(duì)密度由40．52％增長(zhǎng)至79．05％，在70—100cm落距范圍，Dr均值約為75．75％，最大與最小Dr相差5．88％。由圖2．8中標(biāo)定盒的分布位置可以得出模型箱內(nèi)砂土的相對(duì)密度分別在模型箱四個(gè)角、模型箱四條邊的中點(diǎn)以及模型箱中部的分布情況，判斷漏斗點(diǎn)式出砂口所制得的砂土模型在平面分布的均勻性，如圖3-9所示。同時(shí)亦可根據(jù)制得的三層砂土相對(duì)密度，判斷漏斗點(diǎn)式出砂口所制得的砂土模型在空間分布的均勻性如圖3—10所示。萬方數(shù)據(jù)西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第23頁88事’、。8180_6q垃 ㈧邊 t{{沭a)b=1．90mm908580霉＼害?O6560悶純 H邊 t〞滯b)b=3．23ram圖3-9砂土相對(duì)密度平面分布100距?Ocml距80cm>四角距90cmf距l(xiāng)OOcm’距70cml腳距80cc撼m>四邊距100cmI距70cmI藿：：：：>中部距100cmlTO成堪 Jz； U薹a)b=1．90m萬方數(shù)據(jù)西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第24頁b=3．231，一線點(diǎn)式出砂口9080 四角_O 四邊o60中部距距距距距鼯距距距距距距蕊溉勰勰黜激50IO底層 中層 上層圖3—10砂土相對(duì)密度空間分布由圖3-9可知，一線點(diǎn)式出砂口所制得的砂土模型，其相對(duì)密度在平面分布上不均勻，主要表現(xiàn)在模型箱四角處相對(duì)密度最小，四邊處相對(duì)密度次之，模型箱中部相對(duì)密度最大。其中，b=1．9mm時(shí)，四邊處相對(duì)密度較四角處大約3．12％(70cm．100cm的均值，下同)，中部相對(duì)密度較四角處大約9．01％；b=3．23mm時(shí)，四邊處相對(duì)密度較四角處大約8．72％，中部相對(duì)密度較四角處大約25．35％。由圖3．10可知，漏斗點(diǎn)式出砂口所制得的砂土模型，其相對(duì)密度在空間上分布上亦不均勻，其中，b=1．90mm時(shí)，模型箱四角處底層砂土相對(duì)密度較中層大1．62％(70cm—lOOcm的均值，下同)，較上層小0．03％；模型箱四邊處底層砂土相對(duì)密度較中層小4．20％，較上層小4．05％；模型箱中部處底層砂土相對(duì)密度較中層大0．76％，較上層大0．09％。b=3．23mm時(shí)，模型箱四角處底層砂土相對(duì)密度較中層大4．94％，較上層大2．68％；模型箱四邊處底層砂土相對(duì)密度較中層小3．40％，較上層小4．25％；模型箱中部處底層砂土相對(duì)密度較中層大小0．86％，較上層小0．87％。因此可見，模型箱中部砂土相對(duì)密度在空間分布上較模型箱四角及四邊中點(diǎn)處均勻。3．2．3線式出砂口共加工了一個(gè)線式出砂口，尺寸為328×2．15mm(長(zhǎng)×寬)，如圖3．11所示，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3—3所列，落距一相對(duì)密度關(guān)系曲線如圖3—12所示。萬方數(shù)據(jù)西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第25頁圖3-11線式出砂口表3—3落距一相對(duì)密度試驗(yàn)數(shù)據(jù)(線式出砂口)說明：表中數(shù)據(jù)為三層的均值。100l¨ 』ff S(j ‘川 lUfj1]f}f‰；I?(ttl圖3—12落距一相對(duì)密度關(guān)系曲線(線式出砂口)由圖3．11可知，落距由10cm變化至lOOcm的過程中，b=2．15mm的線式出砂口所制得的砂土相對(duì)密度由66．86％增長(zhǎng)至89．63％，在70--lOOcm落距范圍，Dr均值約為89．33％，最大與最小Dr相差0．41％。由圖2—8中標(biāo)定盒的分布位置可以得出模型箱內(nèi)砂土的相對(duì)密度分別在模型箱四個(gè)角、模型箱四條邊的中點(diǎn)以及模型箱中部的分布情況，判斷線式出砂口所制得的砂土模型在平面分布的均勻性，如表3．4所列和圖3．13所示。同時(shí)亦可根據(jù)制得的三層砂土相對(duì)密度，判斷漏斗點(diǎn)式出砂口所制得的砂土模型在空間分布的均勻性，如圖3．14所示。萬方數(shù)據(jù)西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第26頁表3—4模型箱內(nèi)不同位置處砂土相對(duì)密度Dr(％)(線式出砂口)說明：10．30cm落距時(shí)，因出砂口無法移動(dòng)至模型箱短邊邊緣。90：88言868{叫熊 |j；_Ij立 t|1郝圖3-13砂土相對(duì)密度平面分布b=2．15m，線式出砂口78四焦978四邊9l≤88 7童 8中部㈨嘶吣∞咖吣∞∞∞∞弛∞珥硼舶恤硼mⅢ蛐阻阻m忱。。、廣．．。＼廠，。。。＼r91868蝮聯(lián) 一{，J，； |．I：圖3-14砂土相對(duì)密度空間分布萬方數(shù)據(jù)西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第27頁由圖3—13可知，一線點(diǎn)式出砂口所制得的砂土模型，其相對(duì)密度在平面分布上不均勻，主要表現(xiàn)在模型箱四角處相對(duì)密度最小，四邊處相對(duì)密度次之，模型箱中部相對(duì)密度最大。其中，四邊處相對(duì)密度較四角處大約1．86％(70cm—lOOcm的均值，下同)，中部相對(duì)密度較四角處大約3．88％。由圖3．14可知，漏斗點(diǎn)式出砂口所制得的砂土模型，其相對(duì)密度在空間上分布上亦不均勻，其中，模型箱四角處底層砂土相對(duì)密度較中層大1．72％(70cm．100cm的均值，下同)，較上層大0．28％；模型箱四邊處底層砂土相對(duì)密度較中層小2．83％，較上層小2．68％；模型箱中部處底層砂土相對(duì)密度較中層小O．70％，較上層相同。因此可見，模型箱中部砂土相對(duì)密度在空間分布上較模型箱四角及四邊中點(diǎn)處均勻。3．3模型箱內(nèi)砂土相對(duì)密度確實(shí)定3．3．1模型箱砂土相對(duì)密度的修正由3．2節(jié)砂土相對(duì)密度的空間分布可以看出，模型箱中部的砂土，其相對(duì)密度在空間分布上較為均勻，模型箱四角及四邊處相對(duì)密度受邊界影響較大，其原因?yàn)橹茦訒r(shí)出砂口移到至邊緣時(shí)，移動(dòng)方向發(fā)生改變，使出砂口在模型箱邊緣處停留時(shí)間較其他處長(zhǎng)，砂在模型箱邊緣處堆積過快，使得模型箱四角及四邊處相對(duì)密度在空間分布上均勻性較差，造成相對(duì)密度偏小，因此模型箱邊壁處砂土的相對(duì)密度不能代表出砂口所制得的真實(shí)相對(duì)密度，因此，以模型箱中部處砂土的相對(duì)密度為準(zhǔn)才能反映出砂El所制得的真實(shí)相對(duì)密度。對(duì)落距一相對(duì)密度關(guān)系曲線進(jìn)行修正，剔除模型箱四角及四邊的標(biāo)定盒，以模型箱中部標(biāo)定盒的均值為準(zhǔn)，經(jīng)修正后的落距一相對(duì)密度關(guān)系曲線如圖3．15所示。100寥80≥。700 10 20 30 10 50 60 jO 80 90 100llO落蓬!／cma)中=2mra漏斗點(diǎn)式出砂口萬方數(shù)據(jù)西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第28頁70破。6000 10 20 30 ．10 50 60 70 80 90 100110落蠲!／cmb)巾=4ram漏斗點(diǎn)式出砂口100芝80害600 10 20 30 10 30 60 70 80 90 100110辮距／cmc)b=1．90mm一線點(diǎn)式出砂口萬方數(shù)據(jù)西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第29頁908070o6050lO0 10 20 30 10 50 60 70 80 90 100110落距／cmd)b=3．23mmg一線點(diǎn)式出砂口10090芝80魯70600 10 20 30 ．10 50 60 70 80 90 100110落罐!／cme)b=2．15mmg線式出砂口圖3-15落距一相對(duì)密度關(guān)系修正曲線3．3．2砂土相對(duì)密度影響因素l、出砂口流量對(duì)砂土相對(duì)密度的影響從3．2．1節(jié)中落距一相對(duì)密度關(guān)系的修正曲線中可以看出，當(dāng)出砂口落距與砂面的距離為70．100cm時(shí)，相對(duì)密度變化幅度較小，因此定義70．100cm落距時(shí)砂土的相對(duì)密度為穩(wěn)定相對(duì)密度。由這五種不同流量的出砂H在70-100cm落距下相對(duì)密度的均值(模型箱中部標(biāo)定盒)可以得出出砂口流量q與砂土穩(wěn)定相對(duì)密度的關(guān)系曲線，如圖3．16所示。萬方數(shù)據(jù)西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第30頁95言90BOO 3 l 5 6lj趕；li：q／kg．mind圖3—16出砂口流量q與砂土相對(duì)密度的關(guān)系曲線由圖3．16可以看出，出砂口流量q分別為1．457kg／min、1．495kg／min和5．487kg／min時(shí)所對(duì)應(yīng)的砂土穩(wěn)定相對(duì)密度分別為91．60％、91．70％和90．32％，其最大流量5．487kg／min約為最小流量1．457kg／min的3．77倍，但所對(duì)應(yīng)的穩(wěn)定相對(duì)密度僅相差1．28％。當(dāng)出砂口流量q分別為4．290kg／min和3．517kg／min時(shí)，所對(duì)應(yīng)的砂土穩(wěn)定相對(duì)密度分別為83．48％和85．42％，其最大流量4．290kg／min約為最小流量3．517kg／min的1．22倍，所對(duì)應(yīng)的穩(wěn)定相對(duì)密度相差1．94％，由此可見，出砂口流量對(duì)砂土穩(wěn)定相對(duì)密度的影響并不明顯。2、出砂口直徑或?qū)挾葘?duì)砂土相對(duì)密度的影響通過對(duì)出砂口尺寸的分析后認(rèn)為，出砂口流量q分別為1．457kg／min、1．495kg／min和5．487kg／min時(shí)所對(duì)應(yīng)的出砂口直徑①(單孔，下同)或?qū)挾萣分別為1．90mm、2．OOmm和2．15mm(試驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)直徑和寬度均為2mm)，為同一直徑或?qū)挾?，出砂口流量q分別為4．290kg／min和3．517kg／min時(shí)所對(duì)應(yīng)的出砂口直徑①或?qū)挾萣分別為4．OOmm和3．23mm(試驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)直徑和寬度均為4ram)，也為同一直徑或?qū)挾龋@說明當(dāng)出砂口的直徑和寬度確定后，砂土的穩(wěn)定相對(duì)密度也就確定了，而與出砂口的流量并無明顯關(guān)聯(lián)。為更進(jìn)一步的證明這一結(jié)論，將五種出砂口落距一相對(duì)密度關(guān)系作于同一幅圖中，如圖3．17所示。萬方數(shù)據(jù)西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第31頁1009080三70言605010?) 1fJ 二0 jlj ㈨ 50 60 ．【。) SU 呲) 1I川llUj+鼻鼬J／cln圖3-17出砂口直徑(寬度)對(duì)相對(duì)密度的影響圖3．17中清晰的反映出，出砂口流量不僅對(duì)砂土穩(wěn)定相對(duì)密度影響不明顯，對(duì)于10．100cm整個(gè)落距范圍的砂土相對(duì)密度影響亦不明顯，而出砂口直徑中(單孔)、寬度b對(duì)砂土相對(duì)密度的影響明顯。出砂口直徑直徑巾(單孔)、寬度b與砂土穩(wěn)定相對(duì)密度的關(guān)系曲線如圖3．18所示。一88o81 1 1 j5|}jI_’，j||7i 4I·‘：’lllll／圖3—18出砂口直徑(寬度)與砂土穩(wěn)定相對(duì)密度關(guān)系曲線3、出砂口移動(dòng)速度對(duì)砂土相對(duì)密度的影響試驗(yàn)過程中，統(tǒng)計(jì)了在不同落距時(shí)點(diǎn)式出砂口平均移動(dòng)速度按圖3．1的一個(gè)循環(huán)的平均值，線式出砂口為沿模型箱長(zhǎng)邊方向移動(dòng)一次速度的平均值，如表3—5所列。萬方數(shù)據(jù)西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第32頁表3-5出砂口平均移動(dòng)速度由于出砂口的移動(dòng)是人為控制的，每次循環(huán)的時(shí)間有一定的差異，為了更好的反映出砂口移動(dòng)速度對(duì)Dr的影響，引用大連理工大學(xué)曾虹靜碩士在?人民長(zhǎng)江?期刊中發(fā)表的?自制砂土裝樣設(shè)備及其控制要素分析?這一論文，該論文中亦采用福建標(biāo)準(zhǔn)砂，Pdmax、Pdmm分別為1．669／cm3、1．379／cm3，采用點(diǎn)式出砂口，出砂口下方設(shè)置直徑2mm的篩網(wǎng)，出砂口移動(dòng)利用了伺服電機(jī)，因此出砂口移動(dòng)速度比擬穩(wěn)定，為6cm／s，所得的流量、落距一相對(duì)密度關(guān)系曲線如圖2．15所示。藹迦／c盈a)落距一相對(duì)密度關(guān)系曲線潦量／(kg·mb1)b)流量一相對(duì)密度關(guān)系曲線圖3-19落距(流量)一相對(duì)密度關(guān)系曲線圖3．19【301中反映出，出砂VI與砂面距離大于40cm后砂土相對(duì)密度較為穩(wěn)定，且50---80cm落距下的Dr根本相同，為與本文穩(wěn)定相對(duì)密度進(jìn)行比照，選擇80cm落距下制得的砂土密度。由圖3．19b)可得不同流量的出砂口穩(wěn)定相對(duì)密度(50cm落距下)Dr范圍為94．1％～95．5％，由于曾的試驗(yàn)中出砂口下方放置了直徑2mm的篩網(wǎng)，與本文中直徑為2mm的漏斗點(diǎn)式出砂口一致，本文中直徑為2mm的漏斗點(diǎn)式出砂口所制得的穩(wěn)定相對(duì)密度Dr的范圍為90．82％～93．06％與曾的試驗(yàn)結(jié)果比擬吻合，這反映出，出砂口的移動(dòng)速度對(duì)砂土穩(wěn)定相對(duì)密度的影響不明顯。萬方數(shù)據(jù)西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第33頁綜合以上分析，認(rèn)為砂雨法中影響相對(duì)密度的主要因素是出砂口與砂面的距離及出砂口的單孔直徑或?qū)挾取?．4驗(yàn)證試驗(yàn)3．4．1出砂口直徑(寬度)與相對(duì)密度的關(guān)系驗(yàn)證根據(jù)圖3一18中出砂口直徑(寬度)與穩(wěn)定相對(duì)密度的線性關(guān)系，假設(shè)出砂口直徑或?qū)挾葹?mm時(shí)，可制得穩(wěn)定相對(duì)密度為79．70％，因此加工制作了直徑為5mm的漏斗點(diǎn)式出砂口，如圖3．20所示，并對(duì)其流量及10．100cm落距的相對(duì)密度進(jìn)行了標(biāo)定，結(jié)果如表3-6所列。圖3-20 qb=5ram漏斗點(diǎn)式出砂口表3—6落距一相對(duì)密度試驗(yàn)結(jié)果(=5ram，漏斗點(diǎn)式出砂口)注：表中數(shù)據(jù)為模型箱中部四個(gè)標(biāo)定盒試驗(yàn)值的均值。標(biāo)定睡線如圖3．21所示。9010 20 30 lO 50 60 70 80 90 10011(淳‘-；ij圖3．21 落距一相對(duì)密度標(biāo)定曲線(q)=5rim漏斗點(diǎn)式出砂口)表3-6中試驗(yàn)數(shù)據(jù)說明，qb=5mm漏斗點(diǎn)式出砂口所制得的砂土穩(wěn)定相對(duì)密度約為萬方數(shù)據(jù)西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第34頁81．28％(70--100cm的均值)，與圖2．15中回歸計(jì)算所得數(shù)據(jù)79．70％相差1．58％，這說明出砂口直徑(寬度)是影響砂土相對(duì)密度的主要影響因素之一，并與相對(duì)密度呈線性相關(guān)。3．4．2出砂口流量對(duì)相對(duì)密度的影響驗(yàn)證圖3．16中反映出出砂口流量對(duì)砂土相對(duì)密度無明顯關(guān)聯(lián)，但由于圖中同一類型(點(diǎn)式)出砂口流量與相對(duì)密度之間呈有一定的線性相關(guān)，b=2．15mm的線性出砂口可能因出砂口類型的差異對(duì)相對(duì)密度產(chǎn)生的影響，為此根據(jù)qb=5mm漏斗出砂口所得數(shù)據(jù)可以驗(yàn)證同一類型出砂口流量對(duì)相對(duì)密度的影響，該出砂口流量標(biāo)定結(jié)果如表3．7所列。表3—7 =5ram漏斗出砂口流量標(biāo)定試驗(yàn)結(jié)果將qb=5ram出砂口的流量參加到圖3．16后的結(jié)果如圖3．22所示?！?095童言90(j 1 1 3 l 6禹盼¨流砒q／kg·ntili^圖3-22流量與相對(duì)密度關(guān)系曲線由圖3．22可知，出砂口流量與砂土相對(duì)密度之間并有明顯的規(guī)律，因此可認(rèn)為出砂口流量對(duì)砂土相對(duì)密度無明顯影響。3．4．3目標(biāo)相對(duì)密度試驗(yàn)驗(yàn)證驗(yàn)證試驗(yàn)中要求，按設(shè)定的目標(biāo)相對(duì)密度55％和75％，查落距一相對(duì)密度的關(guān)系曲線進(jìn)行重復(fù)性試驗(yàn)，根據(jù)所做的五個(gè)出砂口的落距一相對(duì)密度曲線(圖3．15)及回歸的公式，得到目標(biāo)相對(duì)密度所對(duì)應(yīng)的五種出砂口的落距，如表3—8所列。萬方數(shù)據(jù)西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第35頁注：b=2．15mm的線式出砂口的值是根據(jù)圖2．12e)中落距為10cm、20cm對(duì)應(yīng)的Dr線性內(nèi)插得出，其他出砂15根據(jù)回歸公式計(jì)算得出?？紤]到試驗(yàn)的可操作性以及小落距對(duì)相對(duì)密度的影響比擬大，驗(yàn)證試驗(yàn)盡量選擇較大落距，因此目標(biāo)相對(duì)密度為55％和75％時(shí)，選擇qD=4mm漏斗點(diǎn)式和b=3．23mm一線點(diǎn)式出砂口進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，標(biāo)定盒按圖1．8布置，以模型箱中部的四個(gè)標(biāo)定盒所測(cè)相對(duì)密度為準(zhǔn)，每灑完45kg砂(大致相當(dāng)于15cm厚)并刷平砂面后布設(shè)一層標(biāo)定盒，共布設(shè)3層，砂土裝滿模型箱，如圖3—23所示，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3-9所列。a)刮平后的砂面 b)取上層標(biāo)定盒圖3—23驗(yàn)證試驗(yàn)照片萬方數(shù)據(jù)西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第36頁表3-9模型箱中部砂土均值Dr注：表中實(shí)際Dr為模型箱中部標(biāo)定盒均值。由表3．4可知，根據(jù)圖3—15中=4ram漏斗點(diǎn)式出砂口和b=3．23mm一線點(diǎn)式出砂口的回歸方程得到的目標(biāo)相對(duì)密度的對(duì)應(yīng)落距，實(shí)際試驗(yàn)得到的相對(duì)密度與目標(biāo)相對(duì)密度根本吻合，實(shí)際相對(duì)密度與目標(biāo)相對(duì)密度最大相差一2．74％，最小相差0．25％，表明了砂雨法制備砂土模型是根本可靠的；與此同時(shí)，易發(fā)現(xiàn)一線點(diǎn)式出砂口在驗(yàn)證試驗(yàn)中表現(xiàn)出更穩(wěn)定的效果，可以初步認(rèn)為一線點(diǎn)式出砂口優(yōu)于漏斗點(diǎn)式出砂口，但具體結(jié)論尚需做進(jìn)一步的研究。根據(jù)表3—2，3．3可得到砂土相對(duì)密度的平面與空間分布情況，如圖3-24～3—25所不。807060o50，1030pl珀 陽邊 ；{·＆{；a1①---4mm80_261墨～盤181032萬方數(shù)據(jù)西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第37頁b)b=3．23mm圖3—24砂土相對(duì)密度的平面分布80_O60 黧擒。*謄8i|擗。。。jO1030tp垡 I．上a)中=4ram80701IHH陸標(biāo)巧瓣∞尊 四毆中四四中角邊部角邊鄱。。、廣．。kr臣葉標(biāo)廿潞o501030線j，； tl‘jz； HZb)b=3．23mm圖3-25砂土相對(duì)密度空間分布由圖3．24可知，在模型箱的不同部位，相對(duì)密度分布是不均勻的，具體表現(xiàn)為模型箱四角處相對(duì)密度最小，四邊處次之，中部最大。其中，=4ram出砂口，當(dāng)目標(biāo)相對(duì)密度為55％時(shí)，四邊處相對(duì)密度較四角處大約5。70％，中部相對(duì)密度較四角處大約16．61％；當(dāng)目標(biāo)相對(duì)密度為75％時(shí)，四邊處相對(duì)密度較四角處大約5．41％，中部相對(duì)密度較四角處大約18．61％；b=3．23ram出砂口，當(dāng)目標(biāo)相對(duì)密度為55％時(shí)，四邊處相對(duì)密度較四角處大約3．79％，中部相對(duì)密度較四角處大約17．69％；當(dāng)目標(biāo)相對(duì)密度為75％時(shí)，四邊處相對(duì)密度較四角處大約5．41％，中部相對(duì)密度較四角處大約19．35％。由圖3—25可知，在模型箱不同深度處，其相對(duì)密度在空間上分布上亦不均勻，其中， =4mm出砂口，當(dāng)目標(biāo)相對(duì)密度為55％時(shí)，模型箱四角處底層砂土相對(duì)密度較中層大6．85％，較上層大3．19％；模型箱四邊處底層砂土相對(duì)密度較中層大0．30％，較萬方數(shù)據(jù)西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第38頁上層小5．28％：模型箱中部處底層砂土相對(duì)密度較中層大1．83％，較上層小0．79％；當(dāng)目標(biāo)相對(duì)密度為75％時(shí)，模型箱四角處底層砂土相對(duì)密度較中層大4．76％，較上層小0．34％；模型箱四邊處底層砂土相對(duì)密度較中層小4．70％，較上層小7．18％；模型箱中部處底層砂土相對(duì)密度較中層大0．81％，較上層小0．79％。b=3．23mm出砂口，當(dāng)目標(biāo)相對(duì)密度為55％時(shí)，模型箱四角處底層砂土相對(duì)密度較中層大4．91％，較上層小2．36％；模型箱四邊處底層砂土相對(duì)密度較中層大1．32％，較上層大1．23％：模型箱中部處底層砂土相對(duì)密度較中層大4．32％，較上層小O．13％；當(dāng)目標(biāo)相對(duì)密度為75％時(shí)，模型箱四角處底層砂土相對(duì)密度較中層大9．02％，較上層大6．78％：模型箱四邊處底層砂土相對(duì)密度較中層小1．60％，較上層小2．53％；模型箱中部處底層砂土相對(duì)密度較中層大2．49％，較上層小1．18％。3．5本章小結(jié)通過對(duì)漏斗點(diǎn)式、一線點(diǎn)式及線式共五個(gè)出砂口的落距一相對(duì)密度標(biāo)定試驗(yàn)及兩個(gè)驗(yàn)證試驗(yàn)，可以得出以下結(jié)論：1、砂土相對(duì)密度Dr隨出砂口與砂面的高度的增大而增大，但增長(zhǎng)速率逐漸減小。定義某一落距下砂土相對(duì)密度Dr與前一落距下的Dr之差與前一落距下Dr的百分比K為增長(zhǎng)速率，， =2ram漏斗點(diǎn)式出砂口，K值分別為0．62％、1．12％、1．11％和0．22％：qD=4mm漏斗點(diǎn)式出砂口，當(dāng)K值分別為0．59％、0。93％、3．39％和．0．03％；b=1．90ram一線點(diǎn)式出砂口，K值分別為．0．20％、0．74％、一0．09％和1．06％；b=3．23mm一線點(diǎn)式出砂口，K值分別為4．91％、2．27％、1．79％和1．89％；b=2．15mm線式出砂口，K值分別為．0．20％、O．74％、一0．09％和1．06％；當(dāng)落距為70"-'100cm時(shí)，增長(zhǎng)速率K值根本位于±2％，該落距范圍內(nèi)砂土相對(duì)密