【摘要】：大連某機(jī)場在原機(jī)場基礎(chǔ)上填海造地?cái)U(kuò)建而成,主要由軟土地基、護(hù)岸、跑道區(qū)和填筑區(qū)等幾個(gè)部分組成。根據(jù)地質(zhì)勘測資料顯示,該工程所在位置軟土地基相對較厚,因此難以采用大開挖的方式將軟土地基全部清除,工程設(shè)計(jì)時(shí)采用打設(shè)塑料排水板的措施加快軟土地基的排水固結(jié)進(jìn)程。因此,如何采取科學(xué)有效的方法對設(shè)計(jì)方案提出的采用塑料排水板處理軟基后地基最終沉降進(jìn)行預(yù)測以及對運(yùn)行期間軟土地基中超靜孔隙水壓力消散情況進(jìn)行模擬,對該機(jī)場的建設(shè)與運(yùn)行至關(guān)重要。土工離心機(jī)利用離心力場和重力場相似的原理,同時(shí)考慮土工材料的非線性和自重應(yīng)力對土工結(jié)構(gòu)物的影響,使模型中各點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)與原型一一對應(yīng),從而滿足各類物理?xiàng)l件的相似性。采用離心模擬方法研究土體固結(jié)問題時(shí),若模型與原型采用相同土體,根據(jù)相似比尺,模型中孔隙水壓力消散時(shí)間為原型的1/N2,利用這一特點(diǎn),可以在實(shí)驗(yàn)室條件下模擬土體在較長時(shí)段的固結(jié)過程。本文以大連某填海擴(kuò)建機(jī)場工程為背景,采用離心模擬方法對塑料排水板處理軟土地基及支撐機(jī)場跑道的海堤進(jìn)行了試驗(yàn)研究,重點(diǎn)考慮了運(yùn)行期地基的沉降和孔隙水壓力消散情況,為工程前期論證和設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化提供參考。本論文主要介紹了以下幾方面的工作：(1)采用離心模型試驗(yàn)?zāi)M原型工程設(shè)計(jì)主斷面,模型使用的地基材料一淤泥和粉砂,直接取自于現(xiàn)場。模型中采用粉細(xì)砂模擬原型砂墊層,采用粒徑1-5mm碎石土模擬原型碎石墊層。原型海堤材料主要有開山石料和塊石,模型試驗(yàn)時(shí)采用相似級配法對原型材料縮尺。選用粒徑1-5mm的碎石土模擬原型開山石料、粒徑5-10mm的碎石土模擬原型塊石。原型采用打設(shè)塑料排水板的方法處理軟土地基,模型中則根據(jù)固結(jié)過程相似的原理,換算成等效圓截面排水體,然后在制作模型時(shí)采用透水濾芯進(jìn)行模擬。試驗(yàn)采用停機(jī)加載法模擬原型海堤分級加載的過程。(2)試驗(yàn)采用激光位移傳感器(LS)測量模型表面沉降,由于離心機(jī)吊籃和模型箱空間有限,不可能布置很多測點(diǎn)。為了克服離心模型試驗(yàn)傳統(tǒng)測量方法的缺點(diǎn),本文介紹了由中國水利水電科學(xué)研究院與德國Innowep公司聯(lián)合研發(fā)的G200光學(xué)位移測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過支架上的攝像頭獲取試驗(yàn)過程中模型表面的圖像,然后通過表面重建計(jì)算,可以獲得所測模型表面任意時(shí)刻的位移。文中對該套設(shè)備的理論背景、工作原理和操作方法進(jìn)行了詳細(xì)介紹,并在1g條件下進(jìn)行了試驗(yàn),接下來將進(jìn)一步應(yīng)用于離心模型試驗(yàn)。(3)孔隙水壓力傳感器(PPT)分別布置于模型淤泥層和粉砂層中部,用于觀測地基分級加載階段的孔隙水壓力。觀測結(jié)果顯示：孔隙水壓力在每級加載初期達(dá)到最大值,然后隨時(shí)間進(jìn)行逐漸消散。(4)根據(jù)激光位移傳感器LS1-LS3的實(shí)測數(shù)據(jù),計(jì)算得到對應(yīng)原型地基的沉降特性。運(yùn)行五年時(shí),LS1、LS2和LS3測量位置對應(yīng)原型沉降大小分別為2.01m、2.76m和2.38m。根據(jù)實(shí)測的沉降數(shù)據(jù),分別采用Asaoka法和經(jīng)驗(yàn)雙曲線法對LSl、LS2和LS3所在位置最終沉降進(jìn)行了預(yù)測,并對兩種方法的預(yù)測結(jié)果進(jìn)行了對比分析。(5)根據(jù)試驗(yàn)實(shí)測的孔隙水壓力和地基沉降,計(jì)算得出淤泥地基按孔隙水壓力計(jì)算的固結(jié)度Up及按沉降計(jì)算的固結(jié)度Us。與理論計(jì)算的平均總應(yīng)力固結(jié)度Urz進(jìn)行對比,可以得出以下結(jié)論：①根據(jù)沉降計(jì)算得到的固結(jié)度Us是淤泥層和粉砂層地基固結(jié)度的平均值,運(yùn)行初期沉降發(fā)展較快,Us大于Up和Urz；②運(yùn)行五年時(shí),根據(jù)埋設(shè)于淤泥層中部的孔隙水壓力傳感器PPT1-2觀測數(shù)據(jù),計(jì)算得到淤泥地基Up大小為95.9%,LS1觀測斷面的Us大小為98.1%,Urz大小為99.3%,試驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果相差較小,說明離心模型試驗(yàn)中采用透水濾芯模擬塑料排水板是可行的。
【學(xué)位授予單位】：中國水利水電科學(xué)研究院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TU447

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2686327