《軟土地區取土擾動理論分析及高質量取土試驗研究》是依託河海大學，由吳躍東擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：軟土地區取土擾動理論分析及高質量取土試驗研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：吳躍東
- 依託單位：河海大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
原狀取樣是岩土工程勘察中的一項基礎工作，取樣質量的高低將直接影響地質評價和岩土工程設計、施工。取土過程中土樣擾動分析在研究土體強度特性非常重要，尤其在軟土地區。以往對取土過程中的擾動研究較少。本項目重點研究目前岩土工程勘察中的原狀土取樣過程產生的擾動和取土器的改進等內容，將採用理論研究、透明土試驗和模型試驗等研究方法。在理論研究中，分別將對取土器貫入過程中土體附加應力分布計算及取土過程中的擾動理論進行研究；在試驗研究中，將通過結合模型試驗，對取土過程中水氣運移機理研究，引入透明土試驗技術，將研製一種動態擾動變形測量的透明土模型試驗裝置及數據採集系統，並套用於本項目取土器內部土體擾動變形的研究。通過對現有薄壁取土器進行改進，取得高質量的、更好反映土體力學性質的原狀土樣。本項目實現高質量取樣的目標，不僅會對土體擾動理論的研究有科學意義，而且對我國透明土試驗技術的發展和完善也將起到積極推動意義。
結題摘要
原狀土取樣質量的高低將直接影響地質評價和岩土工程設計、施工，尤其在軟土地區的取土擾動分析對研究土體強度特性非常重要。採用理論研究、模型試驗和透明土試驗等方法，本項目重點研究了原狀土取樣過程產生的擾動和取土器的改進等內容：（1）基於圓孔擴張理論和採用應力函式解修正地表應力的方法，得到了半無限土體中取土貫入引起的位移解和應變解，擾動大小主要與取土器的徑厚比、長徑比和刃角等參數有關；（2）基於粒子圖像測速（PIV）技術，分別在乾砂、飽和砂和黏土中開展了半模取土器貫入室內模型試驗，獲得了不同取土器尺寸、密實度等條件下取土貫入引起的土體擾動變形場和剪下應變帶分布特性。增大取土器內徑能有效減小管內土體壓縮變形，增大壁厚只會明顯增大管外土體的擾動變形；管內橫截面不同部位的土體變形規律基本一致，隨著與管壁距離的增大而減小。松砂中的側壁邊緣擾動變形較大，影響範圍在1/4-1/2倍取土器半徑；由於密砂的密實度較高，不同部位土體變形差異較小，土體剪下變形影響範圍較小；（3）基於透明土試驗技術，自製了一套動態擾動變形測量的透明土模型試驗裝置及數據採集系統。貫入過程中的刃腳擠土效應顯著，土體總體上呈現隆起變形。增大取土貫入速率可以減小土體所受外部擾動的時間，從而有效減小擾動變形；（4）利用PIV三維技術獲得了取土貫入過程中土體表面的三維變形場，發現周邊擾動土體產生對稱分布的隆起變形，隨著與取土器距離的增大而不斷衰減，其影響範圍約為0.5倍取土器半徑，且主要集中在淺層貫入深度內；（5）通過對現有薄壁取土器的結構改進，內外管的雙層設計提高了管體剛度，內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，多個現場工程的套用表明其能夠取得更好反映土體力學性質的高質量原狀土樣。研究成果不僅對土體擾動理論的研究具有科學意義，而且對我國透明土試驗技術的發展和完善也起到了積極的推動意義，實現了通過高質量取樣為施工設計提供科學準確的工程參數。
