1模型试验-水利水运工程学报.doc

钻井船插拔桩对临近桩影响的模型试验 田兆丰，王建华 (1:天津大学 水利工程仿真与安全国家重点实验室，天津 300072；天津大学 岩土工程研究所，天津 300072) 摘 要：模型试验并记录土体。 关 键 词：模型试验；； 中图分类号：TU 443 文献标识码：A文章编号 实际工程中钻井船插、拔桩靴导致桩靴周围土体产生较大位移，从而引起邻近导管架平台桩基础的变形稳定性问题。国内外众多研究人员对这一问题进行了研究分析，但是大部分的工作集中在数值模拟[1-4]方面。在模型试验方面，吴永韧Siciliano[6]、Craig[7]和Xie[8]等人进行了相关的离心模型试验研究，综合来说能在插拔桩过程中同时对土体位移和桩身内力和变形进行研究的相关模型试验较少，有待进一步进行研究分析。 土工模型试验是问题的重要手段并记录土体。 模型试验 1.1 试验所用土箱及土层 试验所用土箱尺寸为：长1.2、宽1、高1.2。黏土厚900mm，物理指标表。在试验开始前对土箱中土体不排水剪强度进行了测量。表 模型试验土体物性指标 Table Index of physical property of soil 含水率（%） 天然重度（KN/m3） 液限（%） 塑限（%） 塑性指数 42 17.88 44.44 27.01 17.43 .2 模型试验装置及安装 试验中选用内径10mm，外径12.4mm，长1100mm的铝合金管材制作临近桩模型。 (a) 剖面图(单位：mm) （b）平面图(单位：mm) 图 设备安装布置Fig.2 Layout of test equipment installation 该实验所用桩靴模型截面为圆形，其最大直径D为180mm，如图2、3所示。试验中需要通过加载装置将桩靴竖直插入试验土体中，试验所用加载机构为伺服控制系统，主要包括：计算机、波形发生器、伺服控制器、伺服电机及与之连接的电动缸，所用电动缸行程为500mm。电动缸通过加载架竖直安装在试验土箱上，如图3所示。电动缸出杆通过连接件与桩靴相连，试验过程中使用计算机运行编制好的程序，控制桩靴插拔及插桩阻力及桩靴深度采集。 试验中插桩速率恒定，为0.1mm/s，同时也对桩靴的深度进行了监测。采用拉杆式位移传感器，其量程为550mm，将其竖直固定在电动缸一侧，制作连接件使其出杆与电动缸出杆连接，如图3所示。为了测量插拔桩靴过程中阻力，在桩靴连接杆和电动缸加载杆之间安装力传感器，如图3所示。 在钻井船插桩试验中，桩靴竖直向下逐渐贯入土体内部，在过程中，桩靴挤压土体，使桩靴周围土体向外及向下运动。位移测量系统主要包括：测量单元线竖直安装在土体中，桩靴插入土体测量单元逐渐倾斜工作如图所示 (a) 传感器及模型安装布置图 (b) 加载系统及数据采集系统安装布置图 图3试验设备安装布置实物图 Fig.3 Photos of test equipment installation 测量装置核心构件为8个测量单元，从底部到顶部依次编号为1号到8号，量单元之间通过铰接钉相连，保证相邻单元之间可以灵活转动。由于设备最底端楔形端头固定，楔形端头与号测量单元铰接处为计算土体水平位移的零点从最底端的号测量单元开始计算，号测量单元测角度变化值转化为弧度变化值后，与两铰接钉之间的距离（100mm）相乘，即可得到号与号测量单元铰接处水平位移，试验中认为铰接处位移即为该土体水平位移；相同方法计算号与号测量单元铰接处相对水平位移后，与上一铰接处水平位移相加可得该位置实际水平位移；类推，所有铰接位置处土体水平位移，不同深度处土体位移。 图4 土体位移测量装置实物图 图 土体位移测量装置工作示意图 Fig.oil displacement measuring equipment Fig.5 Diagram of soil displacement measuring equipment during working condition 在试验过程中土体桩靴径向位移，设备安装时保证设备转动方向与桩靴径向相一致待测位置，使用压杆将压入土体中机电百分表测量插桩试验过程中桩头的水平位移加载所用电动缸通过加载架竖直安装，电动缸出杆连接力传感器后模型桩靴，。 模型试验过程 模型试验具体过程[10]：（1）试验所用模型桩及土体位移测量装置安装完成后，经过4天土体恢