透明沉陷土体中的管-土变形可视化试验系统研制

为实现沉陷土体中管周土内部的变形可视化,设计了透明沉陷土体中的管-土变形可视化试验系统,并开展了相应试验研究。以玻璃砂作为固体颗粒材料,以正十二烷和十五号白油质量比为1∶3.5的孔隙液合成试验用透明土,制作了由透明土箱、砂箱和底座3部分组成的模型箱,采用漏砂控制实现了土体沉陷。试验中利用激光照射透明土形成散斑场切面,通过CCD数字相机连续获取沉陷过程中的切面图像,采用PIV技术对土体变形前后的散斑场切面进行分析,得到了沉陷过程中管周土体的完整位移场。试验系统实现了沉陷过程中的管-土变形的可视化,得到了管周土体的完整位移场;管道顶部2~3倍管径内形成了明显的土拱现象,管道上部土体在沉陷过程中产生了向管道两侧"绕流"的现象,管道下侧土体存在较大的下沉位移并逐渐与管道脱离,管道失去下部土体支撑,导致管道挠曲变形增加,附加应力急增。本文研制的可视化试验系统为研究沉陷影响下的管-土相互作用机理提供了新的研究方法,为地下结构与土相互作用模型试验研究提供了新思路。