《止砂措施》由会员分享，可在线阅读，更多相关《止砂措施（15页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、武汉理工大学博士学位论文 土压力作用下位移在无侧摩擦阻力条件下的自由移动。 .42.1.2 止砂措施 但是,上述方法无疑使支护结构模型板与模型箱之间留有一条缝隙,处理 不好,可能会形成试验砂的流动通道。本文在模型板侧边缘贴上止砂条带(或 称止砂膜),巧妙地运用试验砂自身的重量压紧止砂条带,使其紧贴模型箱壁, 从而将缝隙堵住,很好地阻止了开挖侧漏砂现象的发生。成功地解决了以往的 模型试验中一直没有得到很好解决的无侧摩擦阻力的要求与止砂的矛盾问题。 使得模型试验能够顺利实现。 因此,本试验装置较好地解决了支护结构在无侧摩擦阻力条件下的自由移 动与止砂的问题。 .42.3 试验仪器 本试验中所使用的
2、仪器主要有: DH3815N 应变测试系统;笔记型电脑; 10 个 CYGOS 巧微型高频土压力传感器; 英国 ELE 公司 EL35 一 2520/2505 裂缝测试仪: 技术指标:(测试范围:4 一 100MM,分辩率:0.01 刚:) 4 条止砂膜; 黑色试验砂(做砂线用); 百分表和磁性表夹; PVC 小方垫块(共四块,尺寸根据不同使用位置有所不同)、铝槽(5 根)、 支撑木条(共 10 根,每根长约 2.85cm); 中央作点标记方形白色泡沫块(9 个);取砂碗、砂桶、钢卷尺、记号笔等。 4.2.4 砂样 本模型试验中选用福建标准砂。主要物理力学参数见下表 4.1 所示。 表.41
3、试验砂参数 类类别别内摩擦角角土粒粒重度 rrr 颗粒组成成 小小小(“)比重 dsss(Nkm/3).222222222220 一. 05r 口 nlll0.5 一 0.25mmmm0.25 一 0.lrn 们。 。0.1 们 n 们几几 数数值值 31.8882.643331760008.33355.88818.6661.73 武汉理工大学博士学位论文 作完成(详见第 2 章)。 开挖过程中的土压力的变化测量,采用 CYG0515 微型高频土压力传感器(详 见第 3 章)。 422 模型板的减摩和止砂措施 深基坑室内模型试验实际上是将原位的平面应变问题转化为平面应力问 题。那么,如何在室内
4、模型试验时实现平面应力问题的剪应力 T:为零的边界条 件,就是要减小试验砂样、支护结构模型板与模型箱之间的摩擦,最大限度地 达到无摩阻力移动。这个问题是个非常重要和关键的问题,也是深基坑室内模 型试验的难题之一,在以往的模型试验一直没有得到很好解决。 为了便于试验观测,同时也尽量达到减小试验砂样与模型箱之间滑动摩擦 力的目的,本试验装置与其他模型试验类似,模型箱四周均采用光滑、透明的 钢化夹胶玻璃制成。 但是,以往难以达到的是如何减小支护结构模型板与模型箱之间的滑动摩擦。这是因为:难于准确控制模型板与模型箱间的缝隙,如果这两者间的缝隙 过小,则势必产生较大的摩擦力,从而影响模型板的位移自由发生
5、;但是,相 反如果缝隙过大,虽然有利于减小摩擦力,但却会给止砂带来难题。因此,这 模型板侧与模型箱之间的减摩擦力与止砂两者就成为是互为关联的,互相影响 的一对矛盾。因此,在室内模型试验中,能否有效减小支护结构和模型箱壁的 摩擦以及防止支护结构两侧发生流砂是两个非常关键的问题。 .4.2LI 减摩装置 为了更加有效地减小支护结构模型板与 模型箱之间的摩擦,采取了避免支护结构模 型板侧边直接与模型箱壁板发生面与面的 接触的办法,在支护结构模型板的侧边安装 了六个弹簧滚珠构件,力量适中的弹簧确保 了支护结构模型板与模型箱之间的有效接 触,而支护结构模型板侧内镶嵌的滚珠在模 型箱壁的滑动大大减小了二者
6、间的摩擦阻 力(图 4.2),从而较好的满足了支护结构在图 4.2 减摩装置止砂措施 武汉理工大学博士学位论文 无加载试验是将土体装满模型箱后直接开挖,此时不仅可以测得支护侧土体自 身重力对模型板产生的土压力和土体内部位移,而且便于测量支护侧地表面的 竖向沉降位移。 支护结构模型有悬臂式板桩墙支护模型、锚杆一板桩墙支护模型、土钉支 护模型、各类支撑支护模型等。其中,悬臂式板桩墙支护模型能够最容易、最 直观地反映土压力和土体内部位移等规律。 本章主要介绍悬臂式板桩墙支护模型的室内模型试验的方法、步骤和内容, 并对试验结果分析。 .42 试验装置、仪器、砂样 421 试验装置 试验装置主要包括试验
7、架、模型箱、板桩墙模型等,试验架又包括电动砂 样提升装置、反力装置、试验平台等系统(图 4.1)。试验装置由自行设计并制 图 4.1 试验装置 第 4 章悬臂式板桩墙支护模型的室内试验及结果 .41 概述 现代城市中深基坑工程常处于密集的既有建筑物、道路桥梁、地下管线、 地铁隧道或人防工程的近旁,虽属临时性工程,但其技术复杂性却远甚于永久 性的基础结构或上部结构,稍有不慎,不仅将危及基坑本身安全,而且会殃及 临近的建(构)筑物、道路桥梁和各种地下设施,造成巨大损失。从另一方面 讲,深基坑工程设计需以开挖施工时的诸多技术参数为依据,但开挖施工过程 中往往会引起支护结构内力和位移以及基坑内外土体变
8、形发生种种意外变化, 传统的设计方法难以事先设定或事后处理。有鉴于此,人们不断总结实践经验, 针对深基坑工程,通过大量的工程实测和室内模型试验来研究基坑支护各方面 的问题。 目前,国内外己经进行过过的基坑开挖的室内模型试验研究,其一般的做 法都是在模型箱内安装特定的支护结构模型,然后填入具有不同物理力学性质 的砂或土,再按不同的施工条件和工况条件等特点进行模拟开挖,同时利用相关仪器测量土体和支护结构的位移及支护结构上变形和力的变化情况。这种方 法看起来很简单,但不同试验在实际操作过程中却又千差万别,使用的模型箱 尺寸更是大小不一5 凡,因而所得到的结果也不尽相同。 在以往的模型试验中,选择的介
9、质多为砂性土或粘性土,其中砂性土易于 控制,因而以砂为介质所做的模型试验研究最多。 按是否加载又可分为有加载试验和无加载试验。有加载试验是指在试验过 程中对支护侧土体施加一定的外部荷载值,加载的试验装置多种多样,加载的 方式又可分为一次性加载和分级加载,一次性加载是在开挖前一次性的对支护 侧土体施加一定的荷载,其实这种情况相当于增加了支护侧土体的高度也即在 开挖前就给基坑增加了一定的深度,开始开挖时实际上是在一定的基坑深度下 继续开挖,分级加载则是分别在开挖前和开挖过程中分几次对支护侧地表施加 各级荷载,此时等同于对基坑进行了分段开挖。加载试验可以弥补模型箱高度 较小的不足,能够研究在较大荷载
10、作用下支护结构上的压力和位移变化情况。 但是,有加载情况下的试验,首先是加载手段复杂,荷载会受到支护侧地表位 移变化的影响,另外,一般无法得到精确的支护侧地表面各点的沉降变化规律。 武汉理工大学博士学位论文 .43 试验内容与步骤 4:3 试验内容 研究悬臂式板桩墙支护模型在基坑模拟开挖过程中支护侧土体位移和模型 板的位移及土压力的变化情况,在本模型试验中,拟得到以下试验数据和关系 曲线: (1).测试模拟开挖过程中支护结构主动侧和被动侧土压力数值,得到主 土压力随开挖深度的变化曲线; (2).测量支护结构(模型板)顶端水平位移,得出支护结构(模型板) 顶端水平位移随基坑不同开挖深度的变化曲线
11、; (3) .测量支护侧地表面在不同开挖深度时的垂直位移,支护侧地表面在 不同开挖深度时的垂直位移变化曲线; (4).测量支护侧地表面在不同开挖深度时的水平位移,支护侧地表面在 不同开挖深度时的水平位移变化曲线; (5).观测支护侧内部土体不同位置处的各测点在基坑不同开挖深度时的 位移情况; (6).观测支护侧内部土体在三个不同深度处,在基坑不同开挖深度时的 砂线变化情况; (7).分析开挖过程中支护侧土体位移变形情况,探讨支护侧土体在基坑 开挖过程中的变形规律。 43.2 试验步骤 .4321 模型板的安装 清理干净箱内的杂物后,将己经制作完成好了的模型板放置于箱内准确位 置。模型板垂直定位
12、时,可在板底临时垫一块三棱柱形木垫块,使其顶端与模 型箱顶平齐。然后将模型板在水平方向准确扶正,使板侧边缘与玻璃上的直线 对齐。 模型板放置于箱内准确定位后,必须将固定模型板与止砂膜的定位与铺设同时进行。将板边缘止砂膜嫩平,紧贴模型箱玻璃壁,二者间绝对不得有砂粒 存在,止砂膜外露部分与板面成 90“直角。 取两根铝槽,分别压住模型板一边的两条止砂膜,铝槽宽边方向大约三分 武汉理工大学博士学位论文 装砂过程 中应将支撑铝 槽用的小木从 下往上逐一轻 轻取出,取出 时切忌碰动模 型板及的板上 止砂膜,确保 试验用砂的自 重能够顺利实 现取代支撑小 木条将铝槽与 模型箱壁无缝 隙压紧。 理廷汁四寸一
13、鳖尸今_一模型板 MlMZM3AIII,甲甲甲 担担渺 M。M。 ” ”匕.-一-一甲一一 ,卜甲甲 第第二道砂线线 尹尹 7Ms 严 9 助助 刹彭 .。 乞 . 1图.44 土内位移侧点位里及编号(单位:) 当砂装入合适高 度时,可将砂表面用 羊毛刷抹后平压实, 箱壁处可以用压条稍 加压实。 沿着箱壁分别撒 上三层薄的黑砂,形 成一条黑色的砂线, 每层在砂线上方用方 形白色塑料膜布置三 个测点,并记录这三个测点在箱壁上的位,J,.,、 。认,品让州土一曰二图.45 模型箱及砂线 置,然后继续装砂。 在本试验中共做了三 道砂线,分别位于模型箱 10cm、25cm 和 40cm 的深度处,其中
14、每道砂线上方又 布置三个测点(测点定位及编号如图.44 所示),装砂完成后的砂线如图.45 所 不。 武汉理工大学博士学位论文 4:3.24 安装百分表 本实验采用百分表来量测模型板顶端的水平位移和支护侧地表面的水平位 移和竖向位移。其中板顶端水平位移使用一个百分表进行测量,地表面竖向位 图.46 百分表安装位置及编号(单位:) 移则布置了四个测点,这些测点离板顶端水平距离分别是 4cm、24cm、44cm 和 64mc。将百分表校准调整后用磁性表夹固定 于相应的测点处(如图.46 所示),并记录初 始读数。 .43:2 模拟开挖 上述步骤完成后,即可以进行模拟开 挖。开挖前宜再一次检查百分表
15、接触是否良 好,并读取百分表初始读数,同时还要检查、 读取开挖前的土压力读数,这时候模型板二 侧为静止土压力。 然后进行开挖。注意,在取砂的过程中, 一定要避免碰触模型箱、模型板和两根铝 图.47 开挖模型 武汉理工大学博士学位论文 槽。小心地分层将开挖侧的砂取出(如图.47 所示)。 模拟开挖分阶段进行,在本实验中最后确定共分五个阶段开挖,第一阶段 挖至 25Omm 深处,以后各个阶段的开挖深度分别是 325mm、 刃 mm、450nlm 和 SO0mm。在每一阶段开挖完毕时,应将开挖侧的砂重新抹平、压实后,记录 百分表和土压力传感器的读数。 .44 室内模型试验结果及分析 依据上述实验步骤
16、,运用试验砂进行悬臂式板桩墙支护模型基坑开挖的试 验,试验所得的结果及分析如下。 441 位移 随着开挖深度的增加, 基坑内外侧地面高差不断增 大,当挖到一定深度后,基 坑内外侧地面高差所产生的 主动和被动土压力差的作 用,将会使支护体系内外侧 的土体产生向基坑内的移动 (或转动),即:支护侧地表 和地表下土体产生沉降和水 平位移(如图.48 所示),同时基坑底产生向上的塑性隆 一一二二、一一二图.48 模型试验的地表沉降起,在基坑周围产生较大的例沐料附 一 塑性区。 .4.41.1 垂直位移 基坑开挖过程中及后开挖破坏后的地表面垂直位移如图.49 所示。从图.49 中可以看出: 距离模型板越近处地表面的垂直位移越大,其中离板最近的一个测点 V4, 开挖完毕时最大垂直位移达 5.4288mm,占基坑开挖总深度的 10.66%:离板较 远处位移逐渐减小,从图中可以看出离板 50cm
