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地溝風(fēng)機(jī)LSR-WD50mm邊坡變形破壞離心機(jī)模型試驗(yàn)研究

LSR-WD型三葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)性能表(電機(jī)直聯(lián))
(1 2 3 4 5 6 7 8 9) 型 號(hào)
口 徑轉(zhuǎn) 速
n r/min升 壓△P進(jìn)口流量
Q m3/min軸功率
Kw配套電機(jī)(380V)KpammH2O型 號(hào)功 率KwLSR-WD
50mm14509.810001.600.46Y802-40.7519.620001.380.79Y90S-41.129.430001.181.1 4 Y90L-41.539.240001.031.48Y100L1-42.24950000.881.80Y100L1-42.258.860000.762.16Y100L1-42.2LSR-WD
65mm14509.810002.830.69Y90S-41.119.620002.601.26Y90L-41.529.430002.391.85Y100L1-42.239.240002.122.41Y100L2-434950002.03
概述
關(guān)于離心模型試驗(yàn)原理和邊坡穩(wěn)定性模型試驗(yàn)的相似律,文獻(xiàn)中分別從不同的角度進(jìn)行了比較詳細(xì)的論述,并指出在離心機(jī)模型中,由于慣性力場(chǎng)的作用,使模型的容重增大n倍,就可使離心模型達(dá)到與原型相同的應(yīng)力變形狀態(tài),使兩者的塑性區(qū)域發(fā)展及其破壞過程保持相似,從而得出離心模型的邊坡的安全系數(shù)與原型完全相等,模型反映了原型的真實(shí)情況。由于離心模型滿足了重力相似條件,而常規(guī)模型則不能,這對(duì)研究以自重為主要受力的邊坡工程問題具有重要意義。本文針對(duì)某堤防工程,利用離心機(jī)模型試驗(yàn),進(jìn)行施工期及運(yùn)行期水位驟降時(shí)邊坡變形穩(wěn)定特性研究,并進(jìn)行了理論計(jì)算與分析。
1試驗(yàn)研究
1.1試驗(yàn)簡(jiǎn)介
模型試驗(yàn)是在南京水利科學(xué)研究院400g.t大型離心機(jī)進(jìn)行的,模型箱的尺寸為:1100mm(長(zhǎng))×550mm(高)×400mm(寬),為了模擬水位升降,設(shè)計(jì)安裝了水位控制工程,水位動(dòng)態(tài)變化由水位傳感器通過數(shù)據(jù)采集工程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和記錄。根據(jù)模型箱與原型的幾何尺寸設(shè)定模型相似比為n=60。

選用從現(xiàn)場(chǎng)選取的代表性土料進(jìn)行模型制備,摔制性土層分堤身粘土、3一la軟土層和3一lb粘土層,進(jìn)行分層壓實(shí)并控制密度和強(qiáng)度指標(biāo)與原型盡可能相同。模型各土層主要物理力學(xué)特性指標(biāo)見表1,模型布置圖見圖1,2。同時(shí)在模型剖而卜布置變形測(cè)量網(wǎng)格,通過閉路電視邊坡變形,并存模型表面中心線上安裝激光位移傳感器(見圖中Sl~s5),測(cè)量邊坡表面的沉降變形過程,移傳感器的分辨牢為2Oμm(見圖1和圖2)。

1.2試驗(yàn)?zāi)M技術(shù)
試驗(yàn)?zāi)M技術(shù)可參考文獻(xiàn),這里僅對(duì)有關(guān)方法或原理簡(jiǎn)單介紹:
(1)竣工期模擬:填筑過程按固結(jié)問題進(jìn)行處理,模型模擬施工過程的運(yùn)行時(shí)間為:tm=tp/n2
(tm為模型運(yùn)行時(shí)間,tp為實(shí)際施工完成時(shí)問,n為相似比),按照上述原理施加加速度速率,并在tm時(shí)刻達(dá)到設(shè)計(jì)加速度ng,此時(shí)模型的變形特性相當(dāng)于原型竣工期狀況。
(2)蓄水和水位驟降模擬:存竣上期模擬結(jié)束后,保持模型運(yùn)行的加速度不變,開始蓄水,達(dá)到高洪水位后繼續(xù)運(yùn)行使堤防充分浸泡,然后通過水位控制工程進(jìn)行水位驟降模擬,蓄水與水位驟降過程按固結(jié)與滲透問題考慮,模型模擬蓄水和水位驟降的運(yùn)行時(shí)間為tm=tp/n2進(jìn)行設(shè)定(tm為模型運(yùn)行時(shí)間,tp為原型實(shí)際時(shí)間)。


2.1施工期邊坡變形破壞特性
圖3給出了模型BMI表面5個(gè)沉降測(cè)點(diǎn)處的沉降隨堤身填筑高度的變化曲線,可以發(fā)現(xiàn)各點(diǎn)的表面沉降隨填筑升高而增加,其中位于堤頂測(cè)點(diǎn)sl記錄的沉降最大,當(dāng)填筑至設(shè)計(jì)高度時(shí),該測(cè)點(diǎn)沉降讀數(shù)為90cm,當(dāng)進(jìn)行破壞性試驗(yàn)時(shí),堤頂?shù)某两狄恢崩^續(xù)增加,但在位于上坡坡腳處的測(cè)點(diǎn)s2和下坡坡腳處的測(cè)點(diǎn)s4的沉降開始增加,到一定程度后丌始減小,即兩坡腳處發(fā)生隆起,表明堤防有失穩(wěn)的跡象。表2給出了破壞性試驗(yàn)加速度值與堤頂sl、s2、s4沉降速率的關(guān)系。由曲線上的特征隆起點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)沉降速率可以確定堤防邊坡破壞臨界加速度約為77~80.0g,取小值得到竣工時(shí)邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)約為1.28。
根據(jù)模型剖面位移網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)變化所繪制的矢量圖見圖4,圖中同時(shí)標(biāo)出坡項(xiàng)附近出現(xiàn)的裂縫位置和失穩(wěn)破壞時(shí)的滑弧。可以發(fā)現(xiàn),滑動(dòng)破壞面基本成圓弧狀,并切入到軟弱地基層(3一la)中。

2.2水位驟降期邊坡變形破壞特性
圖5是水位驟降期模型BM2表面5個(gè)測(cè)點(diǎn)處的沉降讀數(shù)、堤身填筑高度和水位變化過程的水深與所模擬的原型時(shí)問變化過程曲線。在施工期,沉降總的發(fā)展趨勢(shì)仍是隨堤身升高而增加,位于堤頂?shù)膕l和s5測(cè)點(diǎn)沉降最大,當(dāng)?shù)躺硖钪猎O(shè)計(jì)高度時(shí),兩測(cè)點(diǎn)沉降讀數(shù)分別為97和108cm。在模型的竣工期結(jié)束后,即開始了蓄水和水位驟降的模擬,此時(shí)保持模型的離心加速度不變,可以看出Sl和s5在此階段的沉降速率明顯較為緩慢。由于測(cè)點(diǎn)s2、s3和s4在浸水淹沒期問,激光位移傳感器因水體反射的干擾無法給出它們正確的讀數(shù),直到水位驟降后,激光位移傳感器才給出正確的位移測(cè)量讀數(shù),蓄水前與水位驟降后的傳感器測(cè)讀結(jié)果表明在這一過程中這些測(cè)點(diǎn)的沉降值也是變大的。
當(dāng)水位最高漲至洪水位4.5m時(shí),保持這一水位使堤防充分浸泡飽和,然后進(jìn)行水位驟降模擬,水位驟降幅度為3.5m。表3給出了位于堤項(xiàng)的sI、s5和位于上坡坡腳測(cè)點(diǎn)s2在破壞性試驗(yàn)中的沉降速率及其對(duì)應(yīng)加速度值,由沉降曲線和沉降速率特征值可以確定水位驟降期模型破壞l臨界加速度為75-80g,取小值得到邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)為1.25。


根據(jù)模型剖面位移網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)變化所繪制的矢量圖見圖6,圖中同時(shí)標(biāo)出了變形前后的表面輪廓線、坡頂附近所形成的裂縫所在位置和滑弧。從圖中可以看到,迎水一側(cè)邊坡體中發(fā)生的水平位移量最大,尤其是最高水位線以下上坡部分因水平側(cè)向位移而明顯向外鼓出,可以判定,這部分坡體構(gòu)成了破壞失穩(wěn)時(shí)的滑動(dòng)體。
2.3兩種工況下邊坡變形破壞特性
由于離心模型土體主要根據(jù)原型地基與堤身的強(qiáng)度進(jìn)行模擬控制,因此,獲取的邊坡變形破壞特征是可靠的。邊坡變形破壞離心模型試驗(yàn)表明,當(dāng)?shù)谭肋吰碌耐馏w出現(xiàn)較大變形后,邊坡才會(huì)出現(xiàn)破壞,邊坡出現(xiàn)破壞時(shí)坡頂?shù)某两邓俾蕰?huì)突然變大,坡腳隆起伴隨明顯的側(cè)向位移,并在堤頂出現(xiàn)拉裂隙,邊坡變形破壞表現(xiàn)為漸進(jìn)變形到突變破壞的過程。
竣工期堤防邊坡的變形破壞特征明顯不同于水位驟降時(shí)的狀況,竣工期邊坡的變形破壞的滑弧已切入到地基內(nèi),表現(xiàn)為深層變形破壞,而水位驟降的滑弧則未切入到地基內(nèi)表現(xiàn)為淺層變形破壞,這兩種變形破壞特征的不同對(duì)堤防的設(shè)計(jì)與防護(hù)有重要意義。
3現(xiàn)場(chǎng)穩(wěn)定計(jì)算與變形分析
3.1穩(wěn)定計(jì)算
模型模擬現(xiàn)場(chǎng)堤防邊坡土體的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)見表4,水位驟降幅度的設(shè)計(jì)工況為3~2m,穩(wěn)定計(jì)算采用Bishop法,實(shí)際計(jì)算結(jié)果為F=1.40,F(xiàn)=1.56,滑弧情況見圖4和圖6,可見竣工期邊坡破壞的滑弧與模型試驗(yàn)較為接近,但水位驟降期實(shí)際計(jì)算與模型試驗(yàn)測(cè)定的滑弧有一定差異。
3.2變形分析
在實(shí)際工程中對(duì)變形起關(guān)鍵作用的除外加載荷外主要與土體壓縮特性、結(jié)構(gòu)性和地基排水條件等有關(guān),試驗(yàn)測(cè)得的沉降變形是定性的,無法與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際進(jìn)行對(duì)比,但獲取的邊坡變形特征,以及邊坡在變形破壞時(shí)在坡腳隆起、堤頂沉降速率突然變大等特點(diǎn)是符合工程實(shí)際的,這些特點(diǎn)可以指導(dǎo)工程安全施工與防護(hù)。

4結(jié)語
通過對(duì)某堤防工程邊坡變形穩(wěn)定的離心機(jī)模型試驗(yàn)研究,有以下下結(jié)論:
(1)離心模型試驗(yàn)表明,堤防邊坡破壞一般伴隨著變形的發(fā)展,在變形發(fā)展到一定程度后,一般坡頂沉降速率突然變大,坡腳處出現(xiàn)隆起,并在堤頂出現(xiàn)拉裂縫,邊坡破壞表現(xiàn)為漸進(jìn)變形至突變失穩(wěn)的特點(diǎn)。
(2)從離心模型破壞性試驗(yàn)觀測(cè)到,竣工期的滑動(dòng)破壞面呈圓弧狀,并切入軟弱地基層中,失穩(wěn)破壞是為深層破壞,水位驟降期的邊坡在水位驟降一側(cè)的水平位移明顯,尤其是最高水位線以下上坡部分,因側(cè)向位移而明顯向外鼓出,滑動(dòng)破壞面基本呈圓弧狀,滑弧未切入地基土層中,失穩(wěn)破壞主要表現(xiàn)為淺層破但在離心模型中土體的這些特性難以模擬,所以模型壞。
(3)通過離心機(jī)模型破壞性試研究獲取堤防模型邊坡在施工期的穩(wěn)定安全系數(shù)為1.28,水位驟降期的穩(wěn)定安全系數(shù)為1.25,實(shí)際計(jì)算中施工期的安全系數(shù)與滑弧與模型試驗(yàn)較為接近,而在水位驟降條件下,理論計(jì)算與模型試驗(yàn)結(jié)果有一定差異。
(4)施工期與水位驟降期邊坡變形破壞特征的不同對(duì)進(jìn)行堤防工程的設(shè)計(jì)與防護(hù)有重要意

地溝風(fēng)機(jī)
濟(jì)南負(fù)壓風(fēng)機(jī)價(jià)格
廠房負(fù)壓風(fēng)機(jī)

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