地下管道断裂引起的土体侵蚀透明土模型试验分析.pdf
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1、为研究地下管道断裂引起的土体侵蚀内部发展过程利用透明土材料技术进行土体侵蚀模型试验 使用摄像设备记录透明土模型内部试验全过程对试验过程的图像进行定量测量分析塌陷坑尺寸随时间变化情况利用差分法对试验图像进行对比分析土体内部颗粒运动情况 试验结果表明:在无压管道内因管道断裂而产生的土体塌陷塌陷坑呈圆锥柱状侵斜角为 塌陷深度在 之前塌陷较快随后逐渐缓慢直至因土体在管道断裂内堆积堵塞而停止最终塌陷深度为.根据颗粒运动的程度不同可将土体内部区域分为塌陷区、松动区和稳定区关键词:路面塌陷透明土技术土体侵蚀颗粒运动塌陷深度中图分类号:.文献标志码:近年来全国各地城市道路塌陷频现潜在危险增多造成的事故层出不穷
2、影响交通安全 陈雨昂等根据 年我国城市路面塌陷事件数据统计发现其中 是由于地下管道破损引起的 因此研究地下管道破损时的土体侵蚀特性对预测和预防城市道路塌陷有重要意义为了研究土体侵蚀许多研究者进行了各种模型试验大多通过配置一定级配的砂土进行模拟试验 现有的试验研究都是基于半模型或全模型结构全模型结构无法直接观测模型内部变化情况而半模型结构又无法消除模型箱边界的影响 如王帅超、鲍国栋、郑刚、罗俊兴等人的研究透明土是一种新型的实验手段通过配置透明土样来进行的模型试验可以更好的观测岩土体的受力变形过程 杜建明等人对透明土物理模拟试验技术进行了总结分析根据目前透明土及其材料按照砂土、黏土及其他来进行归纳
3、 张仪萍等人针对不同透明土材料的孔隙流体的合成及性质进行研究分析 杜建明采取 白油和正十二烷混合液作为孔隙液体、熔融石英砂作为骨料来配置透明砂土进行复合地层盾构隧道围岩变形规律研究 周东运用透明土技术进行被动桩模型试验 冯义等人运用透明土技术对砂土地层隧道顶部结构破损灾变过程的土体流动形态、土颗粒位移速度场进行试验研究 叶观宝等人以透明土为填土材料研究填土密实度对土拱效应的影响避免了边界效应的影响但目前还没有研究将透明土技术运用于内渗侵蚀水土流失的试验 本试验采用熔融石英砂和正十二烷及 白油的混合液制成的透明土作为试验土体在内部设置 的 管道中间取.作为破裂口模拟管道断裂引起的土体侵蚀整个试验
4、过程可以清楚地观测内部变化情况探究内渗侵蚀水土流失的现象 试验装置及试样制备.透明土制备本次透明土试验采用砂性土骨料为熔融石英砂(规格.)折射率为.间隙溶液为第 卷 第 期 年 月兰州工业学院学报 .正十二烷和食品级 白油的混合液为保证试验制样透明度较好经杜建明检验并通过阿贝折射率仪测定本次试验正十二烷:白油体积比 的透明度效度最好具体见图 右 折射率为.(折射率会因温度而变化)图 不同配比下的透明土.模型箱装置本次试验为缩尺模型试验模型箱尺寸为 具体如图 所示 以 管(外径 为 )模拟排水管为消除边界影响管道埋设中心线位置距底部 为 距前壁后壁 均为 在填装透明土时管子内部预先放置 管断裂口
5、 取.(.)在 管道内部插入外径 的整根 管试验时将内管拔出露出断裂口模拟管道破裂()正面示意图()侧面示意图图 模型箱尺寸(单位:)试验装置如图 所示为了获取模型试验的内部变化过程在模型箱上方架设 激光器并从上往下照射试样激光照射面熔融石英砂会产生散斑 为便于观察和记录管道附近土体情况将激光切面位于管口断裂处正前方 处单反相机间隔拍照记录激光面情况此外正前方和上方各放置摄像机记录试验正面及顶面侵蚀坑及塌陷全过程图 实验装置.模型制样在室温 之间制样制样时提前放置 管并将两侧法兰盘用螺丝拧紧 先按照体积比 取正十二烷和 白油混合测定混合液的折射率再通过少量滴定调整使混合液折射率达到.左右 制好
6、后倒入模型箱内将熔融石英砂缓慢散入混合液内每次散入 厚熔融石英砂压实平整混合液比砂子高 为避免气泡过多影响试样透明度制样完成后抽真空 最终土体顶面距管顶 为 制样后静置 左右 试样装填完毕效果如图 所示图 模型试样第 期 刘皓昀等:地下管道断裂引起的土体侵蚀透明土模型试验分析 试验过程为模拟地下管道突然发生断裂试验时卸下模型箱左侧法兰盘抽掉内管露出管道断裂口 按照图 将各仪器设备放置数码相机按照 间隔拍摄记录土体侵蚀过程 抽走内管后土样中孔隙液体携带土颗粒从断裂口渗入管内从左侧管口处流出断裂口上方土体慢慢发生塌陷形成侵蚀坑 试验变化过程如图 所示图 变化过程 从图 中可见随着水土流失土体产生侵
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