高能量冲击下淤泥土体能量传递规律试验研究
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不同冲击速度下岩石破坏能量规律的实验研究_黎立云
图 4 耗散能与冲击速度关系曲线 Fig. 4 Dissipated energy vs. impact velocity
图 5 能量耗散率与冲击速度关系曲线 Fig. 5 Energy dissipation rate vs. impact velocity
t
σ2（ t） dt
0
（ 1）
其中，Ae 为输入与输出杆的横截面积； Ee 为输入与输
出杆材料的弹性模量； ce 为一维应力波速度。并且弹
性阶段内，应力波的速度 ce 可以用压杆的质量密度
ρe 和弹性模量 Ee 表示，有
ce = 槡Ee / ρe
（ 2）
于是，应力波能量公式简化为
∫ W = Ae ρe ce
Abstract： The dynamic impact experiments and static loading experiments for sandstones were conducted． In dynamic impact experiments，the dissipated energy and the total absorbed energy were calculated during sandstone failure process under the different impact velocity． In the static load experiments，the total absorbed energy of sandstones when failure was calculated． Besides，the failure absorbed energy under dynamic impact and static load was contrasted and analyzed． The experiment results show that，in order to achieve the same damage degree，the sandstone can dissipate more energy under static uni-axial load than that under dynamic impact． Key words： dynamic impact； failure absorbed energy； static loading； dissipated energy； damage variable
泥石流浆体冲击特性实验研究_何晓英
2
2. 1
实验结果分析
冲击荷载谱
根据动态信号测试系统采集到的 5 组浆体粘度泥 石流冲击荷载数据达 203 380 个， 截取传感器感受到不 为零冲击力的初始点与恢复零点之间的冲击荷载 。 DH5922 动态信号测试分析系统所采集的数据在 记录有效冲击荷载信号的同时也记录了各种各样的的 即采集到的信号 X n 由噪声 e n 与真实的信号 f n 组 噪音， 成， 即
［16 ］
。本文在团队前述研究的基础上， 修
图2 实验模型设计平面图 Fig． 2 Designing plane figure of the testing model
筑较大尺度的泥石流沟实验模型， 仅实施泥石流浆体 冲击特性模型实验， 探索实验条件下泥石流的运动与 冲击特性， 为进一步实施不同浆体粘度、 不同固相比、 不同颗粒粒径耦合作用下泥石流冲击特性研究提供参 考与借鉴。
图3 实验模型设计纵剖面
Fig． 3 Longitudinal section of the testing model
图4
泥石流运动与冲击特性实验模型 Fig． 4 The testing model of the debris flow impacting test 表1 实验工况
Tab． 1 Working conditions of the test
Tests for impacting characteristics of debris flow slurry HE Xiaoying，TANG Hongmei，ZHU Xiuzhu，CHEN Hongkai
（ Institute of Geotechnical Engineering，Chongqing Jiaotong University，Chongqing 400074 ，China）
循环荷载作用下泥岩累积应变规律研究
关键词：分级循环荷载；泥岩；轴向累积应变；振动次数；动应力幅值
中图分类号：TU45
文献标志码：A
文章编号：2095-0144（2021）05-0016-03
1 前言 西南地区分布着大量的红层泥岩。铁路路基
为红层泥岩时，列车的动载往往会产生沉降变形， 威胁着列车的安全运行。研究循环荷载作用下泥 岩的累计变形规律能够有效地保障列车的安全运 行，具有极其重要的工程实践意义。
时间/s
图 2 循环荷载作用下岩石累计变形示意图
累积应变/‰
1.1 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2
0
0.56 MPa
1.97 MPa
1.69 MPa 1.41 MPa 1.13 MPa 0.85 MPa 0.56 MPa
5
10
15
20
25
30
振动次数/次
图 3 振动次数与累计应变关系曲线
表 2 试验方案
试验 级数
振动频率 /Hz
应力下限 /MPa
应力上限 /MPa
循环 次数
1
1
0.5
0.56
30
2
0.85
3
1.13
4
1.41
5
1.69
6
1.97
7
2.26
2.3 试验原理 在循环荷载作用下，试样的应变随着轴向应力
的周期性变化发生变化。由于岩石为弹塑性体，试 样在一个加卸载周期内，会产生不可逆的变形，这 种变形会在循环荷载作用下不断的累积，形成累积 应变（图 2）。 3 试验结果分析 3.1 循环次数对累积应变的影响
图 3 为 1 MPa 围压下泥岩试样振动次数与累计 应变之间的关系曲线。从图 3 中可以看出，在同一 围压，同一振动幅值条件下，试样的累计应变均随 着振动次数的增加而增加。
冲击碾压法若干方面的探讨
冲击碾压法若干方面的探讨一、冲击碾压法概述冲击碾压是利用三边形或五边形重轮来产生集中冲击能量对填筑土石方进行压实。
与传统的振动压路机相比，冲击碾压将一般碾压机具的高频率、低振幅振动改为低频率、高振幅振动，压实冲击能量可增加10倍（以25kJ三边形冲击压实机为例），在2m深度内压实效果明显。
[1]冲击碾压也能有效改善浅部土层的强度和承载力特性，明显提高浅部土层的强度指标。
二、研究现状冲击压实技术最早于上世纪50年代由Aubrey Berrange提出，经历多年研究之后，80年代该技术趋于成熟。
90年代之后该技术在全世界范围内开始推广，1995年由南非兰派公司将这种压实设备传入我国，引起了我国科技人员的重视，道路与机场科技等人员对它经历了从不了解到逐步推广，直到广泛应用的过程。
日本、美国、德国等发达国家在20世纪90年代便将冲击压实技术广泛地应用于机场工程、地基加固、水坝填筑、地基填筑等工程实践中，并制定了相关的标准。
目前，冲击压实技术己在我国14个省、市共60多项工程中得到了应用。
这些工程在专业类型方面涉及机场、道路、水坝等。
机场工程包括香港新赤腊角机场、首都机场、广州白云机场、重庆万州机场、贵州兴义机场、新疆且末机场和华北某军用机场等；在公路方面有八达岭高速公路、京珠高速公路、河北宣大高速公路和石黄高速公路、宁夏桃同高速公路、甘肃天兰高速公路、青海以及新疆东部的西徨、马平高速公路和西塔公路及平阿公路、陕西地区的西禹高速公路和陕北地区的黄延高速公路、广东莞深高速公路、重庆渝黔高速公路、黑龙江大齐高速公路等高等级公路。
[2]在工程性质方面涉及填土压实、软土处理、地基补强、破碎原道面等。
在土质方面涉及黄土、块片石、砂土、粘土、软弱土等。
在黄土地区，由宣大高速公路所得施工技术参数表明，即冲击碾压40遍以后，土的干密度增加很少，甚至有稍许减少。
不同碾压遍数下，深度80cm以上的干密度明显地低于上部的数值，160cm处为 1.29-1.41g/cm3和天然状态的1.29-2.34 g/cm3相差无几；西惶公路湿陷性黄土地基冲压处理得到参数，当冲压遍数由10遍增加到30遍后，地表下80cm以内平均压实度明显提高：而80cm-120cm内平均压实度提高较小。
饱和淤泥爆炸固结排水规律试验研究
作者简介： 朱红兵 ， 武汉科技 大学城 市建设学院， 男， 讲师 ； 中南大学土木 建筑学院， 博士研 究生。
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第 １ 期 １
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
朱红兵 等： 饱和淤 泥爆 炸固结排水规律试验研 究 向的静水压力梯度应该 为零 （瓦 ｏ Ｏ ｐ
１１ ０
波较强时的效果 ， 可与试 验组 ４比较。试验组 ３与 试验 组 ５以 及试 验组 ６ 与试验组 ７形成一 个对 比 ， 目的是 了解爆 源 与集液 装置的距 离对 固结排水 的影 响。试验组 ４ ５７以及试验组 ２ ３ 、、 、、 ６比较可 以看 出药量对试 验结果 的影响。 从表 １ 可得到 以下 结论 ： 向应力 波对排水 固结 的影 响相 竖 对较小 ， 而对加强排水贡献最大 的是在水平 向的应力波 ， 这应该 是在 预料之 中的 ； 在其它条件相 同的情 况下 ， 液装 置距离起爆 集
１ 试验装 置及试验方案
１ １ 试 验装 置 ．
为方便收集试验数据 ， 制作 了类似 于塑料排 水板 的集液装 置 。由于 目前 爆炸排 水 固结处 理软土 地基 研究 尚处 于起 步 阶
段 ， 要 采 用 室 内试 验 方 式 展 开 研 究 ， 此 建 立 了一 个 小 型 爆 炸 主 为 池 。该 池 为 立 方 体 ， 寸 为 ３９ 尺 、０ｍ×１５ ×１５ （ ×宽 × 、０ｍ 、０ｍ 长
＝
０） 垂 直 方 向 应 为 一 Ｐ ， ｇ，
渗 阻 项 为一 詈（ 为 透 数 。 是 两 方 的 流 力 则 ｇ ｜ 渗 系 ）于 ，个 向 水 ｊ ｝
的 方 法 。从 理 论 分 析 可 知 ， 载 荷 在 排 水 固 结 方 面 比静 载 荷 动
有效得多， 而且这一点在地震现象中得到了证 实（ 地震后地面会 出现裂纹 、 喷水 、 冒砂 等现象 ） 。考虑到 利用炸药爆 炸也 能产生
高应变法检测 方法
三、现场检测工作
1、准备工作
⑴收集资料
工程地质资料、建筑概况、桩位布置图，施工原始记录等， 进行现场调查，了解建筑工程特点。
⑵受检桩龄期应符合下列规定：
①受检桩的混凝土龄期达到28天或预留同条件养护试块强度 达到设计强度。 ②休止时间：砂土7天，粉土10天，非饱和粘土15天，饱和
三、现场检测工作
二、适用范围与限制条件
力学模型及其参数，而模型的建立和参数的选择只能是近似的 和经验性的，是否合理、准确需要大量工程实践经验积累来不 断完善。 灌注桩的截面尺寸和材质的非均匀性、施工的隐蔽性（干作 业成孔桩除外）及由此引起的承载力变异性普遍高于打入式预 制桩，混凝土材料应力—应变关系的非线性、桩头加固措施不 当、传感器条件差及安装处混凝土质量的不均匀性，导致灌注
一般来说，高应变法冲击荷载作用下，使桩土体系进入充分的 非弹性工作阶段，桩和桩周土之间出现瞬时的剪切破坏，从而 充分地激发桩周土对桩的全部阻力作用。
一、高应变法的检测原理
1、概述
通过采集桩身截面在冲击荷载作用下的轴向应变和桩身运动的 时程曲线，获得该截面的轴向内力F(t)和轴向运动速度v(t),从 而观察到应力波在桩身中的传播过程。运用一维波动方程对桩 身阻抗和土阻力进行分析和计算,以判定桩身完整性和单桩承载 力。
且桩头截面尺寸应与桩身截面尺寸相同； ③桩头主筋应全部直通至桩顶混凝土保护层之下，各主筋应 在同一高度上。 ④距桩顶1倍桩径范围内，宜用厚度为35mm的钢板围裹或距桩 顶1.5倍桩径范围内设置箍筋，间距不宜大于100mm。桩顶应设 置钢筋网片2～3层，间距60～100mm。 ⑤桩头混凝土强度等级宜比桩身混凝土提高1～2级。
在高应变试验中，有关土阻力应力波的重要推论有以下几点： ⑴在锤击力的作用下，桩身运动将激发土阻力而使桩身受到外 加的阻力波作用。 ⑵土阻力信号由检测截面的传感器接收，使得实测曲线包含了 试验时实际激发的土阻力信息。
高应变法检测
2、传感器的安装
⑴传感器应分别对称安装在距桩顶不小于2D的桩侧表面处(D 为受检桩的直径或边宽)，条件允许时，应尽量往下安装；对于 大直径桩,传感器与桩顶之间的距离可适当减小,但不得小于1D。 安装处的材质和截面尺寸应与原桩身相同，传感器不得安装在 截面突变处附近。
17 2024/3/28
⑵应变传感器与加速度传感器的中心应位于同一水平线上； 同 侧 的 应 变 传 感 器 与 加 速 度 传 感 器 的 水 平 距 离 不 宜 大 于 80mm （60～80mm）。传感器的中心轴应与桩中心轴保持平行。
2、桩的基本假定
在以下假定的条件下，将桩在冲击荷载作用下的运动简化为一 维的线性波动力学问题。
⑴假定桩身材料是均匀的和各向同性的，并且服从虎克定律。 ⑵假定桩是线弹性杆件。 振动位移相当微小，对动力激发的反应总是线弹性的，所有的 输入和输出都可以进行简单的叠加。 ⑶假定桩是一维杆件。 桩身每个截面上的应力应变都是均匀的，可以用它的平均应力 应变来加以描述而不必研究其在桩身截面上的分布。 ⑷假定纵波的波长比杆的横截面尺寸大得多，横向位移对纵向 运动的效应可以忽略不计。 ⑸假定破坏只发生在桩土界面 可以只把桩身取作隔离体来进行波动计算，桩周土的影响都以 作用于桩侧和桩端的力来参与计算。如果破坏发生在桩周土的土 体内部，则把部分土体看作是桩身上的附加质量。
且桩头截面尺寸应与桩身截面尺寸相同； ③桩头主筋应全部直通至桩顶混凝土保护层之下，各主筋应 在同一高度上。 ④距桩顶1倍桩径范围内，宜用厚度为35mm的钢板围裹或距 桩顶1.5倍桩径范围内设置箍筋，间距不宜大于100mm。桩顶应 设置钢筋网片2～3层，间距60～100mm。 ⑤桩头混凝土强度等级宜比桩身混凝土提高1～2级。 ⑷向建设方或监理方申报人工地基检测现场告知书。
⑴传感器应分别对称安装在距桩顶不小于2D的桩侧表面处(D 为受检桩的直径或边宽)，条件允许时，应尽量往下安装；对于 大直径桩,传感器与桩顶之间的距离可适当减小,但不得小于1D。 安装处的材质和截面尺寸应与原桩身相同，传感器不得安装在 截面突变处附近。
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⑵应变传感器与加速度传感器的中心应位于同一水平线上； 同 侧 的 应 变 传 感 器 与 加 速 度 传 感 器 的 水 平 距 离 不 宜 大 于 80mm （60～80mm）。传感器的中心轴应与桩中心轴保持平行。
2、桩的基本假定
在以下假定的条件下，将桩在冲击荷载作用下的运动简化为一 维的线性波动力学问题。
⑴假定桩身材料是均匀的和各向同性的，并且服从虎克定律。 ⑵假定桩是线弹性杆件。 振动位移相当微小，对动力激发的反应总是线弹性的，所有的 输入和输出都可以进行简单的叠加。 ⑶假定桩是一维杆件。 桩身每个截面上的应力应变都是均匀的，可以用它的平均应力 应变来加以描述而不必研究其在桩身截面上的分布。 ⑷假定纵波的波长比杆的横截面尺寸大得多，横向位移对纵向 运动的效应可以忽略不计。 ⑸假定破坏只发生在桩土界面 可以只把桩身取作隔离体来进行波动计算，桩周土的影响都以 作用于桩侧和桩端的力来参与计算。如果破坏发生在桩周土的土 体内部，则把部分土体看作是桩身上的附加质量。
且桩头截面尺寸应与桩身截面尺寸相同； ③桩头主筋应全部直通至桩顶混凝土保护层之下，各主筋应 在同一高度上。 ④距桩顶1倍桩径范围内，宜用厚度为35mm的钢板围裹或距 桩顶1.5倍桩径范围内设置箍筋，间距不宜大于100mm。桩顶应 设置钢筋网片2～3层，间距60～100mm。 ⑤桩头混凝土强度等级宜比桩身混凝土提高1～2级。 ⑷向建设方或监理方申报人工地基检测现场告知书。
不同水压下的黏土孔压传递规律试验
不同水压下的黏土孔压传递规律试验倪春海;宋林辉;王宇豪;付磊【摘要】对于在不同固结压力下固结的黏土,当对其施加不同水压时,其中的孔压分布和传递规律是解决地下结构上的水压力大小、基础抗浮计算以及边坡稳定分析等岩土问题的关键.现利用研制的试验设备对黏土开展试验,进行渗流状态和静水状态下孔压传递规律分析.试验结果表明:不论是渗流状态,还是静水状态,黏土内各点孔压趋于稳定所需时间均随固结压力的增大而变长,即固结压力越大,孔压传递越慢;因水压引起的超静孔压,渗流状态下的黏土内各点孔压偏离线性分布,表明黏土中的孔隙水未完全与外部水形成水力联系;静水状态下的黏土内各点孔压传递与理论一致,呈线性分布,不过当水压小于固结压力时,土体内各点孔压会略小于理论水压值,但依然呈线性变化.【期刊名称】《南京工业大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(038)001【总页数】7页(P68-73,82)【关键词】黏土;渗流状态;静水状态;孔压传递【作者】倪春海;宋林辉;王宇豪;付磊【作者单位】南京工业大学数理科学学院,江苏南京211800;南京工业大学数理科学学院,江苏南京211800;南京工业大学数理科学学院,江苏南京211800;南京工业大学数理科学学院,江苏南京211800【正文语种】中文【中图分类】TU411社会的发展使工程活动引起的与地下水作用有关或受其控制的工程地质、水文地质和环境地质问题日趋严重[1]。
其中孔隙水压力一直是岩土领域的研究热点,现有成果主要集中在分析土体固结时超静孔隙水压力的消散规律[2-3],且研究很深入,甚至涉及循环荷载[4]和孔压滞后的影响[5],此外还涉及压桩过程中的孔压消散[6]以及地下水浮力中的孔压作用方面的研究[7-9]。
但对水压或水位变化时黏土内孔压分布方面的研究较少,主要在一些工程实测中有所涉及。
如谢红强等[10]通过对重庆主城排水过江盾构隧道主体结构上的水压力进行了现场跟踪测试,发现水压力一般等于或略小于长江静水压力,完整围岩段的水压力较之破碎段或岩层交界段的水压力要低；刘志强等[11]在抽水过程中发现除砂土外,土层中的孔隙水压力变化存在着不同程度的滞后效应,其滞后程度由大到小为粉质黏土、粉土、细砂；孙保卫等[12]通过测试工程场地孔隙水压力发现潜水在越流补给承压水的过程中,具有较大的水头损失。
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[11]
达到很高速度并撞击初始自平衡夯锤（其质量与作 用面积可选） ， 受撞击夯锤则以对应设置的高能量夯 击饱和淤泥土体，进而激发土体近似于工程状态的 力学响应。该装置特点在于多级电磁力作用下较小 质量试验锤施加的冲击能量可达工程中工程夯锤所 提供能量，以此模拟近似工程量级的冲击荷载；通 过 XH5861 型动态应变仪、CML-1H 型静态应变采 集仪与位移测量系统及埋设的传感器自动记录夯击 过程中的孔压、土压的动态变化值及沉降量，存储 并显示在计算机上；同时通过千分表记录夯击过程 中沉降量的变化。通过该冲击试验系统、原状土样 模型箱及各传感器模拟并监测静动力排水固结法处 理淤泥地基过程中孔压与孔压等力学响应及能量传 递与分布。此外，利用 SR-VM1004(A)型振动监测 仪及传感器测试土层表面振动。 2.2 模型试验设计 2.2.1 模型箱及土层 采用的模型箱上部直径为 110 cm、 底部直径为 94 cm、 高为 84 cm 的台式圆桶。 该模型箱可能的边 界效应主要来自桶壁径向约束和桶底部的轴向约 束，为降低边界效应，一是将冲击荷载作用于土体 中心区域；二是在土样放置前使桶壁四周光滑，减 少模型土体与桶壁的摩擦力。模型试验土样取自于 珠三角洲某工地现场原状淤泥土， 土样参数见表 1。 模型箱内两土层依照现场实际地层情况按相似比进 行设计，各层土与原土层土质保持一致。按照相似 理论（几何相似比 1: 30） ，各土层填筑厚度自上而 下依次为填砂土 6.5 cm，淤泥 60 cm。为尽量排除 人为扰动影响而保持淤泥土的原状特性，模型箱土 体在室内静置超过 3 个月，密封完好。
1
引国内外一些学者 通过实际工程中的监测及分析[1
[4－9]
－3]
、各类试验与数
静动力排水固结法[1-3]越来越多地应用于加固 超软黏土地基， 其中冲击力与排水体系共同作用下
值模拟 ，一直努力研究软土在冲击荷载作用下 的响应规律及加固机制。 李彰明等[10]在淤泥软基处
第 36 卷第 6 期 2015 年 6 月
DO I：10.16285/j.rsm.2015.06.007
岩 土 力 学 Rock and Soil Mechanics
Vol.36 No. 6 Jun. 2015
高能量冲击下淤泥土体能量传递规律试验研究
李彰明，罗智斌，林伟弟，赖建坤，王
（广东工业大学 岩土工程研究所，广东 广州 510006）
Abstract: Traditionally dynamic consolidation tests were performed under low-energy impact, which is not sufficient to trigger significant mechanical response of soft soil so that the laboratory tests cannot properly simulate the actual energy transfer process in the field. In this study, static and dynamic consolidation tests are performed on muck soil, using a self-developed multi-directional high-energy electromagnetic impact testing system, from which the energy transfer processes in horizontal and vertical directions are characterized under repeated high-energy impacts. The experimental results include (1) The pressure increase in shallow soil is always the largest under impact; and the pressure increment in deep soil increases with the impact number; after first impact, the compression amount of shallow soil is the largest, and then the compression amount of deeper soils exceeds that of the shallow soil; and the difference becomes larger and larger as the impact number increasing, indicating that the main compression zone moves down gradually. (2) In both static and dynamic consolidation tests, the impact energy initially acts on the shallow soil, and then transfers to deeper soils, resulting in the improvement of the mechanical properties of the muck soil in depth. (3) Under impact loading, the vertical particle velocity is the maximum, followed by the radial direction, and ring direction is minimal at the same position of the surface layer of soil, and particle velocity approaches the same stable value at a certain distance; vibration acceleration also shows the same variation law; the region under the influence of vibration observed in the model test is consistent with those of the actual engineering projects. Keywords: model experiment; high energy impact; muck soil; energy transfer
Experimental study of energy transfer in muck soil subjected to high-energy impact
LI Zhang-ming，LUO Zhi-bin，LIN Wei-di，LAI Jian-kun，WANG Xi
(Institute of Geotechnical Engineering, Guangdong University of Technology, Guangzhou, Guangdong 510006, China)
表 1 土样物理参数 Table 1 Physical properties of muck soil
土样 类别 淤泥 含水率 /% 70.48 重度 / (kN/m ) 15.4 1.96
3
在围海造地的吹填
土地基上， 应用真空动力固结法处理大面积吹填软 土， 针对地面加速度探讨了夯击能在加固场地上的 传播规律， 根据实测数据得到最大加速度随水平距 离增加呈幂函数规律衰减的规律。 李彰明等 [9] 利用自行设计研制的多向高能高 － 速电磁力冲击智能控制试验设备[12 13]， 采用直径为 360 mm、高为 440 mm 的圆桶状模型箱，将冲击荷 载作用于土体中心区域，得到夯击瞬间中部孔压与 土压之间具有相类似的变化趋势、夯后孔压需一段 时间消散并伴随主要沉降等规律，尤其是证实夯击 后夯击能以残余应力作用机制存在及其效应；而通 常静力荷载的这种机制不明显，静荷载作用下在相 对很短的时间内完成孔压消散及沉降。然而，上述 研究并未以能量的形式探讨其传递规律。其客观原 因是试验所用模型箱限于尺寸较小，不足以埋设深 层传感器来探讨沿深度的传递规律；加上仅设置一 层沉降板，所采集数据不能满足探讨淤泥内部能量 传递规律要求。实际上，无论是现场测试还是室内 模型试验研究，目前均鲜见用实测土压力与位移增 量作为能量形式描述能量在地基处理过程中的传递 规律。然而，从工程实践与理论来看，以该种能量 形式探讨地基处理过程中能量传递及分布能较充分 考虑到有效应力增加和土体沉降总效应，更能清晰 描述与客观评价地基处理效果及加固深度，对于深 入探讨其加固机制具有重要意义，对于工程设计与 施工及效果判定而言则具有重要实用价值。 本文针对珠三角地区广泛分布的淤泥这类超 软土，进行静动力排水固结室内模型试验（与上述 模型箱试验[9]相比，采用更大的模型箱与不同的试 验方案） ， 寻求高能量冲击作用下淤泥土压与孔压变 化特征， 特别是力与位移作用能量传递及分布规律， 以对淤泥类地基的静动力排水固结法加固机制有更 深入了解和认识，为该法的优化设计及施工提供指 导及依据，特别为客观评估其处理深度及效果提供 借鉴，同时为理论发展提供基础。
收稿日期：2014-11-27 基金项目：国家自然科学基金资助项目 (No. 51178122)。 第一作者简介：李彰明，男，1955 年生，博士，教授，长期在第一线从事岩土力学及软基处理等方面研究工作。E-mail: ukzmli@
1574
岩
土
力
学
2015
理原位监测中得到夯击下孔压增长及消散规律， 并 发现夯击下初始瞬时负超静孔压现象以及作用力， 以区别于一般土体、一定范围值的扩散角（即夯击 时夯锤中心延线与夯击影响边界线之夹角） 作用于 高含水率软黏土体； 韩选江等
=13 mm，高 h 12 mm；土压传感器 = 12 mm； h 5 mm； 试验共安设 16 个监测点， 其中孔压传感 器 11 个，土压传感器 5 个；传感器埋设前，再通过 流体压力对出厂标定系数进行检验以保证标定系数 的准确性。各传感器埋设于土样内设定的位置并静
达到很高速度并撞击初始自平衡夯锤（其质量与作 用面积可选） ， 受撞击夯锤则以对应设置的高能量夯 击饱和淤泥土体，进而激发土体近似于工程状态的 力学响应。该装置特点在于多级电磁力作用下较小 质量试验锤施加的冲击能量可达工程中工程夯锤所 提供能量，以此模拟近似工程量级的冲击荷载；通 过 XH5861 型动态应变仪、CML-1H 型静态应变采 集仪与位移测量系统及埋设的传感器自动记录夯击 过程中的孔压、土压的动态变化值及沉降量，存储 并显示在计算机上；同时通过千分表记录夯击过程 中沉降量的变化。通过该冲击试验系统、原状土样 模型箱及各传感器模拟并监测静动力排水固结法处 理淤泥地基过程中孔压与孔压等力学响应及能量传 递与分布。此外，利用 SR-VM1004(A)型振动监测 仪及传感器测试土层表面振动。 2.2 模型试验设计 2.2.1 模型箱及土层 采用的模型箱上部直径为 110 cm、 底部直径为 94 cm、 高为 84 cm 的台式圆桶。 该模型箱可能的边 界效应主要来自桶壁径向约束和桶底部的轴向约 束，为降低边界效应，一是将冲击荷载作用于土体 中心区域；二是在土样放置前使桶壁四周光滑，减 少模型土体与桶壁的摩擦力。模型试验土样取自于 珠三角洲某工地现场原状淤泥土， 土样参数见表 1。 模型箱内两土层依照现场实际地层情况按相似比进 行设计，各层土与原土层土质保持一致。按照相似 理论（几何相似比 1: 30） ，各土层填筑厚度自上而 下依次为填砂土 6.5 cm，淤泥 60 cm。为尽量排除 人为扰动影响而保持淤泥土的原状特性，模型箱土 体在室内静置超过 3 个月，密封完好。
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引国内外一些学者 通过实际工程中的监测及分析[1
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、各类试验与数
静动力排水固结法[1-3]越来越多地应用于加固 超软黏土地基， 其中冲击力与排水体系共同作用下
值模拟 ，一直努力研究软土在冲击荷载作用下 的响应规律及加固机制。 李彰明等[10]在淤泥软基处
第 36 卷第 6 期 2015 年 6 月
DO I：10.16285/j.rsm.2015.06.007
岩 土 力 学 Rock and Soil Mechanics
Vol.36 No. 6 Jun. 2015
高能量冲击下淤泥土体能量传递规律试验研究
李彰明，罗智斌，林伟弟，赖建坤，王
（广东工业大学 岩土工程研究所，广东 广州 510006）
Abstract: Traditionally dynamic consolidation tests were performed under low-energy impact, which is not sufficient to trigger significant mechanical response of soft soil so that the laboratory tests cannot properly simulate the actual energy transfer process in the field. In this study, static and dynamic consolidation tests are performed on muck soil, using a self-developed multi-directional high-energy electromagnetic impact testing system, from which the energy transfer processes in horizontal and vertical directions are characterized under repeated high-energy impacts. The experimental results include (1) The pressure increase in shallow soil is always the largest under impact; and the pressure increment in deep soil increases with the impact number; after first impact, the compression amount of shallow soil is the largest, and then the compression amount of deeper soils exceeds that of the shallow soil; and the difference becomes larger and larger as the impact number increasing, indicating that the main compression zone moves down gradually. (2) In both static and dynamic consolidation tests, the impact energy initially acts on the shallow soil, and then transfers to deeper soils, resulting in the improvement of the mechanical properties of the muck soil in depth. (3) Under impact loading, the vertical particle velocity is the maximum, followed by the radial direction, and ring direction is minimal at the same position of the surface layer of soil, and particle velocity approaches the same stable value at a certain distance; vibration acceleration also shows the same variation law; the region under the influence of vibration observed in the model test is consistent with those of the actual engineering projects. Keywords: model experiment; high energy impact; muck soil; energy transfer
Experimental study of energy transfer in muck soil subjected to high-energy impact
LI Zhang-ming，LUO Zhi-bin，LIN Wei-di，LAI Jian-kun，WANG Xi
(Institute of Geotechnical Engineering, Guangdong University of Technology, Guangzhou, Guangdong 510006, China)
表 1 土样物理参数 Table 1 Physical properties of muck soil
土样 类别 淤泥 含水率 /% 70.48 重度 / (kN/m ) 15.4 1.96
3
在围海造地的吹填
土地基上， 应用真空动力固结法处理大面积吹填软 土， 针对地面加速度探讨了夯击能在加固场地上的 传播规律， 根据实测数据得到最大加速度随水平距 离增加呈幂函数规律衰减的规律。 李彰明等 [9] 利用自行设计研制的多向高能高 － 速电磁力冲击智能控制试验设备[12 13]， 采用直径为 360 mm、高为 440 mm 的圆桶状模型箱，将冲击荷 载作用于土体中心区域，得到夯击瞬间中部孔压与 土压之间具有相类似的变化趋势、夯后孔压需一段 时间消散并伴随主要沉降等规律，尤其是证实夯击 后夯击能以残余应力作用机制存在及其效应；而通 常静力荷载的这种机制不明显，静荷载作用下在相 对很短的时间内完成孔压消散及沉降。然而，上述 研究并未以能量的形式探讨其传递规律。其客观原 因是试验所用模型箱限于尺寸较小，不足以埋设深 层传感器来探讨沿深度的传递规律；加上仅设置一 层沉降板，所采集数据不能满足探讨淤泥内部能量 传递规律要求。实际上，无论是现场测试还是室内 模型试验研究，目前均鲜见用实测土压力与位移增 量作为能量形式描述能量在地基处理过程中的传递 规律。然而，从工程实践与理论来看，以该种能量 形式探讨地基处理过程中能量传递及分布能较充分 考虑到有效应力增加和土体沉降总效应，更能清晰 描述与客观评价地基处理效果及加固深度，对于深 入探讨其加固机制具有重要意义，对于工程设计与 施工及效果判定而言则具有重要实用价值。 本文针对珠三角地区广泛分布的淤泥这类超 软土，进行静动力排水固结室内模型试验（与上述 模型箱试验[9]相比，采用更大的模型箱与不同的试 验方案） ， 寻求高能量冲击作用下淤泥土压与孔压变 化特征， 特别是力与位移作用能量传递及分布规律， 以对淤泥类地基的静动力排水固结法加固机制有更 深入了解和认识，为该法的优化设计及施工提供指 导及依据，特别为客观评估其处理深度及效果提供 借鉴，同时为理论发展提供基础。
收稿日期：2014-11-27 基金项目：国家自然科学基金资助项目 (No. 51178122)。 第一作者简介：李彰明，男，1955 年生，博士，教授，长期在第一线从事岩土力学及软基处理等方面研究工作。E-mail: ukzmli@
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理原位监测中得到夯击下孔压增长及消散规律， 并 发现夯击下初始瞬时负超静孔压现象以及作用力， 以区别于一般土体、一定范围值的扩散角（即夯击 时夯锤中心延线与夯击影响边界线之夹角） 作用于 高含水率软黏土体； 韩选江等
=13 mm，高 h 12 mm；土压传感器 = 12 mm； h 5 mm； 试验共安设 16 个监测点， 其中孔压传感 器 11 个，土压传感器 5 个；传感器埋设前，再通过 流体压力对出厂标定系数进行检验以保证标定系数 的准确性。各传感器埋设于土样内设定的位置并静