透明土体沉陷试验：管-土变形可视化研究

"透明沉陷土体中的管-土变形可视化试验系统研制" 透明沉陷土体中的管-土变形可视化试验系统是一种创新的研究工具，它旨在观察和理解沉陷土体中管道周围土壤的变形行为。该系统由徐平、张敏霞和崔文杰等人设计，发表于《河南理工大学学报(自然科学版)》2018年第37卷第1期。该试验系统的研发主要是为了解决沉陷土体中管周土体内部变形的可视化问题，为深入研究管-土相互作用提供技术支持。 试验系统的核心组成部分包括透明土箱、砂箱和底座。透明土箱使用玻璃砂作为固体颗粒材料，这种材料允许光线穿透，从而实现内部结构的可视化。同时，通过混合正十二烷和十五号白油（质量比为1:3.5）制备出透明的孔隙液，以填充土体的孔隙，使得整个土体在保持其原有物理性质的同时，增加了透明度。通过漏砂控制，可以模拟土体沉陷的过程，真实再现实际情况。 在实验过程中，使用激光照射透明土体产生散斑场切面，然后利用CCD数字相机连续拍摄沉陷过程中的图像。这些图像经过PIV（粒子图像测速）技术处理，可以分析土体变形前后的位移场，从而得到沉陷过程中管周土体的完整动态变化情况。 试验结果显示，管周土体在沉陷过程中表现出一系列特征性的变形模式。在管道顶部2~3倍管径的范围内，显著的土拱现象出现，表明土体向管道上方集中，形成支撑结构。同时，管道上部的土体在沉陷时呈现出向两侧"绕流"的运动，而下侧土体则发生较大下沉，逐渐与管道分离。这种分离导致管道失去下部土体的支撑，从而加剧了管道的挠曲变形，使得附加应力急剧增加。 这项工作的重要意义在于，它提供了一种新的研究方法来探究沉陷影响下的管-土相互作用机理，这对于理解和预测地下结构在沉陷土体中的行为至关重要。此外，该试验系统也为地下结构与土相互作用的模型试验研究开辟了新的途径，有助于优化地下工程的设计和施工，减少因沉陷引起的结构损坏和安全风险。 关键词：透明土；沉陷土体；散斑场；可视化 中图分类号：TU43 文献标志码：A 文章编号：1673-9787(2018)01-125-06 这个试验系统的发展不仅提升了沉陷土体研究的精度和深度，而且对于解决实际工程中的土体沉陷问题具有重要的理论指导和实践价值。通过这种方式，研究人员能够更直观地观测和分析管-土系统的变形过程，为未来的地下结构设计和灾害防治提供更加科学的依据。