岩土力学 ›› 2020, Vol. 41 ›› Issue (3): 886-894.doi: 10.16285/j.rsm.2019.0483

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

循环荷载下竖向土拱演化规律试验研究

毕宗琦1,宫全美1,周顺华1,程茜1, 2   

  1. 1. 同济大学 道路与交通工程教育部重点实验室,上海 201804;2. 远洋控股集团有限公司,上海 200335
  • 收稿日期:2019-03-10 修回日期:2019-07-29 出版日期:2020-03-11 发布日期:2020-05-25
  • 通讯作者: 宫全美,女,1967年生,博士,教授,博士生导师,主要从事岩土工程、线路工程系统动力学、轨道交通结构设计理论与施工技术等方面的研究。E-mail: gongqm@tongji.edu.cn E-mail:bizongqi@tongji.edu.cn
  • 作者简介:毕宗琦,男,1992年生,博士研究生,主要从事铁路路基工程、动力安定性分析方面的研究工作。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(No.41472247);国家留学基金资助(No.201806260145)。

Experimental study of the evolution law of vertical soil arch under cyclic loading

BI Zong-qi1, GONG Quan-mei1, ZHOU Shun-hua1, CHENG Qian1, 2   

  1. 1. The Key Laboratory of Road and Traffic Engineering of Ministry of Education, Tongji University, Shanghai 201804; 2. Sino-Ocean Group Holding Limited, Shanghai 200335
  • Received:2019-03-10 Revised:2019-07-29 Online:2020-03-11 Published:2020-05-25
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China(41472247) and China Scholarship Council(201806260145).

摘要: 土拱效应广泛存在于结构?土相互作用体系中,并不可避免地受到动荷载的影响。为探究循环荷载下土拱的演化过程,开展了循环加载下的活动门试验,结合粒子图像测速法(PIV),对土拱的结构形态、位移场及竖向应力的变化规律进行了分析。结果表明,初始土拱形成时活动门上方产生三角形脱空区,施加循环荷载后该结构边界逐渐沿竖向延伸并向填土表面发展,位移场影响范围呈扇形向两侧扩大。根据初始差异沉降的不同,土拱的发展演化呈现出最终状态的差异:达到新的稳定状态,或发生失稳破坏。循环荷载下,初始活动门位移较大时土拱更易趋于破坏,表现为脱空区贯通填土表面并形成竖向滑裂面。土拱结构的稳定性受到脱空区土体堆积对其下边界的支撑作用影响。

关键词: 土拱, 活动门试验, 循环荷载, 粒子图像测速法, 稳定性

Abstract: Arching effect is a common phenomenon in the systems of soil-structure interaction, and has been found to be inevitably affected by dynamic loading. The present study is devoted to investigate the evolution process of soil arch under the cyclic loading. To this end, a series of tests was conducted by using a trapdoor apparatus equipped with a cyclic loading system. By using particle image velocimetry (PIV) together with a set of dynamic load cells, evolution behaviors of the soil arch are observed and analyzed, including the geometric features, particle displacement fields and variation of vertical stresses. Based on the test results, it is found that the settlement of moving gates generates a void area over the trapdoor with a triangular boundary as the soil arch is initially formed. After applying cyclic loads, the structural boundary of the void area gradually extends vertically and moves upward to the filling surface, while the displacement region spreads in a fan-shaped patterns and extends to the sides with increasing base angles. Depending on the differences of initial trapdoor displacements and cyclic loads, two typical categories of the final stability of soil arch under cyclic loading are identified in the tests, namely the new stable cases and collapse cases. The results show that soil arch with a larger initial trapdoor displacement is more likely to experience a final collapse, as the void area extends along the filling height and a vertical slip surface is generated. The stability of soil arch under is related to the supporting effect of the accumulated soil within the void area to the lower boundary of the soil arch.

Key words: soil arch, trapdoor test, cyclic loading, particle image velocimetry, stability

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