岩土力学 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (1): 99-108.doi: 10.16285/j.rsm.2022.0268

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

双层地基中气体聚集与土体变形机制的试验研究

郭凯丰,张仪萍   

  1. 浙江大学 建筑工程学院,浙江 杭州 310058
  • 收稿日期:2022-03-28 接受日期:2022-05-24 出版日期:2023-01-16 发布日期:2023-01-12
  • 通讯作者: 张仪萍,男,1973年生,博士,教授,主要从事软土地基和市政基础工程等方面的研究。E-mail: zhangyiping@zju.edu.cn E-mail:21912135@zju.edu.cn
  • 作者简介:郭凯丰,男,1997年生,硕士研究生,主要从事沉积层中气体聚集和突破机制的研究。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(No.51579219)。

Experimental study on the mechanism of gas accumulation and soil deformation in double-layered soil

GUO Kai-feng, ZHANG Yi-ping   

  1. College of Civil Engineering and Architecture, Zhejiang University, Zhejiang, Hangzhou 310058, China
  • Received:2022-03-28 Accepted:2022-05-24 Online:2023-01-16 Published:2023-01-12
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (51579219).

摘要: 采用层状硅酸镁锂(magnesium lithium phyllosilicate,简称 MLPS)透明土构建了上硬下软的双层地基模型,通过针孔注气来模拟沉积层中产生的气源,基于图像识别技术开展了地层气体聚集过程中气囊形态变化以及上层土体隆起变形的试验研究。结果表明:(1)气体在聚集过程中呈现出不同的气囊形态,上层土体的强度和高度决定了气囊突破的时间以及突破时的形态。(2)气囊形态、体积和压力的变化大致可分为两个阶段,第一阶段气囊体积、宽度基本呈线性增大,而气囊高度则由于底部收缩而逐渐减小,气压缓慢增大;第二阶段气囊宽度增加放慢,气囊体积膨胀速度加快,而气囊高度开始显著增加,气囊气压由最高点迅速降低。上层土体隆起的高度和宽度在第二阶段才开始明显增大。(3)气囊突破前的宽度、体积以及上层土体隆起宽度和高度与上层透明土的屈服强度、高度具有良好的拟合关系。(4)薄板理论可较合理地解释气体聚集引起的上层土体变形的机制,而中厚板理论则并不适用。

关键词: 双层地基, 层状硅酸镁锂透明土, 注气试验, 气体聚集与突破, 土体变形

Abstract: Magnesium lithium phyllosilicate (MLPS) transparent soil is used to build a double-layered soil model with upper hard and lower soft. The gas source generated in the sedimentary layer is simulated by pinhole gas injection. Based on the image recognition technology, the experimental researches on the shape change of gas and the uplift deformation of the upper soil in the process of gas accumulation in the formation are carried out. The results show that: (1) The gas presents different forms in the process of accumulation, and the time and shape of the gas breakthrough are determined by the strength and height of the upper soil. (2) The change of gas shape, volume and pressure can be roughly divided into two stages. In the first stage, the gas volume and width increase linearly, while the gas height decreases gradually due to the contraction of the bottom, and the gas pressure increases slowly; in the second stage, the increase of gas width is slowed down, the expansion speed of gas volume is accelerated, the height of gas begins to increase significantly, and the gas pressure decreases rapidly from the highest point. The height and width of the uplift of the upper soil begin to increase significantly in the second stage. (3) The width and volume of the gas before breakthrough and the uplift width and height of the upper soil have a good fitting relationship with the yield strength and height of the upper transparent soil. (4) The thin plate theory can reasonably explain the mechanism of upper soil deformation caused by gas accumulation, while medium thick plate theory is not applicable.

Key words: double-layered soil, magnesium lithium phyllosilicate (MLPS) transparent soil, gas injection test, gas accumulation and breakthrough, soil deformation

中图分类号: 

  • TU 411
[1] 张昕, 董浩, 徐迎迎, 王柳月, . 竖向循环荷载作用下砂土中单桩承载特性模型试验研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(3): 673-684.
[2] 郭景琢, 郑刚, 赵林嵩, 潘军, 张宗俊, 周强, 程雪松, . 多排孔注浆引起土体变形与孔压规律试验研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(3): 896-907.
[3] 王心博, 王路君, 朱斌, 王鹏, 袁思敏, 陈云敏, . 水合物储层伺服降压开采模型试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(9): 2360-2370.
[4] 史旦达, 俞快, 毛逸瑶, 原媛, 郝冬雪, 胡伟, . 松砂中双叶片螺旋锚上拔承载 及土体变形特性试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(11): 3059-3072.
[5] 王立安, 张家玮, 李奎奎, 刘生纬, . 饱和-非饱和土双层地基在振动压路机 作用下的振动响应[J]. 岩土力学, 2021, 42(11): 3182-3190.
[6] 鲍宁, 魏静, 陈建峰. 桩承式路堤土拱效应三维离散元分析[J]. 岩土力学, 2020, 41(S1): 347-354.
[7] 江留慧, 李传勋, 杨怡青, 张锐. 变荷载下双层地基一维非线性固结近似解析解[J]. 岩土力学, 2020, 41(5): 1583-1590.
[8] 李红坡, 陈征, 冯健雪, 蒙宇涵, 梅国雄, . 双层地基水平排水砂垫层位置优化研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 437-444.
[9] 史旦达, 毛逸瑶, 杨勇, 原媛, 郝冬雪, . 基于DIC技术的砂土中圆形锚板上拔土体 变形特性试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(10): 3201-3213.
[10] 李传勋,董兴泉,金丹丹,王玉林,. 考虑起始坡降双层地基的大应变非线性固结[J]. , 2018, 39(5): 1877-1884.
[11] 张 昕 ,乐金朝,刘汉东,. 砂土中群锚锚周土体变形特性模型试验研究[J]. , 2016, 37(S1): 240-248.
[12] 董兴泉,李传勋,陈蒙蒙,张 军,谢康和,. 考虑非达西渗流的双层软土地基大变形非线性固结分析[J]. , 2016, 37(8): 2321-2331.
[13] 郑 刚,周海祚,程雪松,刘景锦,郑帅群, . 砂-黏土双层地基极限承载力的数值研究[J]. , 2016, 37(5): 1475-1485.
[14] 王志丰 ,沈水龙,谢永利,. 水平旋喷桩施工引起周围土体变形分析[J]. , 2016, 37(4): 1083-1088.
[15] 王 威,王建华. 高能强夯下地基土体的变形特性[J]. , 2015, 36(S1): 315-319.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 夏栋舟,何益斌,刘建华. 刚性桩复合地基-上部结构动力相互作用体系抗震性能及影响因素分析[J]. , 2009, 30(11): 3505 -3511 .
[2] 甄文战,孙德安,段 博. 不同应力路径下超固结黏土试样变形局部化分析[J]. , 2011, 32(1): 293 -298 .
[3] 邬 凯,盛 谦,梅松华,李 佳. PSO-LSSVM模型在位移反分析中的应用[J]. , 2009, 30(4): 1109 -1114 .
[4] 刘 镇,周翠英,朱凤贤,张 磊. 软岩饱水软化过程微观结构演化的临界判据[J]. , 2011, 32(3): 661 -666 .
[5] 罗耀武,胡 琦,凌道盛,陈 峥,陈云敏. 桩-土界面特性对砂土地基中抗拔桩承载特性影响的模型试验研究[J]. , 2011, 32(3): 722 -726 .
[6] 孙 冰,曾 晟,丁德馨,綦春明,喻 清. 低应变动测桩及锚杆中波的传播规律差异研究[J]. , 2011, 32(4): 1143 -1148 .
[7] 陈振华 ,李玲玲 ,王立忠 ,许 沿 ,杨 艺. 海堤加筋的分析测试与材料选用[J]. , 2011, 32(6): 1824 -1830 .
[8] 严耿升,张虎元,王晓东,杨 博,李 敏. 干旱区土建筑遗址冻融耐久性研究[J]. , 2011, 32(8): 2267 -2273 .
[9] 张 波 ,李术才 ,张敦福 ,李明田 ,邵冬亮. 简谐波在黏弹性介质中波动传播的应力场研究[J]. , 2011, 32(8): 2429 -2434 .
[10] 郭小红 ,陈飞飞 ,褚以惇 ,乔春江. 富水软弱带公路隧道支护技术研究[J]. , 2011, 32(S2): 449 -454 .