粘土中吸力锚沉贯阻力与土塞形成试验研究

国 振,王立忠,袁 峰

(浙江大学建筑工程学院,浙江 杭州 310058)

粘土中吸力锚沉贯阻力与土塞形成试验研究

国 振,王立忠,袁 峰

(浙江大学建筑工程学院,浙江 杭州 310058)

针对粘土中吸力锚沉贯的两个关键性问题——沉贯阻力和土塞形成过程,在自行研制的试验平台上进行一系列吸力锚沉贯室内模型试验。试验结果表明,负压抽吸对筒壁内部土体的影响较大,而对外侧土体的影响很小;由压力沉贯向吸力沉贯转换后,土体阻力会先降低,再随着沉贯的进行逐渐增大,并超过采用压贯方式的土体阻力;前期压贯深度的变化带来了不同的内部泥面下陷,这对吸力沉贯开始阶段的土塞发展影响不大,当土塞加速隆起后,压贯越深的情况土塞发展越迅速;在粘土中进行吸力沉贯时,API规范对最大容许吸力估算较为准确,但是需提供比API规范更大的沉贯吸力才能保持沉贯的进行,而且沉贯过程中土塞的高度大于由于筒裙下插置换土体所带来的高度。

粘土;吸力锚;沉贯阻力;土塞;内部吸力

Abstract:To investigate the insertion resistance and soil heave during caisson installation in soft clay,a seriesofmodel testsare carried outon the novel self-made testplatform.Based on these test results,some useful conclusions are drawn:the inner suction pressuremainly affects the soilmass inside the caisson,and it has little influenceon theoutside soil;while transferred from deadweight insertion to suction insertion,the suction caisson will encounter a lower soil resistance,but the resistance will increase quickly with further insertion and exceed the resistance during dead weight insertion;different insertion depths by dead weight can affect the developmentof soil heave;different insertion depthswill result in different sinking depthsof inner soil surface,which has little influenceon the developmentof soil heave at the beginning stateof suction insertion,but after the soil heave is accelerated,the development of soil heave ismore rapid in the case with deeper former insertion depth;while the caisson is inserted by suction pressure,the actual allowable suction is close to the suction calculated by APImethod,but larger suction is required for the caisson insertion than the suction by APImethod,and the height of soil heave is larger than the heave height caused by the soil displaced by the cross sectional area of the anchor.

Key words:soft clay;suction caisson;insertion resistance;soil heave;inner suction pressure

吸力锚基础是一种大型圆柱薄壁结构,其底部开口,上端封闭,并在顶部设有排气抽水口。吸力锚在原位安装时,首先在其自重和压载作用下下沉至海床一定深度,以形成足够的密封环境;然后,连接潜水泵通过排气抽水口进行抽水,使其在不断增加的锚筒内外压差的作用下缓慢贯入到设计深度。在整个安装过程中,需始终保持足够大的沉贯力,以克服吸力锚贯入所受到的海床阻力。在沉贯开始阶段,沉贯力由吸力锚自重和压载组成,为压力沉贯阶段;随后通过潜水泵抽水贯入时,还需额外加上由于锚筒内外压差所产生的下贯力,此为吸力沉贯阶段。其中,吸力沉贯阶段历来就是研究所关注的重点,也正是吸力锚区别于其他锚泊基础型式的主要特点之一。

在进行吸力沉贯时,除了吸力锚筒裙的不断下插扰动海床外,施加的吸力也会影响海床贯入阻力的大小。在砂性土海床中,内部吸力产生的渗流将显著降低砂土的有效应力和抗剪强度,从而大大减小贯入阻力[1-4]。对于粘土海床,API规范[5]和DNV规范[6]都给出了实现吸力锚沉贯所需求的最小吸力值的计算公式,公式将内部吸力等效为作用在吸力锚顶盖上的竖向均布静压力,未考虑吸力对海床贯入阻力的影响。Houlsby[7]认为施加吸力将减小沉贯时筒裙底边的端阻力,并给出了沉贯吸力的计算公式。EI-Sherbiny[8]认为吸力会减小内部土体与锚筒内壁的摩擦力,而对外壁土体几乎没有影响,总的贯入阻力与采用压贯方式的阻力差别不大。然而,Cao[9]和Rauch[10]试验研究都表明,吸力锚在粘土中进行吸力沉贯时,贯入阻力将明显大于采用压贯方式所需克服的阻力。海床贯入阻力的大小决定了实现吸力锚沉贯所需施加的吸力,而施加的吸力也在一定程度上影响了贯入阻力的大小。

此外,若沉贯时施加的吸力过大,将导致锚筒内部泥面过度隆起,进而与锚顶盖内表面提前接触,导致吸力锚无法贯入到设计深度,即出现所谓的“土塞现象”。“土塞现象”早在1980年在 Gorm Field(North Sea)[11-12]进行吸力锚现场安装时就已经出现,并且在很长一段时间限制了吸力锚的发展。因此,基于内部土体的稳定分析,API规范[5]、DNV规范[6]和Houlsby[7]分别给出了吸力沉贯时最大容许内部吸力值的计算公式。API规范和DNV规范都认为在进行吸力沉贯时,若内部吸力小于容许吸力值,则筒壁下插所置换的土体全部进入其内部,产生的土塞体积与置换土体的体积相等。然而,Andersen[13]在离心机模型试验中发现当筒壁下插深度超过最终沉贯深度一半时,土塞隆起的高度就已经超过了由于置换土体进入所产生的高度。

吸力锚沉贯时海床阻力的变化和土塞的形成是影响吸力锚沉贯进行和最终沉贯深度的两个关键性问题。目前,国内关于吸力锚的试验研究大都集中在粉质粘土和砂性土海床[2-3,14-16],所采用的吸力锚模型的长径比都比较小(不大于2)。由于吸力沉贯时可利用的最大内外压差为工作水深的静力压力与大气压力之和,因此深水环境中往往采用较长的吸力锚,以满足更高的系泊力要求。我国海洋资源开发的重心正在逐渐向南海深水区转移,迫切需要针对粘土海床中较大长径比的吸力锚的沉贯过程展开深入的分析和研究。

1 试验仪器

1.1 吸力锚模型

图1 吸力锚模型Fig.1 The caissonmodel

如图1所示,试验所用吸力锚模型由无缝钢管加工而成,其自重为3.2 kg,主要由两部分组成:1)筒裙长度40.0 cm,外径8.8 cm,内径8.4 cm,在侧面布置有可连接缆索的眼板;2)顶盖厚度为2.5 cm,嵌入筒裙内2.0 cm,顶盖上有抽气排水口和多个预留孔,中心螺孔可连接竖向加载杆。

试验前,将4个微孔透水薄片粘贴在模型锚筒裙内外壁的不同位置(图1中I1,I2,O1和O2,分别距离筒裙底边2.0 cm和24.0 cm)。通过直径3.0 mm的PVC细管将微孔片与孔隙水压力传感器相连,可用于记录试验过程中孔隙水压力的变化。由多个微孔片、PVC细管和孔隙水压力传感器共同组成了孔隙水压力量测系统,在每次试验前都需对该系统进行排气饱和,以消除内部残留气体的影响。另外,在顶盖某一预留孔(图1中U位置)布置PVC细管与孔隙水压力传感器相连,记录吸力沉贯过程中的内部吸力变化。

1.2 试验槽与土体

试验槽如图2所示,其尺寸为3.0 m×1.2 m×1.5 m(长×宽×高)。槽内布置砂砾层排水系统,试验土体采用泥浆沉降法,粘土搅拌成浆后在其自重作用下沉降5个月,最终粘土层厚度约80 cm。

如图3所示,试验槽内DW,SP-1,SP-2和SP-3位置为模型锚沉贯试验点,其中DW为全程压力沉贯试验,SP-1,SP-2和SP-3为压力辅助吸力沉贯试验。图中其他位置进行槽内取土,十字板剪切和T-bar触探试验。试验土体的液限在43%和49%之间,塑限在24%和28%之间,土体的含水量和饱和重度如图4(a)和(b)所示。

图2 试验槽布置示意Fig.2 Layoutof the test tank

图3 槽内试验点分布Fig.3 Locationsof all testswithin the test bed

分别使用微型十字板剪切和T-bar触探的方法测定试验槽内三个位置(见图3)的土体不排水抗剪强度。其中,T-bar触探试验是近年来国际上常在原位软土海床和室内模型试验中采用的一种探测手段。本试验使用的T-bar探头半径4.0 cm,长25.0 cm,承载力系数NTbar取10.5(Stewart和Randolph[17])。不同试验方法得到土体不排水抗剪强度见图5(a)。考虑到试验槽内的土体深度有限,给T-bar触探测试土体灵敏度带来了一定困难,本试验只采用微型十字板剪切试验来确定,如图5(b)。

图4 土体的含水量及饱和重度随深度的变化Fig.4 Profiles of water content and saturated unit weight in the consolidated test bed soil

图5 土体不排水抗剪强度及灵敏度随深度的变化Fig.5 Profiles of undrained shear strength and sensitivity in the consolidated test bed soil

1.3 模型锚沉贯设备

1.3.1 压力沉贯设备

如图6所示,模型锚通过竖向杆与固定在试验槽上的油压控制加载设备相连,并设置荷载传感器和位移传感器量测压贯阻力和位移。对模型锚施加压力沉贯时,将锚顶盖的排气抽水口和预留孔全部打开,使其在自重与竖向加载作用下匀速贯入槽内土体中。

1.3.2 吸力沉贯设备

在实施吸力沉贯前,需先将模型锚压贯至泥面以下一定深度,以保证负压抽吸时可以保持内部的密封环境,压贯结束后将竖向杆与模型锚分离,移开压力沉贯设备。如图7所示,利用导向杆防止模型锚吸力沉贯时产生倾斜,并使用位移传感器记录沉贯位移;通过抽水管连接排气抽水口和储水桶,中间布置过滤网以防止大量粘土颗粒被抽吸至管道中;试验槽左侧为由闸阀,储水桶,真空表,荷载传感器和真空泵共同组成的负压抽吸系统。本试验通过真空泵对储水桶抽真空的方式来间接抽水,通过调节闸阀的开度来控制抽水速度,并利用荷载传感器记录储水桶中水重的变化。

图6 压力沉贯设备Fig.6 Deadweight insertion apparatus

图7 吸力沉贯设备Fig.7 Suction insertion apparatus

2 沉贯试验及分析

2.1 试验流程

模型锚沉贯试验的流程与吸力锚原位安装流程基本一致,主要包括压力沉贯和吸力沉贯两个阶段。具体操作步骤:

1)首先在模型锚不同位置粘贴微孔透水薄片(如图1所示),连接孔压量测系统并进行排气饱和;

2)打开排气抽水口和未使用的预留孔,连接模型锚与竖向加载设备,检查各类传感器;

3)调控竖向加载设备,使模型锚快速下沉至筒裙底边接触到泥面时停止;

4)所有传感器读数清零,将此时标记为采集试验数据的基准点;

5)调控竖向加载设备,使模型锚以约0.5mm/s的速度贯入到泥面以下某一设定深度后停止;

6)将排气抽水口与负压抽吸系统相连,通过真空泵加压向锚筒内缓慢注水,当观察到水从预留孔溢出时,马上关闭闸阀并封闭预留孔;

7)移开压力沉贯设备,布置竖直导向杆和位移传感器;

8)打开真空泵开始抽真空,同时观察储水桶真空表读数,当桶内负压产生时,小心调节闸阀开度,使模型锚尽量保持平稳匀速沉贯;

9)当锚顶盖内表面接触到泥面时,排气抽水口附近抽水管内会出现混浊泥浆,此时立即关闭闸阀,至此吸力沉贯结束。由于过滤网的存在,抽吸到泥浆后往往会出现淤塞,这将避免过度抽吸破坏锚筒内部土体,甚至将部分泥浆抽吸至储水桶中;

10)断开排气抽水口与抽水管,清理试验仪器。

需要注意,为了操作和观察的方便,试验过程中槽内水面仅保持在泥面以上约10 cm。

2.2 数据采集与处理

压力沉贯过程中采集的数据包括土体贯入阻力R(t)、沉贯位移D1(t)和孔隙水压力P1(t);吸力沉贯过程中采集的数据包括累计抽水重量W(t)、沉贯位移D2(t)、沉贯吸力S(t)和孔隙水压力P2(t)。其中,需对量测的沉贯吸力,孔压和累计抽水重量做一定的修正和处理。

2.2.1 吸力和孔压

如前文2.1步骤4)所述,当筒裙底边接触到泥面时,所有传感器读数清零。然而,在随后进行的模型锚沉贯过程中,在U、I2和O2没入水面以前,其各自高度的降低将带来所测的吸力和孔压值的变化。本试验所关注的是由筒裙下插扰动土体和负压抽吸所造成的吸力和孔压值的变化,因此需将采集的吸力和孔压数据减去由于高度降低所引起的变化量。

2.2.2 累计抽水重量

如图7所示,负压抽吸时通过荷载传感器称重储水桶,可直接测得累计抽水重量W(t)的变化。在试验中从开始负压抽吸一直到抽水管中出现混浊泥浆,抽取的水都较为清澈,故可估算累计抽水体积V(t)=W(t)/ρw,其中ρw为纯水的密度。另外,由于吸力沉贯的时间历程较短,因此可忽略粘土中水的渗流,认为最终的累计抽水体积与压贯结束时模型锚内部泥面以上的体积相等。

实施负压抽吸将同时带来模型锚向下沉贯和内部泥面向上隆起两种效应。假定模型锚内部泥面受力均匀且始终为一平面,故如图8所示,抽水等效位移E(t)=V(t)/Ain=h(t)+D2(t),其中Ain为锚筒内截面面积,h(t)为泥面隆起位移。因此,吸力沉贯过程中内部泥面位移h(t)=W(t)/ρwAin-D2(t)。

3 试验数据与分析

在试验槽内如图3所示位置进行了四组不同方式的模型锚沉贯试验,具体试验参数见表1,其中设定槽内平均泥面线为基准线,锚筒内部泥面在基准线以上为正,基准线以下为负。

表1 模型锚沉贯试验Tab.1 Caisson insertion tests

根据前文2.2的数据处理方法,首先对SP-2试验数据进行整理,分析了模型锚整个沉贯试验中的现象及其原因;然后通过分析试验DW、SP-1、SP-2和SP-3的数据,研究当前期压贯深度变化时,模型锚沉贯阻力,内部吸力发展和土塞隆起的情况。

3.1 SP-2试验结果

如图9所示,模型锚由筒裙底边触地开始以0.5 mm/s的速度匀速下贯,至泥面以下140 mm时停止;然后由压力沉贯方式向吸力沉贯方式转换,在转换过程中观察到模型锚有轻微的下沉;在吸力沉贯阶段,不断调节闸阀开度,尽量保持模型锚平稳匀速沉贯,至泥面以下298 mm时发现抽水管出现泥浆,立刻关闭闸阀,整个沉贯过程结束,最终土塞隆起的高度约为82mm。沉贯结束后,模型锚将继续下沉一小段距离后停止。

在压力沉贯阶段,沉贯力由锚自重和竖向加载设备的下贯力组成;在吸力沉贯阶段,沉贯力由锚自重和内部吸力组成。在整个沉贯过程中,模型锚基本保持匀速平稳下沉,故可认为沉贯力始终与土体贯入阻力平衡,从而得到了土体贯入阻力随着沉贯进行的变化曲线,如图10所示。可见,随着压贯深度的增加,土体阻力不断变大,在压力沉贯转换吸力沉贯时,模型锚经历了卸载再加载的过程,在吸力沉贯开始阶段土体阻力明显变小,然后随着沉贯的继续进行迅速增加。另外注意到,当模型锚沉贯到泥面以下约260mm时,土体阻力出现了一个突降点,结合图9发现在此深度位置,模型锚存在着沉贯速度先大幅降低再恢复下沉的过程。

图8 累计抽水重量分析Fig.8 Analysisof cumulativewaterweight during pumping

图9 模型锚沉贯全过程Fig.9 Thewhole insertion processof prototype caisson

吸力沉贯阶段为研究所关注的重点,图11给出了负压抽吸时模型锚上四个位置I1、I2、O1和O2(见图1)的孔压变化,以及U点内部吸力的发展情况。在开始负压抽吸之前,I2和O1都已没入泥面以下,筒裙下插引起的土体扰动使得所测孔压均略大于零,而此时I2、O2和U仍然在泥面以上,其读数均为零;随着抽吸的进行,锚筒内壁I1和I2点的孔压迅速减小,外壁靠近筒裙底边的O1点孔压有小幅降低,而O2点孔压有微小增加。可见,负压抽吸对锚筒内壁附近土体影响较大,而筒壁外侧土体受到的影响则很小。

图10 不同沉贯阶段的土体贯入阻力Fig.10 Soil resistance during different insertion states

图11 吸力沉贯过程中孔压变化Fig.11 Pore pressures during suction insertion

图12为吸力沉贯阶段的抽水等效位移E(t)和吸力沉贯位移D2(t)随时间变化的曲线。其中抽水等效位移曲线E(t)表现出了一定的波动性,这主要是由于锚筒内部水在被抽吸进储水桶时,将不可避免地对桶底产生一定的冲击和振荡,从而带来量测水重的变化,但是不会带来过大的试验累计误差。

如图12所示,在负压抽吸开始阶段,E(t)与D2(t)两条曲线几乎重合,这意味着内部泥面没有发生任何隆起,然而随着抽吸的进行,二者的分叉越来越明显。如前文2.2所述,二者差值为泥面隆起高度,最终土塞高度约为105mm,明显大于量测的土塞高度82mm。这是因为在吸力沉贯开始时,内部泥面的初始高度并不为零,而是存在着明显的下陷,这是在前期压贯时锚筒内壁对土体向下的摩擦力所造成的。假定内部泥面产生均匀下陷,则吸力沉贯开始前泥面下陷深度等于最终的抽水等效位移减去不考虑泥面下陷的锚筒内部高度。因此,对于SP-2试验而言,压力沉贯深度为140 mm,若不考虑泥面下陷的话,锚筒内部高度为240 mm,而根据图12可确定最终抽水等效位移约为265 mm,从而得到内壁摩擦力作用造成的内部泥面下陷深度约为25 mm,则最终土塞高度约为105-25=80 mm,这与试验量测结果82 mm较为接近,这也证明了试验数据处理方法的可靠性。

在吸力沉贯开始前,内部泥面下陷了约25 mm,因此泥面高度为h(t)=E(t)-D2(t)-25。同时根据图9中吸力沉贯深度随时间的变化曲线,可以得到内部泥面高度随着吸力沉贯深度增加的发展曲线,如图13所示。图中虚线为API规范[5]和DNV规范[6]中假定土体不产生体积变形,且筒裙下插所置换的土体全部进入模型锚内部所引起的泥面隆起高度。尽管存在由于水流冲击振荡引起的波动,仍然可以发现,在吸力沉贯开始阶段,内部泥面发展较为缓慢,隆起高度小于置换土体进入内部所带来的高度;当沉贯深度在临近220mm时,泥面隆起超过了置换作用引起的高度;当沉贯深度超过230 mm后,出现了比较明显的拐点,此后内部泥面开始加速隆起。另外,结合图10,11和13可以发现,在泥面以下约260 mm出现内部吸力突降,除了前文所述下沉速度大幅降低再恢复的影响外,此时也正是土体大量进入锚筒内部,内部泥面加速隆起的阶段,也在一定程度上也减缓了内部吸力的发展。

图12 抽水等效位移和吸力沉贯位移Fig.12 Equivalent displacement induced by pumping and suction insertion displacement

图13 内部泥面隆起随沉贯深度的发展Fig.13 Developmentof inner soil heave during insertion

3.2 其他不同沉贯方式的试验结果

图14为采用不同沉贯方式的四组试验DW、SP-1、SP-2和SP-3的模型锚沉贯全过程。其中,DW为全程压力沉贯试验,最终下贯至锚顶盖上表面与泥面齐平,此时发现锚筒内部的泥面下陷现象约55 mm;而SP-1、SP-2和SP-2为不同压贯深度的模型锚吸力沉贯试验(见表1)。所有试验的压贯过程均保持约0.5 mm/s的下贯速度,吸力沉贯时间SP-1为376 s,SP-2为358 s,SP-3为486 s。

3.2.1 土体贯入阻力的比较

如图15所示,在四组试验的压力沉贯阶段,土体贯入阻力随深度的变化曲线差别不大。在SP-1,SP-2和SP-3试验中由压力沉贯向吸力沉贯转换后,都存在一个明显的土体阻力减小段,此时土体阻力均小于压贯试验DW中相同深度处的土体阻力;随着沉贯深度的增加,土体阻力逐渐逼近并超过压贯试验DW中相同深度处的土体阻力。可见,在吸力锚在粘土中吸力沉贯时,存在一个土体阻力先减小后增加的趋势,最终的土体阻力将超过采用压力沉贯时的土体阻力,同样的现象出现在Rauch[10]的沉贯模型试验中。

图14 不同方式的模型锚沉贯过程Fig.14 Caisson insertion processes by differentmethods

图15 不同沉贯方式的土体阻力Fig.15 Soil resistance profiles for different insertionmethods

3.2.2 土塞发展的比较

图16为在不同压贯深度时,内部泥面隆起随着沉贯深度的发展趋势,图中虚线为筒裙下插置换作用所带来的泥面隆起。由图中可见,试验SP-1压贯深度较小,内部泥面仅有轻微下陷,当负压抽吸刚开始时,土塞隆起趋势与置换作用曲线较为一致,但随着沉贯深度的增加,逐渐超过了置换作用所带来的隆起高度,并在吸力沉贯至泥面以下约150mm时土塞开始加速隆起;SP-2和SP-3试验前期内部泥面下陷较大,在吸力沉贯开始阶段,泥面隆起速度均较慢,沉贯至泥面以下大约220 mm和250 mm时,土塞隆起高度超过置换作用所引起的高度,泥面以下约230 mm和275 mm深度处出现内部土塞加速发展的拐点。在三组不同前期压贯深度的试验中,最终的土塞高度都远远超过了由置换作用所带来的土塞隆起高度,其中SP-1的土塞高度最大,其次为SP-2、SP-3的土塞高度最小。在土塞开始加速隆起的拐点之前,SP-1、SP-2和SP-3试验中的土塞隆起趋势差异并不明显,主要区别在于土塞加速隆起之后的发展过程,SP-3的土塞隆起速度最快,SP-2其次,SP-3最慢。

3.2.3 试验结果与API规范的比较

由于内部土塞的形成与吸力的施加密切相关,图17给出了在吸力沉贯阶段锚筒内部的吸力变化曲线。因为本试验采用的模型锚筒壁较光滑,需考虑粘土与筒壁的界面摩擦的影响[6,18],因此对API规范[5]的公式做了一定修正,图17中虚线为计算得到的沉贯需求吸力和容许吸力值,其中土体参数见图4和图5,计算公式及参数选取见表2。DNV规范与API规范中关于沉贯吸力的计算方法几乎一致,而Houlsby[7]给出的公式中参数较多且难以确定,不予考虑。

结合图16和图17中SP-1、SP-2和SP-3的试验数据,可以发现,当施加的吸力达到规范需求吸力时,模型锚开始产生下沉,可见API规范对吸力沉贯启动时的需求吸力估算较为准确,此时内部吸力较小,与规范中将吸力等效为竖向静压力的假定基本相符;随着沉贯的进行,内部吸力对海床阻力的影响逐渐增加,实际沉贯的吸力明显大于规范需求吸力,而且在达到规范容许吸力之前,内部土塞的高度就超过了由于置换作用所带来的高度,这与Andersen[13]的试验研究结果相吻合;沉贯继续进行,SP-1、SP-2和SP-3试验中的内部吸力分别在泥面以下大约160mm、225mm和275mm深度处达到了规范容许吸力,与图16曲线相比较,发现差不多在相同深度,内部泥面开始产生加速隆起,认为此时内部土体发生反向承载力破坏。在土塞加速隆起的过程中,模型锚仍保持继续下沉,一直到锚顶内表面与泥面接触为止。

表2 沉贯需求吸力和容许吸力Tab.2 Required suction and allowable suction

图16 不同沉贯方式的内部泥面隆起Fig.16 Inner soil heave for different insertionmethods

图17 不同沉贯方式的内部吸力变化Fig.17 Variation of inner suction for different insertionmethods

可见,在进行粘土中吸力锚沉贯时,API规范对内部土体发生反向承载力破坏时的容许吸力估算较准确,但是往往需要提供比采用API规范得到的更大的沉贯吸力,且整个吸力沉贯过程中土塞的隆起高度明显大于规范计算的结果。内部土塞的发展应作为吸力沉贯时施工控制的关键性技术指标,对其进行实时监控,以避免过高的土塞带来施工上的不便和经济上的损失。

4 结 语

1)利用自行研制的室内模型试验平台进行了吸力锚在粘土中的沉贯试验,采集并分析土体贯入阻力,沉贯位移,孔压变化,内部负压和土塞隆起等试验数据,试验结果为粘土中的吸力锚的沉贯安装提供了有借鉴性的指导;

2)在吸力沉贯过程中,负压抽吸作用对模型锚内部土体的影响很大,而对筒壁外部土体的影响很小;

3)在压力沉贯向吸力沉贯转换后,土体阻力会先变小,随着沉贯的进行再逐渐增大,并最终超过采用压力沉贯方式时的土体阻力;

4)进行室内小尺度模型锚沉贯试验时,不同的压贯深度带来了不同的初始泥面下陷;在随后的吸力沉贯过程中,开始阶段不同压贯深度的土塞发展趋势差别不大,当土塞加速隆起后,压贯越深的情况,土塞发展越迅速;

5)API规范对最大容许吸力的估算较为准确,但是实际沉贯时往往需要提供比API规范更大的内部吸力,且沉贯时土塞的高度明显大于规范计算结果。

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An experimental investigation of insertion resistance and soil heave during caisson installation in soft clay

GUO Zhen,WANGLi-zhong,YUAN Feng
(College of Civil Engineering and Architecture,Zhejiang University,Hangzhou 310058,China)

P75

A

1005-9865(2011)01-0009-09

2010-07-26

国家自然科学基金资助项目(50779061)

国 振(1982-),男,山东淄博人,博士生,主要从事岩土工程与海洋基础研究。E-mail:nehzoug@163.com