宽级配珊瑚土落雨制模分层现象与控制方法

摘要

珊瑚土场地液化是港口工程和滨海设施及岛礁典型的地震灾害现象之一，而珊瑚土具有级配宽、细粒含量高和易破碎等特点。落雨法作为研究饱和模型场地与单元试验液化的重要制模手段，针对落雨法在制备珊瑚土地基模型时出现的分层问题，利用自主研制的大型落雨装置及高速摄像和PFC^3D离散元模拟，分析细粒含量、流量大小、落距和出砂口移动速度等因素对分层现象的影响，揭示分层现象的产生机理，并建立相应控制方法。研究结果表明：相对于落距和出砂口移动速度，细粒含量和流量是影响颗粒分层的主要因素。随着细粒含量的增加，分层现象逐渐减弱；随着流量的增大，分层现象逐渐明显；当落距和出砂口移动速度达到一定范围时，分层现象不会再随之增大而出现明显变化。高速摄像分析表明，粗细颗粒在出砂口移动时会出现粗细颗粒的分离，二者之间有着明显的分离界限，其结果表明，分层现象是在重力、空气拖曳力以及出砂口侧向移动的综合作用下产生的。利用PFC^3D离散元模拟落雨法制模的过程，模拟结果与试验结构及高速摄像分析结果高度契合，证明PFC^3D数值模拟方法的可行性。结合流量、落距和出砂口移动速度等影响因素，提出一种可有效控制落雨法分层现象的方法，为制备大型宽级配珊瑚土模型提供指导依据。

关键词

珊瑚土 / 宽级配 / 落雨法 / 分层现象 / 影响因素 / 控制方法