深水位地下渗流诱发的地面塌陷模型试验

摘要

为研究深水位渗流侵蚀致塌问题,设计了一种常水头平面应变试验装置,测试不同土样的物理特性,观测塌陷的形成过程,探讨含水量、黏土含量、盐粒级配对空腔尺寸、模型表面沉降以及塌陷状态的不同影响。试验结果表明:土样的力学性能和渗透系数均会随土样成分的不同而产生较大波动;试验过程可分为空腔水下扩展、空腔水上扩展、模型塌陷3个阶段,最终塌陷形成塌陷坑与松动区;含水量通过影响毛细吸力和吸附吸力,使各组空腔扩展速率、沉降量增速以及塌陷状态都表现出较大的差异;黏土提升了土体强度,沉降总量、试验总时长与黏土含量成正相关,塌陷坑随着黏土含量的增高由漏斗型变为垂直型;盐粒的加入改变了土体力学性能和渗透系数,减缓了空腔扩展速率,增大了临界空腔面积,使塌陷模式发生转变,沉降量的增速与细粒盐质量占比成正相关;塌陷模式是临界空腔面积、塌落体面积、塌陷时排出模型的砂土面积、土体膨胀系数以及临界空腔的宽度共同作用的结果。