蔡 巍，王新明，孫家軍

CAI Wei, WANG Xin-ming, SUN Jia-jun

（三一電氣有限責(zé)任公司，北京 102206）

0 引言

因沿海灘涂風(fēng)電開(kāi)發(fā)的需要，三一電氣自行開(kāi)發(fā)灘涂風(fēng)電施工設(shè)備，其底盤(pán)可在灘涂環(huán)境下自由行駛。但由于沿海灘涂土壤承載力差異較大，無(wú)法保證車(chē)輛在所有區(qū)域均滿足要求，故設(shè)計(jì)便攜式貝氏儀測(cè)量灘涂土壤承壓特性參數(shù)和剪切特性參數(shù)，進(jìn)而通過(guò)Bekker理論預(yù)測(cè)車(chē)輛的通過(guò)性，為車(chē)輛規(guī)劃好施工的安全區(qū)域。

1 試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)儀器介紹

灘涂土壤特性參數(shù)的測(cè)量采用自主設(shè)計(jì)的便攜式貝氏儀，如圖1所示。該儀器采用加壓剪切組合結(jié)構(gòu)，保證設(shè)備可用于承壓剪切兩個(gè)試驗(yàn)，一機(jī)多用；其大部分零部件全部采用鋁合金材料，大幅減輕設(shè)備重量；其支架采用可折疊結(jié)構(gòu)，試驗(yàn)時(shí)展開(kāi)用于試驗(yàn)測(cè)量；試驗(yàn)結(jié)束，支架折疊收起，攜帶方便；此外，采用便攜式數(shù)據(jù)采集儀等數(shù)字化儀器記錄測(cè)量數(shù)據(jù)，方便快捷。

圖1 土壤參數(shù)測(cè)量?jī)x器-便攜式貝氏儀

根據(jù)測(cè)量要求，貝氏儀配有4種測(cè)頭，3種用于土壤承壓特性參數(shù)的測(cè)量，1種用于剪切特性參數(shù)測(cè)量。其測(cè)頭的參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 測(cè)頭類型

1.2 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)所在灘涂區(qū)域的平坦路面土壤強(qiáng)度較大，只在潮水溝位置土壤強(qiáng)度較弱，且土壤總體強(qiáng)度隨測(cè)量點(diǎn)距海堤公路的距離增大逐漸遞減，由于灘涂風(fēng)電施工位置在離岸3km左右。故分別在距沿海公路2公里、3公里的地方進(jìn)行試驗(yàn)，在2km處取平坦堅(jiān)實(shí)路面的的土測(cè)量；在3km處取較軟點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量,軟土點(diǎn)選在潮水溝的坡道上。具體路面環(huán)境見(jiàn)圖2～圖3。

圖2 離岸2km平坦路面

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

圖3 離岸3km潮水溝

2.1 承壓特性參數(shù)的計(jì)算

對(duì)壓板試驗(yàn)的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析處理，分別得到壓板沉陷量z和壓力傳感器的測(cè)量出的壓力Fc。根據(jù)式(1)計(jì)算出各壓板的接地比壓。

式中 p——壓板接地比壓(kPa)；Fc——傳感器讀數(shù)值，需根據(jù)測(cè)量電壓值轉(zhuǎn)換為壓力值(kN)；Fe——測(cè)頭重量，隨測(cè)頭型號(hào)變化而變化，具體見(jiàn)表1，d——測(cè)頭的直徑。

以沉陷位移z為橫坐標(biāo)，壓板接地比壓p為縱坐標(biāo)，畫(huà)出各壓板的p-z曲線。

圖4 壓板沉陷曲線

但對(duì)K(1/b)進(jìn)行線性化處理時(shí)，kφ出現(xiàn)負(fù)值，這使得b很大時(shí)，出現(xiàn)負(fù)壓力和負(fù)沉陷，所以傳統(tǒng)Bekker模型不適用于該灘涂區(qū)域[1,2]。

由于沉陷指數(shù)n可常數(shù)化，故采用南方水田模型進(jìn)行處理：

式中 b——壓板的半徑(m)；

K1——土壤變形模量(N/m(n+2))；

K2——土壤變形系數(shù)(m)；

p——接地比壓(kPa)；

z——壓板的深陷深度(m)。

表2 承壓特性參數(shù)表

2.2 土壤剪切特性參數(shù)的計(jì)算

根據(jù)剪切盤(pán)剪切土壤時(shí)的正壓力值確定該次試驗(yàn)接地比壓p，并將剪切過(guò)程中扭矩出現(xiàn)的峰值確定為剪切扭矩，并根據(jù)式（3）計(jì)算出剪切應(yīng)力 。

式中 M——扭矩值(N.m)；R——剪切盤(pán)外徑：60mm；r——剪切盤(pán)內(nèi)徑：41mm。

圖5 土壤剪切特性曲線

根據(jù)式（4）[1]對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸分析：

回歸分析結(jié)果列于表3中。

表3 剪切特性參數(shù)表

3 結(jié)論

1）通過(guò)在灘涂現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行原位試驗(yàn)，獲得的土壤的承壓剪切特性參數(shù)，試驗(yàn)結(jié)果客觀上反映了灘涂土壤的承壓和剪切特性，為灘涂施工設(shè)備的通過(guò)性判斷和后續(xù)設(shè)備設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)提供依據(jù)。

2）對(duì)于江蘇如東灘涂土壤，傳統(tǒng)Bekker承壓模型不適用，可采用南方水田土壤承壓模型進(jìn)行參數(shù)擬合。

[1]陳秉聰.土壤-車(chē)輛系統(tǒng)力學(xué)[M].中國(guó)農(nóng)業(yè)技術(shù)出版社.

[2]談黎虹,程國(guó)耀.海涂土壤承壓模型的建立[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào),2002,284:440-444.