超大型深水沉井下沉及渗流的离心模型试验研究

摘要

以世界最大深水沉井基础为原型,通过离心机再现原型应力场,模拟沉井在埋深超过30 m后的下沉过程和吸泥引起的渗流场,结合原型沉井实测数据对比分析沉井下沉期间的受力,发现超大型深水沉井侧压力分布主要特点为在台阶处较小,刃脚附近存在应力松弛,台阶上下区段均存在应力集中且台阶以下更明显。沉井下沉时侧阻大于接高时,并根据侧压力分布特性给出了沉井竖直状态下侧阻的计算方法。结合渗流数据,分析得出吸泥会使侧壁下部土体变得松散,侧压力大幅减小并与渗透力负相关。当沉井受力平衡时,渗流作用对侧阻平均值的变化影响较小,但对侧阻的分布形式影响较大,并可能打破沉井的受力平衡状态引起翻砂突沉。沉井下沉时对侧壁土体的挤压会引起部分土体应力集中和超静孔压的上升;下沉结束后,部分超静孔压沿排水路径迅速消散,侧壁土体整体上发生竖向固结,由下沉引起的部分挤土应力集中会缓慢消散。