蔡 巍，王新明，孙家军

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

（三一电气有限责任公司，北京 102206）

0 引言

因沿海滩涂风电开发的需要，三一电气自行开发滩涂风电施工设备，其底盘可在滩涂环境下自由行驶。但由于沿海滩涂土壤承载力差异较大，无法保证车辆在所有区域均满足要求，故设计便携式贝氏仪测量滩涂土壤承压特性参数和剪切特性参数，进而通过Bekker理论预测车辆的通过性，为车辆规划好施工的安全区域。

1 试验方法

1.1 试验仪器介绍

滩涂土壤特性参数的测量采用自主设计的便携式贝氏仪，如图1所示。该仪器采用加压剪切组合结构，保证设备可用于承压剪切两个试验，一机多用；其大部分零部件全部采用铝合金材料，大幅减轻设备重量；其支架采用可折叠结构，试验时展开用于试验测量；试验结束，支架折叠收起，携带方便；此外，采用便携式数据采集仪等数字化仪器记录测量数据，方便快捷。

图1 土壤参数测量仪器-便携式贝氏仪

根据测量要求，贝氏仪配有4种测头，3种用于土壤承压特性参数的测量，1种用于剪切特性参数测量。其测头的参数见表1。

表1 测头类型

1.2 试验地点

试验所在滩涂区域的平坦路面土壤强度较大，只在潮水沟位置土壤强度较弱，且土壤总体强度随测量点距海堤公路的距离增大逐渐递减，由于滩涂风电施工位置在离岸3km左右。故分别在距沿海公路2公里、3公里的地方进行试验，在2km处取平坦坚实路面的的土测量；在3km处取较软点进行测量,软土点选在潮水沟的坡道上。具体路面环境见图2～图3。

图2 离岸2km平坦路面

2 试验结果分析

图3 离岸3km潮水沟

2.1 承压特性参数的计算

对压板试验的测量结果进行分析处理，分别得到压板沉陷量z和压力传感器的测量出的压力Fc。根据式(1)计算出各压板的接地比压。

式中 p——压板接地比压(kPa)；Fc——传感器读数值，需根据测量电压值转换为压力值(kN)；Fe——测头重量，随测头型号变化而变化，具体见表1，d——测头的直径。

以沉陷位移z为横坐标，压板接地比压p为纵坐标，画出各压板的p-z曲线。

图4 压板沉陷曲线

但对K(1/b)进行线性化处理时，kφ出现负值，这使得b很大时，出现负压力和负沉陷，所以传统Bekker模型不适用于该滩涂区域[1,2]。

由于沉陷指数n可常数化，故采用南方水田模型进行处理：

式中 b——压板的半径(m)；

K1——土壤变形模量(N/m(n+2))；

K2——土壤变形系数(m)；

p——接地比压(kPa)；

z——压板的深陷深度(m)。

表2 承压特性参数表

2.2 土壤剪切特性参数的计算

根据剪切盘剪切土壤时的正压力值确定该次试验接地比压p，并将剪切过程中扭矩出现的峰值确定为剪切扭矩，并根据式（3）计算出剪切应力 。

式中 M——扭矩值(N.m)；R——剪切盘外径：60mm；r——剪切盘内径：41mm。

图5 土壤剪切特性曲线

根据式（4）[1]对数据进行线性回归分析：

回归分析结果列于表3中。

表3 剪切特性参数表

3 结论

1）通过在滩涂现场进行原位试验，获得的土壤的承压剪切特性参数，试验结果客观上反映了滩涂土壤的承压和剪切特性，为滩涂施工设备的通过性判断和后续设备设计开发提供依据。

2）对于江苏如东滩涂土壤，传统Bekker承压模型不适用，可采用南方水田土壤承压模型进行参数拟合。

[1]陈秉聪.土壤-车辆系统力学[M].中国农业技术出版社.

[2]谈黎虹,程国耀.海涂土壤承压模型的建立[J].浙江大学学报,2002,284:440-444.