Page 60 - 水利学报2021年第52卷第1期

条上安置透水板和土工布。
模型的位移场采用非接触量测系统测定，摄像装置设置在离心机挂斗一侧，试验过程中，摄像
系统通过有机玻璃板拍摄照片和视频，记录模型土体的变化，图像精度达亚像素级。试验结束后，
采用清华大学开发的 GIPSv3.4 软件对图像上的位移标志点进行分析，测定模型土体在不同离心加速
度下的时空位移。
3.5 模型设计和制作 轻量土换填 1.5 m 模型的原状土部分与原状土样模型的制作方法相同。先将
选定的原状土样按照预定的尺寸切削平整，然后按照场地顺序将模型土样叠合整齐，其中，轻量
土换填模型将提前预制好的轻量土层放置在 Q 原状土层上，把叠好的模型放置在模型箱的中间位
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置，长边侧贴紧有机玻璃板，两侧用相同含水率、密度、土层类型的重塑土分层压实填充，每层
不超过 2 cm。
土样模型装好后，在模型与有机玻璃板接触的一侧贴一层白色的湿纸巾，将提前制好的泡沫标
志点用大头针嵌入模型中，使模型量测区域形成白色与棕色的色彩差，便于追踪模型标志点的位移
变化。模型浸水饱和时，水分通过透水板上的孔洞均匀渗入模型内，直至充分饱和。制作好的轻量
土换填 1.5 m 模型土层分布及厚度见图 2，其中，模型高度为 30 cm，左侧为土样模型装入模型箱照
片，右侧为安设标志点后照片。

图 2 轻量土换填 1.5 m 模型 图 3 模型加载时程变化曲线

4 试验结果分析

4.1 模型时程特征 试验以 5g 为步长，50g 离心加速度下，待压缩变形稳定后浸水饱和。模型为实
际场地缩尺 50 倍，取 50g 离心加速度下的沉降变形代表场地的总变形。
每 60 s 拍摄一次图像记录模型土体位移变化，沉降变形随时间变化过程见图 3。由于换填后模型
土样的结构强度和排水条件发生了变化，因此，原状和换填模型的变形稳定所需时间存在差异。
由图 3 可知，随着时间的增加，原状样模型和轻量土换填 1.5 m 模型的沉降发展速率一致，均经
历了缓慢—较快—缓慢的过程变化，且压缩变形稳定的历时一致，均为 38 min，但浸水后，模型沉
降变形稳定的历时不同，50g 离心加速度下，轻量土换填 1.5 m 模型比原状样模型先达到变形稳定状
态，轻量土换填 1.5 m 模型需 65 min，原状样模型需 76 min，且同级离心加速度下，换填模型的沉降
变形量始终小于原状样模型。
4.2 原状样模型变形特性 模型在垂直方向设置 12 排，水平方向设置 8 列，总计 96 个位移标志点，
通过图像采集软件获得模型在不同离心加速度下的变形过程。其中，顶层标志点的位移代表场地的
总变形，各排标志点的位移代表分层变形情况，反映变形随深度变化的情况。
（1）压缩变形特性。将模型在顶排、2、4、6、8、10 排的位移标志点，在 50g 离心加速度下的压
缩变形值绘图 4（a）。由图 4（a）可知，左侧变形量大于右侧，这是边界的影响，应采用中部标志点均

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