Deformation of centrifugal modelling process of piled embankments
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摘要: 桩承式路堤离心模型地基变形与试验过程紧密相关,通过激光测距法和图像分析法分别研究了各试验阶段复合地基沉降及断面变形的特点及机理。结果表明：1g下制模并使用提高离心加速度的方法模拟路堤堆载无法排除填筑阶段复合地基自身形变,因此高估了路堤填筑阶段的地基沉降量,并使得最终预测沉降预测偏大。在离心减速阶段及放置阶段,地基均有回弹,使用拆模后的断面变形测试数据将低估路中位置的沉降量,并高估坡脚水平位移及坡外隆起。本研究丰富了对桩承式路堤离心模型试验过程变形机理的认识。Abstract: The deformation of centrifuge modelling of piled embankments is closely related to the test process. The characteristics and mechanism of settlement and sectional deformation of composite foundation at each testing stage are investigated by the laser ranging method and the image analysis method. The results show that it is impossible to eliminate the deformation of the composite foundation itself during the filling stage by preparing the model under 1g and adopting the method of increasing the centrifugal acceleration to simulate the embankment surcharge. Therefore, the settlements of the foundation during the filling stage and the final settlement are both overestimated in the tests. The foundation rebound is shown at the centrifugal deceleration stage and placement stage under 1g. As a result, the settlement near the centerline of the road will be underestimated, and the horizontal displacement at the slope toe and the uplift outside the slope will be overestimated based on the measured deformation after the centrifugal tests. This study may enrich the understanding of centrifugal deformation process tests on piled embankments.
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0. 引言
随着经济发展，用于发展的土地供应短缺，特别是在山区沟壑等地[1]。为解决延安丘陵沟壑区农田面积匮乏问题，延安市政府采取“治沟造地”战略，即在流域的宽阔部位削斩山脚边坡，取土填沟筑坝，辅以排洪区和边坡生态治理等措施，建造良田，这种方法有利于发展现代农业，并且挖填方高差小，土方工程量小，工程造价低[2]。但是，由于黄土填方区在分段施工、分批施工中存在填方区新老交界面及不同压实度交界面，加之部分黄土地区雨季集中，填筑体、新老填方过渡区、边坡和填筑体的临空面等部位容易出现管涌、塌陷、崩塌、滑坡、不均匀沉降、裂缝等次生灾害[1]，特别是压实度低的填土在降雨时更容易发生破坏[3]，对人民生产生活造成了一定影响（图 1）。
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图 1 “治沟造地”工程管涌与裂缝破坏Figure 1. Piping and crack destruction in " gully control and land creation " projects目前国内外学者对填方工程的研究主要集中于重塑黄土的变形和渗水特性、黄土填方工程的工后蠕变沉降、湿陷沉降以及不均匀沉降，研究方法多为室内试验、现场原位试验、离心机模型试验、数值模拟、理论方法等。重塑非饱和黄土的变形、强度、渗水特性与干密度、基质吸力、饱和度有关[4-5]。张豫川等[6]、葛苗苗等[7]分析了含水率、压实度、固结压力对压实黄土蠕变特性的影响，建立了黄土高填方填筑体蠕变沉降本构模型。湿陷沉降导致的工后沉降比蠕变沉降大得多，主要受填方料类型、填方高度、填筑压实度及均匀度、初始含水率等的影响[8-9]。张瑞松等[10]指出不均匀沉降的主要影响因素为填方厚度和原始地形坡度，并提出压实填土地基差异沉降敏感度的概念来定性评价填土工程不均匀沉降程度。
在填方工程中，交界面带来的影响不容忽视，原状土–重塑土交界面的抗剪强度和抗渗强度均较小[11-12]。甄平福[13]在大型基坑浸水试验中发现挖填交界面和分层填筑面为填方体内水分的主要渗流通道，陡坡区的挖填交界面易受渗流侵蚀，从而使交界面两侧产生不均匀沉降。朱才辉等[14]指出强降雨条件下挖填交界面处会产生明显的差异沉降和剪切应变突变。
由于现场监测周期长、工作量大，相较于原位试验，土工模型试验的模型尺寸按照一定比例减小，大大节省了投入成本[15]。本文以武功黄土为研究对象，采用模型试验方法，通过建立不同压实度的黄土填方区物理模型，探究不同回填土压实度下黄土丘陵沟壑区治沟造地工程中的沉降变形及降雨入渗规律。研究结果对解决黄土区治沟造地等岩土工程实践中不均匀沉降问题提供较强的指导作用。
1. 降雨模型试验
1.1 试验用土
本试验用土取自陕西省武功县香尧村，取土深度3~5 m，其基本物理性质见表 1。
表 1 土样基本物理性质Table 1. Basic physical properties of soils颗粒相对质量密度 液限/% 塑限/% 塑性指数 最大干密度/(g·cm-3) 最优含水率/% 2.72 33.7 18.9 14.8 1.76 17.5 1.2 试验装置
本试验采用自制人工降雨试验装置，由模型箱、人工降雨系统和监测系统3部分构成（见图 2）。模型箱内壁净尺寸为1.6 m（长）×0.8 m（宽）× 1.2 m（高）。人工降雨系统包括降雨架、降雨雾化喷头、转子流量计、控制阀等，整个降雨系统需在试验前进行降雨强度和均匀度的调试，保证85%的降雨均匀度。监测系统（见图 3）包括土壤温湿度传感器、环境监测主机、孔隙水压力传感器、静态应变测试仪。
1.3 试验方案
本试验降雨强度为0.4 mm/min，属于暴雨级别，降雨4.5 h后停止降雨，随后自由入渗24 h，总共监测28.5 h。模型四周及底部为不透水边界。初始填方区交界面坡度设置为45°，模型高度设置为1 m，固定回填土一侧压实度设置为80%，变化回填土一侧压实度分别取60%，70%，80%。具体试验方案见表 2。
表 2 降雨模型试验方案Table 2. Test programs for rainfall model试验方案编号 固定回填土压实度/% 变化回填土压实度/% 初始地形坡度/(°) 1 80 60 45 2 80 70 45 3 80 80 45 试验开始前，调整各个喷头的间距以及喷水角度，以保证85%的降雨均匀度[16]。将土样过10 mm筛，除去植物根系、树叶等，筛后按四分法取不同位置土样测定含水率，然后以最优含水率配制土样。
模型填筑采用夯实器械进行击实。试验开始前，先将凡士林均匀地涂抹在模型箱内壁，减少土体与模型箱之间的摩擦。变化回填土区一侧箱门可拆卸，将箱门打开后先填筑固定回填土区边坡，计算相应压实度所需土的质量，将按最优含水率配制的土样用铁锹铲入模型箱中，分层填筑夯实，以使土层密度保持均匀，每填筑5 cm进行一次夯实，层与层之间进行刮毛处理，以利于层间结合。每填筑25 cm进行一次传感器和示踪点的埋设。固定回填土区边坡填筑完成后进行削坡，随后安装箱门，按照相同步骤填埋变化回填土。
1.4 监测点位布置
监测内容为降雨条件下模型土体内部体积含水率和孔隙水压力变化、湿润锋发展、填方总体及分层沉降情况。通过分别测量降雨前、降雨结束及降雨结束24 h后模型土体表面距模型箱顶部距离来计算填方总体沉降；通过观测侧面沉降示踪点在不同时间节点的位置变化测定分层沉降，其中沉降示踪装置由保护罩、指示针、木柄组成。保护罩紧贴有机玻璃内壁，木柄与土体视为整体，跟随土体沉降产生移动。沉降示踪装置及其点位布置如图 4所示。
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图 4 沉降示踪装置及点位布置注: 1~21为示踪点编号。Figure 4. Settlement tracer device and layout of measuring points模型内土体体积含水率采用建大仁科公司生产的RS485土壤温湿度一体传感器进行测量，并通过监控主机进行储存及上传。土体孔隙水压力变化采用DMKY-4微型孔隙水压力计测量，将孔隙水压力传感器与静态应变测试仪和电脑主机连接来进行实时监测。所用传感器试验前均进行了标定。体积含水率传感器和孔隙水压力传感器点位布置如图 5所示。
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图 5 体积含水率及孔隙水压力传感器点位布置注: 1~16为含水率传感器编号(括号内外分别距两侧有机玻璃板20 cm,对称分布)，后文用W1~W16代替; WP1~WP8为孔隙水压力传感器编号(居中放置)Figure 5. Layout of measuring points for volumetric moisture content and pore water pressure sensors2. 试验结果分析
2.1 水分迁移规律
首先以试验方案1为例对降雨条件下交界面两侧填土区压实度不同时的水分迁移规律进行探究。固定回填土区体积含水率时程曲线如图 6所示，体积含水率传感器垂直方向由上至下依次为W15、W4、W2。由图 6（a）可知，水分在降雨1 h后达到25 cm深度处W15，随后在1~2.5 h内W15的体积含水率由18.3%迅速上升至34.6%，湿润锋附近体积含水率出现急剧变化[5]，2.5 h后体积含水率上升速率变小，降雨结束前仅增加1.5%并达到峰值体积含水率36.1%。降雨结束后，由于该层土体上方没有持续的水分补给，而水分又在向上蒸发的同时继续向下方入渗，W15的体积含水率在24 h内逐渐下降至24.8%。降雨后3 h水分到达第二层50 cm深度处W4，之后该处体积含水率快速上升，停止降雨时该层土体体积含水率没有平缓的迹象，说明上层土体继续为该层补给水分，降雨结束后土体体积含水率增加是上层土体自由入渗的结果，但体积含水率增加速率明显减少，在试验开始后5 h体积含水率达到27.2%，降雨结束24 h内逐渐下降至25%左右。虽然本层土体的水分会继续向下层入渗，但是由于W4上方有来自上层土体持续的水分补给，体积含水率下降比W15少，最终两个传感器的体积含水率趋于一致。在降雨结束时土体内水分未到达W2所在层土体，W2水分的上升依靠降雨结束后模型土体内水分的自由入渗，该层土体体积含水率在试验开始5 h后逐渐上升并在7 h时逐渐稳定，最终体积含水率达到25.7%，与W15、W4体积含水率趋近。
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图 6 方案1体积含水率时程曲线Figure 6. Time-history curves of volumetric moisture content in scheme 1图 6（b）为变化回填土区体积含水率时程曲线。变化回填土区与固定回填土区一侧相比，水分到达相应土层深度所需时间缩短，雨水入渗速率提高。雨水在降雨开始后1 h入渗至W14，即变化回填土区25 cm深度处，降雨4 h后达到峰值体积含水率33.9%，停止降雨后体积含水率逐渐在24 h内下降至27%。在降雨2 h时，50 cm深度处W13体积含水率开始出现明显上升，在随后的2 h内逐渐达到峰值体积含水率36.1%，最终在停止降雨24 h后降至29.3%。在降雨过程中，W14和W13峰值体积含水率附近都存在“骤增骤减”现象。与固定回填土区不同，降雨结束时水分已入渗至75 cm深度处土体，降雨3.5 h后，W7体积含水率开始上升，降雨结束后体积含水率基本保持不变，稳定在28.4%左右。
对比图 6（a）和图 6（b）可知，在降雨条件下交界面两侧填土区压实度不同时，固定回填土区25 cm深度处土体的入渗较变化回填土区相同深度滞后0.5 h以内，50 cm和75 cm相同深度处土体，固定回填土区滞后1.5~2.0 h，入渗速率明显小于变化回填土区。固定回填土区和变化回填土区25 cm深度处传感器在降雨结束前均达到峰值体积含水率，但固定回填土区一侧出现了36.1%的异常体积含水率，并且在降雨结束后出现了10%以上大幅体积含水率下降，这是因为在降雨过程中交界面上缘（即W15正上方）出现了由于沉降导致的裂缝并逐渐扩大，导致雨水沿裂缝入渗至土体内部，W15附近出现水分聚集，并在降雨结束后由于蒸发和入渗作用逐渐迁移。降雨停止后，固定回填土区和变化回填土区的50 cm深度处传感器体积含水率变化出现差异，固定回填土区一侧下降了2.1%，而变化回填土一侧下降了5.6%，原因为变化回填土区一侧的干密度较小，土颗粒之间的孔隙较大，雨水的渗流路径变短，雨水在土体中更容易找到渗流通道。
图 6（c）为不同压实度交界面体积含水率时程曲线。由图 6（c）可知，雨水入渗至交界面25 cm深度处W5的时间为降雨后0.5 h，并且在之后先迅速上升至22.8%，随后以约4%每小时的速率均匀上升至峰值体积含水率33.8%。在降雨过程中，水分入渗至W5所需时间较短，并且W5和W12单位时间体积含水率增加量均比两侧回填土大，说明在交界面附近存在优势流。降雨结束后，交界面50 cm深度体积含水率传感器水分流失速率比变化回填土区要大，主要是因为交界面上方水分在下渗至交界面时渗流路径发生了改变，其中一部分水分向固定回填土方向斜向入渗，一部分沿着交界面斜向下入渗形成优势流（如图 10所示）。
图 7为方案3体积含水率时程曲线。从图 7（a）~（c）可以看出，固定回填土区、变化回填土区、交界面25 cm深度处传感器的体积含水率均在降雨1.5~2.0 h开始上升，4.5 h达到峰值体积含水率并在降雨后下降约4%。在降雨3 h后，雨水入渗至50 cm深度处传感器。降雨结束0.5 h内，雨水入渗至75 cm深度。当两侧填土区压实度相同时，除了部分点位的初始体积含水率及峰值体积含水率有所差异，水分迁移规律大致相同。
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图 7 方案3体积含水率时程曲线Figure 7. Time-history curves of volumetric moisture content in scheme 3图 8为方案1孔隙水压力时程曲线。对比图 8（a）~（c）可知，在降雨开始前，土体为非饱和状态，降雨开始后，随着水分的不断入渗，土颗粒间的孔隙逐渐被水填充，土体饱和度增加，孔隙水压力增加，此时的孔隙水压力主要为静孔隙水压力[17]。伴随着降雨的继续入渗，上层土体自重应力增加，发生固结，此时土体被压缩，内部孔隙减小，孔隙水压力继续增大，此时的孔隙水压力主要为超静孔隙水压力。降雨结束后，伴随着上层土体的水分蒸发及向下渗流，孔隙水压力缓慢消散，土体继续发生固结沉降。由于模型下方没有设置排水，因此下层土体的孔隙水压力仍会有小幅度的增加。
值得注意的是，方案1中低压实度变化回填土区一侧3个不同深度处孔隙水压力传感器同样出现“骤增骤减”现象，对比图 6（b）和图 8（b）可知，相较体积含水率的“骤增骤减”现象，孔隙水压力的“骤增骤减”现象峰值滞后1.5~2.0 h，这是因为在非饱和土降雨入渗过程中，土体中的孔隙逐渐被水填充，体积含水率先升高达到峰值，随后土体由于自重应力的增加不断压缩，土体在压缩过程中孔隙水不断承受并传递压力，孔隙水压力才逐渐达到峰值，“骤增骤减”现象与土体固结有关。
图 9为方案3的孔隙水压力时程曲线。对比图 9（a），9（b），9（c）中50 cm深度处孔隙水压力传感器，发现固定回填土区WP2传感器、变化回填土区WP5传感器、交界面WP3传感器在降雨过程中孔隙水压力增长值分别为3.2，3.2，4.1 kPa，这说明虽然交界面两侧填土压实度相同，但是在交界面附近依然存在优势流，使交界面孔隙水压力增大，具有管涌、塌陷等破坏潜势。
对比两组试验的孔隙水压力，方案1中60%压实度变化回填土一侧WP8、WP5传感器孔隙水压力变化值明显大于方案3中80%压实度变化回填土，这是因为静孔隙水压力主要取决于地下水位的高度和无固结时的渗流，而超静孔隙水压力是由土体变形的趋势引起的，并常常伴随着土体的渗流固结[18]。两组试验除了压实度以外，其他初始条件相同，因此初始静孔隙水压力相差不大，但方案1中低压实度土体由于渗流产生的静孔隙水压力以及由于土体固结变形所产生的超静孔隙水压力值更大，因此孔隙水压力也更大。两组试验在交界面都出现了孔隙水压力的急剧增长，进一步证实了交界面存在优势流。
3组试验中各个点位传感器的水分迁移规律在试验时程内基本相同，在降雨过程中经历体积含水率上升阶段、饱和阶段、稳定阶段，由于压实度和回填形式不同导致各个阶段的体积含水率变化也不尽相同，低压实度土体内部孔隙数量更多，孔隙直径更大，渗流速率更快，同时孔隙水压力增幅也更大。土体由于固结沉降导致的超静孔隙水压力会使孔隙水压力峰值比体积含水率峰值滞后。
2.2 湿润锋运移
湿润锋是水分下渗过程中，土壤被湿润的先头部位与干土层形成的明显交界面，湿润锋运移是研究降雨入渗的一项重要指标。湿润锋运移受到土体的密度、初始含水率、降雨入渗补充等条件的影响。方案2中湿润锋运移如图 10所示。由图 10可看出，低压实度变化回填土区一侧的湿润锋运移快于固定回填土区，雨水在变化回填土区一侧先接触交界面，其中一部分水分沿交界面继续向下渗流，另一部分透过交界面向固定回填土区方向渗流，交界面处出现明显的过渡区。
图 11为湿润锋最大深度时程曲线。由图 11可知，整个降雨过程可分为3个阶段，降雨结束前Ⅰ、Ⅱ阶段湿润锋最大深度与时间成线性关系，试验初期Ⅰ阶段湿润锋运移速率较快，在降雨0.5 h后运移速率降低并逐渐稳定，这主要是因为试验初期土壤含水率较低，湿润锋与入渗边界之间的水势梯度较高，湿润锋运移速率较快，随着降雨不断入渗，湿润体含水率增大，入渗边界水势梯度降低并保持稳定[19]。降雨结束后Ⅲ阶段成指数型关系非线性增长，最终趋于稳定，湿润锋运移公式如下：
D={at1+hit1∈[0,tI)bt2+hmt2∈[0,tII)−c×e−dt3+hft3∈[0,tIII)(仅适用于本研究条件)。 (1) 式中D为湿润锋最大深度（cm）；tI，tII，tIII分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ阶段持续时间（h）；hi，hm为Ⅰ、Ⅱ阶段初始湿润锋深度（cm）；hf为最终湿润锋深度（cm）；a，b，c，d为拟合参数，a，b表示Ⅰ、Ⅱ阶段湿润锋运移速率（cm/h），c表示降雨结束后初始状态湿润锋深度距最终深度的大小（cm），1/d为弛豫时间（h），代表降雨结束后湿润锋运移减缓速率，1/d越大减缓速率越小。各拟合参数与土体的密度、初始含水率、降雨入渗补充等条件有关。在本试验研究条件下a=22.61，b=13.96，c=23.21，d=0.42，hi=0，hm=9.13，hf=82.46。
2.3 不均匀沉降规律
以两侧压实度差距较大的方案1和两侧无差距的方案3为例，分别讨论不同压实度差异情况下两侧土体的沉降规律。试验开始前对模型表面的高度进行测定，顶面高度在100±2 cm。方案1降雨开始前模型顶面等高线图及表面形态图见图 12（a），13（a）。试验开始4.5 h后停止降雨，再次对模型表面高度进行测定，图 12（b）为降雨过程沉降差等值线图。从图 12（b）中可知，垂直方向均为固定回填土的各个点位几乎没有沉降，而在填方交界面上方进行回填的各个点位均有不同程度的沉降，沉降量在0~13 cm之间，并且沉降值与该点位垂直方向的回填高度成非线性关系，关系式可用式（2）表示，填土高度与沉降量关系见图 14。在纯变化回填区域内，模型表面出现小型凹坑。降雨结束时模型顶面等高线图及表面形态图如图 12（c），13（b）所示，降雨结束24 h时模型顶面等高线图及表面形态图见图 12（d），13（c）。对比图 12（c），12（d）发现，降雨结束后至自由入渗24 h，土颗粒之间的孔隙水压力逐渐消散，土体进一步发生固结，沉降量在0~2 cm之间。综上可知，黄土填方的沉降主要发生在降雨期间，由于雨水的不断下渗，低压实度回填土颗粒之间的大孔隙逐渐被填充，土体由非饱和状态向饱和状态转化，土颗粒间吸力减小，发生错动、滑移、重新排列等变形[3]，同时孔隙水压力增加，自重应力增加，上部土层逐渐压密，产生不均匀沉降。降雨结束后，土体由于自重应力产生的沉降影响较小，这部分的沉降主要来自孔隙水压力的消散。
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图 12 方案1各阶段模型顶面等高线图Figure 12. Contour map of top surface of model at each stage in scheme 1![]()
图 13 方案1降雨结束前后模型表面形态图Figure 13. Surface morphologies of model before and after rainfall in scheme 1s=Aln(H+B)+C(仅适用于本研究条件)。 (2) 式中H为填土高度；s为沉降量；A，B，C为拟合参数，式中物理量按量纲为一处理。本试验研究中A=14.3，B=62.1，C=-59.3，拟合优度r2=0.9944。
方案3模型填筑高度仍为100±2 cm，总体来说，降雨前后模型顶面高度相差不大，但是整个模型顶面高度出现0~0.8 cm大小不一的升高，这可能与土体成分有关，在关中地区一些浅层无、弱自重湿陷性Q3黄土场地浸水后同样出现类似隆起变形现象[20]。
通过建立方案1、方案3填方区局部倾斜与填土高度的关系（见表 3），发现方案1中随着不同压实度交界面上方填土高度的增加，局部倾斜值先增加后降低，局部倾斜最大值靠近交界面上缘，并且交界面上缘（填土高度为0 cm）的局部倾斜值远大于交界面下缘（填土高度为100 cm），易发生交界面的破坏。而方案3中新老交界面上方填土局部倾斜值均小于1%，说明提高两侧回填土均匀度可有效减小填方工程中的不均匀沉降。
表 3 填方区局部倾斜Table 3. Local incline of fill areas方案1 方案3 填土高度/cm 局部倾斜/% 填土高度/cm 局部倾斜/% 0 11.11 0 0.67 10 15.67 10 0.44 20 16.17 20 0.67 30 19.39 30 0.33 40 15.06 40 0.06 50 13.50 50 0.39 60 13.06 60 0.67 70 10.78 70 0.83 80 9.28 80 0.33 90 5.22 90 0.94 100 1.44 100 0.44 由于方案1降雨后沉降规律最为明显，因此利用示踪点研究方案1中土体内部的位移变化，采取#10，#14，#18，#7共4个典型位置的示踪点进行讨论，其中#10，#14，#18示踪点与交界面的水平距离相等（见图 4）。图 15为降雨结束24 h后的典型示踪点位置图，图中#10，#14，#18示踪点均有着不同程度的垂直位移与水平位移，并且随着土体深度的增加，其垂直位移与水平位移逐渐减小，到最下层#18示踪点时水平位移已接近0。出现水平位移说明回填土有沿着交界面发生剪切破坏的趋势。在固定回填土–变化回填土交界面附近的#7示踪点由于交界面的摩擦阻力，既没有产生水平位移也没有产生垂直位移。
图 16为降雨前后模型俯瞰对比图，从图中可发现方案1降雨后土体表面出现大小、长短不一的裂缝，这是由于交界面上方产生了不同程度的沉降，差异沉降和拉张应变是裂缝产生的直接原因[21]。降雨结束后最大裂缝宽度达3.6 cm，最大裂缝长度80 cm，贯穿整个模型顶部横截面，位置在固定回填土区–变化回填土区交界面上缘附近。方案2和方案3在降雨后未出现明显裂缝，说明提高回填土压实度可以明显改善填土过渡区由于降雨导致的不均匀沉降裂缝。
3. 结论
本文针对治沟造地工程建设中填方区新老交界面及不同压实度交界面的不均匀沉降及降雨入渗问题，采用降雨模型的试验方法，对不同压实度黄土填方区水分迁移规律、湿润锋运移以及不均匀沉降规律开展了相关研究。主要结论如下：
（1）回填土压实度越低，其雨水下渗的速率越快。由于压缩固结的原因，低压实度填土的体积含水率和孔隙水压力在峰值附近存在“骤增骤减”的现象，孔隙水压力的升降明显滞后于体积含水率。
（2）在暴雨条件下，降雨期间湿润锋最大深度与时间成线性关系，降雨结束后成指数型关系，湿润锋在交界面附近出现明显的过渡区，交界面附近存在雨水渗流通道，孔隙水压力值增幅较大，具有管涌、塌陷等破坏潜势。
（3）交界面两侧填土区压实度差越大，土体的差异沉降越大。交界面上方土体总沉降与填土高度成非线性关系，随着交界面上方填土高度的增加，局部倾斜值先增加后降低，并且不同压实度交界面上缘的局部倾斜值远大于交界面下缘，局部倾斜最大值靠近交界面上缘。
（4）固定回填土区–低压实度填土区交界面附近土体同时出现垂直位移与水平位移，随着土深的增加，垂直位移和水平位移逐渐减小。交界面存在剪切破坏的趋势，方向沿交界面斜向下，填土压实度越低，发生这种破坏的趋势越大。
（5）低压实度填土区的大幅沉降以及填方交界面两侧土体的不均匀沉降往往伴随着表面裂缝的产生，裂缝宽度可达3~4 cm，最大裂缝出现在交界面上缘附近。增大回填土压实度可有效改善黄土填方区不均匀沉降以及裂缝问题，建议黄土区填方工程中提高回填土压实度及交界面两侧均匀度。
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图 3 路中位置桩-土顶面沉降发展过程
Figure 3. Settlement development of pile-top and soil-top on subsurface at central line of embankment
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图 4 桩间土沉降预测（以堆载结束为起点）
Figure 4. Prediction of settlement of soils between piles (starting from end of filling)
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图 6 考虑制模过程的地表沉降（回弹）示意图
Figure 6. Schematic diagram of ground settlement (rebound) considering the model preparation progress
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图 8 堆载完成时边坡下地基水平位移（原型尺寸）
Figure 8. Lateral deformations of foundation below slope after filling (prototype)
表 1 离心模型几何参数
Table 1 Geometric parameters of centrifugal model
桩间距/mm 桩帽边长/mm 置换率/% 软土层厚/mm 持力层厚/mm 垫层+路堤厚/mm 58 25 18.6 160 150 100 
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表 2 断面变形分析
Table 2 Analysis of cross-sectional deformation
类型 路中土沉降S 坡脚水平位移H 坡外最大上浮V H/S 60g 11.9 mm 0.6 mm -2.5 mm（沉降） 0.05 拆模后 5.0 mm 3.0 mm 6.0 mm 0.6
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百度学术
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