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解 决 方 案
展，并且其扩展方式与管道埋深有关。 图 13 H/D=2 条件下的管周土体剪应变场（单位：%）
图 11 H/D=1 条件下的管周土体剪应变场（单位：%）
聚集；在加载板底部，剪切带有向两侧扩展的趋势。由图13可
知，当埋深率进一步增加到2时，在同样工况下，地表附近的塑
性应变区范围明显扩大，管周土体由于土拱效应发生更为明显
图 12 H/D=1.5 条件下的管周土体剪应变场（单位：%） 的应力重分布，合理地分担了上部荷载。此时，管道约束周边
土体变形的能力有所削弱。
以上监测结果表明，当管道埋深较浅时，加载板下方土体
为挤压剪切破坏的直线破坏面，随着埋深的增加，加载板下方
两侧土体出现剪切、拉张并存的曲线破坏面。管道埋设越深，
管道顶部的土拱效应越明显，有效地将上方荷载向两侧传递，
使得土体塑性区局限于地表附近（周敏等，2015）。若管道埋
深率继续增大，可以预料的是，在荷载作用下土体的变形与半
无限空间解答逐渐接近，此时的地基极限承载力与无管道情况
一致（肖成志，2018）。这一现象在分析管—土相互作用时必
须加以考虑。
五、结论
本文利用FBG和PIV测试技术，在埋地管道的模型试验中获
取了管道应变、土压力和土体变形的分布特征，分析了地表荷
载作用下的管—土相互作用机理，得到了以下结论：
（1）利用FBG光纤监测技术，可以掌握管道及周边土体的
如图11所示，当管道埋深率为1时，随着地表荷载的增加，
受力变形特征，这为研究管—土相互作用提供了一种新的思路
加载板边缘的剪切滑移带逐步向下扩展，其分布始终位于加载
和方法。当管道处于弹性变形阶段时，根据光纤应变测值可以
板宽度范围内。由于管道刚度小，使得加载板下方土体作整体
反演管周的土压力分布。
下移，与两侧土体之间形成较为明显的滑移现象，该部分土柱
（2）粒子图像测速在FBG传感器所得到的监测结果都能够
内部为压密区，无明显的剪切变形。当荷载达到一定值时，由
反映管周土体的应变分布和变形情况，这两类方法在监测管—
于管、土刚度的不同，管—土界面出现了界面滑移现象，且管
土相互作用中的可行性得到了论证。由于测试原理和误差来源
顶土体中的两个剪切带将土体分隔为内、外两个部分，中间部
不同，两种方法的测值有一定的差异。在小变形条件下，FBG传
分呈“扇型”分布。此时，管道的存在使得管道两侧土体受到
感器的应变读数稳定性相对较好。
管道抵抗变形能力的约束，发生明显的挤压，土拱效应逐渐显
（3）不同管道埋深率条件下，管周土体的变形破坏模式有
现。
所不同。管道埋设越深，则土体塑性区越局限于地表附近，土
图12为埋深率为1.5时，管周土体剪应变的分布云图。监
拱效应发挥得越明显。
测结果显示，当荷载持续增大时，塑性应变在地表附近逐渐
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