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摘要：建筑机械偏心荷载对开挖稳定性影响离心试验是针对建筑机械偏心荷载而进行的试验，目的是找出建筑机械偏心荷载和开挖稳定性之间的关系，进而对工程中建筑机械的安全稳定进行计算，降低在工程中塌方事故的发生，保证工程中机械以及人员的安全。本文主要对建筑机械偏心荷载对开挖稳定性影响离心试验进行论述，从而得出结论，希望能对工程中建筑机械的使用有一定的参考作用。
关键词：建筑机械偏心荷载；开挖稳定性；离心试验
引言
在建筑的过程中，尤其是在管线沟槽的开挖过程中，由于在开挖的过程中，时长出现滑坡、塌方等现象，一旦出现这样的事故，就会造成挖掘机因为地面不稳定而出现倾倒，侧翻的事故发生，从而导致人员的生命财产受到威胁，同时挖掘机也会出现一定损失。所以需要研究地下的条件，进而对开挖进行指导，对土方开挖的安全才能进行保证。
一、土方坍塌的原因
土方塌陷根本的原因是土方边坡的稳定性失衡，这才导致了在沟槽进行开挖的过程中，由于稳定失衡的问题，只要施加一个外力，就会破坏原本的结构，导致坍塌事故的发生，本质上则是土体中的剪应力大于土体的抗剪程度。出现这样的原因主要包括以下几方面原因：
（一）地下内部应力应变场重分布
地下内部应力应变场的分布，直接关系最终的沿途强度，所以在开挖工作进行之前，需要对其进行足够的探索，进而找出符合当前情况的挖掘方式，由此减低岩土强度参数，让开挖工作变得更加安全。其次就是需要对地下应力的变化有着足够敏感的监测，一旦应力出现改变之后，需要对可能造成的后果进行一定的分析，并且对可能产生的问题进行足够的风险评估，这样才能够在第一时间对其进行调整，同时根据其内部的应力场的变化而做出变化，这样才能够在一定程度上保证安全。但是在当前的挖掘过程中，甚至在应力场的分布上都难以做到监测，所以就会让挖掘的过程中一切都变得不可预料，最终导致安全没有保障，并且很多施工现场对于应力场以及塌陷之间的关系并不清楚，这也是导致事故频发的一个原因。
（二）挖掘机荷载的影响
挖掘机荷载主要包括两方面的内容，分别是挖掘机自重产生的中心荷载，另一反面则是在不同施工状态下挖掘机运动产生的偏心荷载。而对土方稳定产生威胁的主要是在挖掘机运转过程中产生的偏心荷载，其中主要是通过挖掘臂上升、下降、转动等。一般情况下，施工过程中将建筑机械的荷载控制在一定的范围之内，但是到了具体的使用中，由于建筑机械在使用的过程中，往往因为运动而产生的偏心荷载超出了这样的范围，所以从前的取值方式在现场中存在一定的隐患，所以对原本荷载的计算方式需要进行一定的升级，这样才能够保证数据在运算中的准确，杜绝意外的发生。
二、离心模型试验
离心模型是在工程中对实际工程中的重力场进行摸索的一种方法，主要用来研究压力分布情况、地下沉降变形以及应力的变化。这样的方式在探索土方开挖稳定性以及其破坏机理的研究方面具有很大的作用，能够有效解释出挖掘机的偏心荷载和偏心距对沟槽沟壁的破坏，最后得出结论。
（一）试验设备
首先是设备的使用，本次试验采用的是土木离心机，可以通过开挖设备的刀片进行开挖工作，较好地实现了离心机运转过程中土方的及时开挖以及多次的开挖，并且对开挖的状况进行足够的采集以及系统的观察记录。
其次是需要进行开挖模型的制作，本次采用的规格为450*100*272（单位：毫米）。而地基的采用为砂土，同时在一定的距离内砂土采用不同的颜色，以此来观察其内部破坏之后的形态。
最后就是对挖掘机的模型进行制作，在制作完成之后，其中的参数如下：滤袋板宽为20，全宽为100（单位：毫米）。为了贴合现场的情况，所以对其与挖掘机进行等比例缩小，其中代表挖掘机上部的重量为490g，总质量为976g。在具体的试验过程中，通过对上部的形状进行改变，进而改变其偏心荷载，对结果进行观察。
三、试验具体方案
在试验的过程中，首先需要对各种情况下的离心荷载进行记录，随后对其进行计算。具体过程如下（图1所示）：首先将模型箱放置在离心机吊斗的旁边，并且对其开挖设备进行安装，随后对各部分进行调试，最后将离心机进行运转，速度达到30G之后进行开挖试验，其挖掘的宽度应该与模型宽度保持一致，每次挖掘的厚度应该和砂层保持一致，直到发生塌方之后试验才能够结束。
单位：毫米
图1：试验模式图
四、试验结果
（一）沟槽开挖深度对塌方的影响
首先，偏心距对开挖深度影响是相对较小的，当深度达到一定程度的时候，无论偏心距的大小，开挖深度都是接近相等的，并且双方之间的关系更多是呈现出反比例关系，即偏心距增大，开挖深度减小。所以瓦聚集与沟槽的距离越近，偏心距对于开挖的影响就会越大。
（二）沟槽沟壁的破坏
在试验中，为了应对不同的现实情况，对沟槽沟壁受到破坏的程度也分为不同的等级。本次试验中主要使用了三种开挖方式，分别对应了在现实中挖掘的方式，并对其作出讨论，最终得出结论。
在挖掘机的偏心荷载作用下，地基承载力会发生明显的变化，所以沟壁的形态破坏不会受到瓦聚集荷载的影响，并且也不会受到沟壁距离以及偏心距的影响。
（三）沟壁坍塌的滑动土体的宽度
通过试验可以得知，无论挖掘机位于荷载的影响区还是非影响区，最终坍塌的结果都是相似的，由此可以得出，在现实施工的过程中，沟壁坍塌不会受到建筑机械荷载距离沟壁的距离以及偏心距大小的影响。
（四）开挖过程中挖掘机偏心荷载导致模型倾翻的现象
在开挖过程中，挖掘机模型位于建筑荷载影响区的时候，出现了偏心时，就会导致模型产生一定的倾翻，说明了挖掘机位于建筑机械荷载影响区的时候，一旦发生沟壁坍塌，就会导致最终出现倾翻现象，对挖掘机造成影响。
五、实验结论
在对建筑机械偏心荷载对开挖稳定性影响离心试验的过程中，主要有以下几方面的收获。
首先是挖掘机与沟槽沟壁的距离，当二者之间的距离达到影响区域的时候，双方之间的偏心距以及挖掘深度就会产生一定的联系，即双方之间的距离越近，偏心距越大，反之亦然。而当建筑机械在非影响区域的时候，双方之间的影响几乎可以忽略。
其次就是建筑机械在偏心荷载的作用下对沟槽沟壁破坏的程度，和中心荷载作用的时候几乎是相同的，所以可以得出其决定性因素是由开挖稳定性决定的，并且在沟槽沟壁的破坏中，滑动土体的宽度不会受到建筑机械偏心荷载大小以及偏心距影响。
由此可以得出，在进行挖掘工作的时候，首先需要注意的是挖掘机与沟槽沟壁之间的距离，通过上述的结论从而求出一个较为稳妥的距离，随后进行挖掘工作，这样一方面能够有效提升挖掘过程中的安全程度，其次就是在偏心荷载的作用下，需要对挖掘机进行一定的调整，使其在挖掘的过程中不会对挖掘面造成太大负担，并且在挖掘的过程中需要时刻进行计算，从而求出最优挖掘方式，用这样的方式能够有效减少挖掘中事故的产生，并且能够有效提升效率，从而让挖掘工作能够更顺利进行。
六、结束语
建筑机械偏心荷载对开挖稳定性影响离心试验对当前的工程来说是非常重要的，只有了解其原理，才能够对其作出针对性的完善。尤其是在当前，我国工程对于工期的要求进一步缩短，对耽误工期，并且会造成人员以及经济损失的现象异常头疼。因此，对其进行完善，有利于我国建筑行业的发展，同时也能够进一步玩善建筑工地的安全情况，加强工程现场的质量控制。
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论文作者:李辉远
论文发表刊物:《防护工程》2019年9期
论文发表时间:2019/8/13
标签：荷载论文; 偏心论文; 挖掘机论文; 建筑机械论文; 沟槽论文; 过程中论文; 稳定性论文; 《防护工程》2019年9期论文;