土工包投放过程与受力分析

以下对投放过程作具体分析。驳船的开口和土工包的投放可以分为4个阶段（图8.7）。

（1）当土工包沉放时，首先打开驳船底部的口门，这时土工包会沿船底滑动，并逐渐地从驳船的口门滑出，土工包下移时没有很大变形。开始时滑出的体积较小，这时土工包的织物开始承受拉力，但其值不大[图8.7（a）]。

（2）以后随着口门开大，滑出体积增大，悬挂在口门上的部分也较大，故土工织物承受的拉应力也越来越大，土工织物的变形也较大，故投放过程是土工包受力的一个阶段。在这阶段中当口门开至一定开度时，织物所受的拉力最大。横跨于口门的自由悬挂部分的宽度为bfree[图8.7（b）]。在这个阶段中：bo≤bfree。

（3）土工包的下部分发生变形并通过口门[图8.7（c）]。当口门宽度达到某一临界值bcrit时，土工包就无法维持平稳了。故在这一阶段中bfree≤bo≤bcrit。

（4）整个土工包发生变形而通过口门，即使此时口门的宽度保持不变[图8.7（d）]。在这一阶段：bo≥bcrit。

土工包投放过程中的不同阶段亦如图8.8所示，图8.8中同时示出了作用于土工织物上合力的示意（Pilarczyk，1996）。而织物在开门过程中所受的力，则示于图8.9中。

图8.7　土工包投放的阶段

（a）投放前；（b）开始投放；（c）小部分出口；（d）大部分出口；（e）自由下落触底；（f）沉底后形状

图8.8　土工包投放过程土工织物上作用的力

土工包的施工首先是将土工织物铺在驳船上，然后堆放材料，并将土工包封闭起来。在这些步骤中，土工织物不会承受大的荷重。土工织物第一次受力，是当驳船底部开始开口，而土工织物通过口门而延展的时候。下一个应当考虑的荷重，是当驳船进一步开口，且土工织物有一个相当大的自由悬挂部分的时候。当土工包通过口门时，织物布要抵抗存在于开口边缘上的箝固力，这些力是由已经通过口门的土重和仍留在上面部分的土的摩擦力和滞阻力所引起的。这些力的量值，可以达到每单位长度的土工包重量的一半。然而，投放时的不均匀的摩擦力分布会使这些力显著地增加（尤其在长的方向）。当然，土工包的顶部，由于土工织物有较大的富余量，它仅仅在土工包被释放前的最后一瞬间，才承受拉伸作用。该土工布的富余量可能比释放土工包的上部分所需的富余量还要大。这样，在自由空间中就仅有气体，且可看作沉放时的一个气球。

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图8.9　土工织物中的拉力

（1）当驳船的口门打开后，由于土工包中土的自重作用，它将下沉，然而沿着料斗边缘（bin side）的摩擦力将阻止这个过程。由于这些力的作用，土工布的拉伸将主要发生在土工包两侧的下部。而上面部分，直到土工包完全释放脱离驳船时都没有受到拉伸。

（2）在土的孔隙中和土与土工包顶部之间往往包含有一定数量的空气。土与土工包顶部之间土工织物常常是有富余的。当下沉时，空气提供了一附加的浮力。气包将在土工织物上作用一定的力，并将降低土工织物的应变。但分析研究表明，空气的影响是有限的。

（3）对底面的撞击力将由下列若干因素所影响。

1）土工包内土的稠度，如饱和度和它的物理性质。

2）空气的数量。

3）土工织物的渗透性或气密性。

4）土工织物的强度特性。

5）底面撞击的速度，土工包中的饱和土会增加其速度。

6）土工包在撞击时的形状和水流——影响（Catching）面积。

7）底面的刚度、砂、黏土、软土、石块、堆石垫下的土或者原已放置的土工包的不同的影响。

（4）最后，土工包或者作为不同防护结构中心部分的材料，或者其本身就直接地承受水和波浪荷载或其他荷载如冰、碎石、船的碰撞、故意破坏等的作用。