上覆欠固结吹填粉砂深厚软黏土地基加固效果分析

通过对某上覆欠固结吹填粉细砂土深厚软土地基真空预压中真空压力传递和衰减、超静孔隙水压增长和消散、地基表面沉降、土体分层沉降变形特性和规律的分析,研究上覆欠固结吹填粉细砂土层对真空预压软基固结变形的影响。欠固结吹填粉细砂土层有利于下卧深厚软基的排水消压,地基沉降前期快、波动大,中后期收敛稳定快。膜下真空压力表面传递的差异性和波动性较大,向地基深处传递的滞后性和衰减幅度较大。欠固结吹填粉细砂土压缩量较大,吸收了大部分的真空能量,不利于下卧深厚软基的压缩变形。处理后欠固结吹填土的加固效果明显好于下卧软基土体。     

真空加载方式对排水板滤膜淤堵影响试验研究

塑料排水板滤膜的淤堵直接影响到真空预压排水固结法加固新近吹填淤泥的效果,而真空荷载加载方式是引起排水板滤膜淤堵的主要原因之一。通过室内模型试验,采用5种不同等效直径的排水板滤膜并通过控制不同的真空加载方式加固新近吹填淤泥。试验过程中对泥面沉降、排水板和土中不同深度的真空度进行监测,试验结束后测试排水板滤膜的渗透系数。试验结果表明:真空荷载不分级或者分级梯度太大,对真空预压排水固结法加固新近淤泥效果较差,排水板滤膜容易产生淤堵;排水板滤膜的等效孔径越小其淤堵情况越严重。排水板滤膜发生淤堵后其渗透系数将降低,对土体的排水固结产生不利的影响。作者建议:在真空预压处理新近吹填淤泥的工程实践中,宜选用较大的排水板滤膜等效孔,真空荷载宜采用分级加载方式,且每级真空梯度不宜过大。     

新近吹填淤泥地基真空固结失效原因分析及对策

新近吹填淤泥地基经无砂垫层真空预压技术加固后,土体强度增长有限,地基有效加固深度小,地基承载力仍然较低。为了深入分析新近吹填淤泥地基真空固结失效原因,首先对不同地区新近吹填淤泥的工程特性进行了系统地研究,然后采用3种典型的竖向排水体进行了室内真空固结单井模型对比试验研究,研究结果表明：①新近吹填淤泥中黏粒含量（d0.005 mm）过高、竖向排水体反滤层的等效孔径过小、真空加载速度过快是竖向排水体出现较严重淤堵现象的主要原因;②排水系统内的真空度局部损失较大,竖向排水体弯曲程度大和水平排水垫层中真空度传递阻力大均致使较大的真空度沿程损失;③土体中强亲水矿物含量较高、排水体中出现严重的淤堵现象和过大的真空度损失等共同降低了排水系统的排水效率,削弱了土体中的真空压力作用,最终致使土体的加固效果不理想。最后,有针对性地提出了相应的解决对策。     

真空预压条件下未打穿不排水桩复合地基一维固结研究

基于未打穿不排水桩复合地基超静水孔隙水压力解答,考虑真空预压荷载非瞬时施加,地表孔压随时间变化,模拟实际真空荷载的施加过程,并建立了真空预压条件下复合地基加固层和下卧层平均固结度的一维固结解。据此绘制出考虑贯入度、桩径比、真空度变化速率、桩土模量比、上下层渗透系数比对固结的影响曲线。研究表明:贯入度以及真空度变化速率对固结影响较大,并且在负压条件下,桩径比对固结的影响与普通正压情况下有较大区别。     

真空预压固结中排水体的排水性能研究现状

使用真空预压排水技术处理高含水率吹填淤泥地基时,为了提高吹填工程中高含水率淤泥排水固结的效率,归纳和总结了前人关于高含水率吹填淤泥真空预压排水固结处理技术的研究成果,分析了该技术中排水体的真空度传递性能和通水性能。分析结果表明:(1)排水体处于吹填淤泥中时,真空度在传递过程中损失严重;(2)排水体的淤堵、弯折,以及受涂抹、井阻的影响不仅使真空度传递受损,还会影响排水体的通水性能;(3)麦秸秆有着良好的渗透系数,可作为排水体的制作材料。     

真空–堆载联合预压加固吹填土地基有限元分析法的研究

吹填土地基作为欠固结土,其真空预压加固过程比较复杂,初始条件和边界条件也比较复杂。通过对吹填土地基的形成和真空预压加固过程的分析,对其初始孔隙水压力和真空度在排水板中的传递规律进行了研究;在砂垫层和排水板中施加负的真空压力;根据真空预压加固机理,将非线性本构关系(Duncan-Chang模型)引入Biot固结理论,综合考虑不同工程的荷载形式、初始条件和边界条件编制了通用的有限元程序,对真空预压法地基加固进行平面应变有限元分析;该程序实现了堆载的施加,既能用于计算单纯的真空预压也能用于真空–堆载联合预压的有限元计算。利用提出的有限元程序分别对吹填土地基整个加固过程和正常固结土地基的真空–堆载联合预压进行了有限元分析,计算结果与实测结果对比表明,该方法较好地反映了实际工程沉降及孔隙水压力的发展趋势。     

吹填土地基真空预压加固过程分析及有限元研究

通过对吹填土地基的形成和真空预压加固吹填土过程的分析,得出吹填土地基在真空预压前为欠固结土,土体中存在由吹填土有效自重产生的超孔压,在插板期间会产生固结沉降.现场检测的插板期间(插板期为15～20 d)产生的固结沉降达到真空预压总沉降的1/3～1/2,不能按照正常固结土的方法进行计算,应考虑插板后超孔压消散引起的固结沉降.提出在进行有限元分析时,荷载由真空荷载和吹填土有效自重2部分组成,并提出荷载的施加方法.同时对真空度在排水板中的传递规律进行研究,采用非线性本构关系,编制适合于吹填土地基的有限元程序,对真空预压法加固吹填土地基整个过程进行有限元分析,对比计算结果与实测结果表明,该方法较好地反映实际工程沉降及孔隙水压力的发展趋势.     

吹填淤泥真空预压固结机理与排水体防淤堵处理技术

针对吹填淤泥真空预压地基处理效果差的关键问题,全面总结了笔者及其课题组多年来的研究成果,主要包括4个方面:(1)采用超低压固结–渗透仪进行了大量的吹填淤泥固结、渗透试验,发现了初始含水率和液限对压缩–渗透性状的影响规律,建立了压缩过程中渗透系数的定量演化规律。(2)吹填淤泥真空预压过程中的位移、应变发展规律和土柱形成机理。基于粒子图像测速(PIV)技术和粒子追踪测速(PTV)技术,获得了吹填淤泥真空预压固结过程中的土体位移、应变发展规律,揭示了吹填淤泥真空预压固结机理,获得了真空预压作用下不同初始含水率和不同级配吹填淤泥的土柱形成过程。(3)吹填淤泥真空预压固结计算方法。基于不均匀应变假定提出了土柱区内、外固结计算公式,获得了不同边界真空度时空变化下的固结规律。以土柱形成过程为基础,建立了考虑土柱影响的吹填淤泥真空预压固结计算方法。(4)通过室内和现场试验,从增强真空渗流场、延缓土柱形成和改良土性等方面,优化排水板滤膜孔径,提出了分级、增压式、絮凝–真空预压等多项防淤堵处理技术,缓解排水体淤堵,提高固结速率,加速吹填淤泥处理,增强加固效果。研究成果对吹填淤泥场地开发利用,缓解城市土地资源紧张,促进城市可持续发展具有重要意义。     

真空联合多级堆载下考虑井阻时空变化的竖井地基固结解析解

考虑到竖井地基固结过程中排水体井阻随时间和深度不断变化，基于等应变假定，针对堆载为多级加载及真空预压为单级加载的工况，引入竖井涂抹区渗透系数不同的变化模式，建立真空联合堆载预压下竖井地基固结模型，通过边界条件齐次化后设解的形式并解常微分方程获得固结模型对应的解析解。通过与已有的解析解及工程实测值对比，验证解析解的正确性并利用该解答开展固结性状分析。结果表明：变井阻理论更能够为最终负压沿深度线性衰减假定提供理论支撑；竖井排水能力衰减系数的增加及最终排水能力的减小都会使某时刻真空度随深度的衰减程度增大；竖井排水能力衰减系数越大，竖井固结速率越慢；最终排水能力越大，竖井固结速率越快；基于该固结模型在工前选取合适的真空加载值进行真空联合堆载预压能同时兼顾土体固结速率和经济效益。     

滨海滨河软土地基利用吹填砂排水固结及沉降研究

以广州地铁某工程段软土地基加固处理为工程实例,介绍滨海、滨河地区利用地理优势采用吹填砂堆载预压进行排水固结加固,通过工程现场监测数据分析比对,表明该区域软土地基加固效果明显。为同类工程的设计和施工提供参考。     

Experimental investigation on electro-osmotic treatment combined with vacuum preloading for marine clay

An electro-osmotic consolidation (EO) combined with vacuum preloading (VP) was investigated on marine clay using laboratory tests. To improve consolidation efficiency and reduce the settlement difference, a new prefabricated device was designed to combine EO and VP for the tests. The results indicated that the vacuum preloading with intermittent electro-osmotic consolidation (VP–I-ECM) provided more water discharge with higher discharge rate and produced larger soil settlement compared to traditional vacuum preloading and electro-osmotic consolidation. For the combined method, the VP effectively removed water from the soil for the first 12 h, and its efficiency decreased with the time. After 12 h, the intermittent EO was used to further consolidate the soil and maintain a high level of drainage rate. Test results also showed that the combined method of VP-I-ECM significantly improved the shear strength and bearing capacity of the marine clay to satisfy the construction requirements with a significant reduction in the anode erosion and the energy consumption. This research study provides useful information for the design guide and practical application of the combined technique for improving marine clay.     

真空预压法的机理分析

从讨论固结概念出发,得出真空预压法的实质。它是以降低边界上(砂垫层和砂井视为加固体的边界的一部分)u值为途径,从而形成边界与土体间u(势)分布不平衡而引起固结的。当边界具有排水条件时,在总应力基本不变的条件下,u值的降低必然导致有效应力σ＇的增加。仅当σ＇增加时,才能使土体固结。从u(势)分布的不平衡直到新的平衡之全过程即为真空预压加固过程。这是一种相对提高与发挥自重有效应力的加固方法。通过试验与理论分析说明,它与堆载预压法相比在固结产生的途径、固结过程中的特征、应力路径及砂井作用等方面有差异;而相同点则是两者的固结都来源于u(势)分布的不平衡且都满足于固结微分方程。同时,论证了渗流和固结并非因果关系以及它与降水预压的相似处及其差异;然后,提出了适用于施加外荷与直接降低边界u值两情况下的固结模型;最后,对几种固结情况进行了有效应力分析。     

化学–物理复合法在海底淤泥填海造地工程中的应用

 在凯科发展研究院多年前率先提出并倡导的采用化学–物理复合法来加快淤泥等软土的固结速度和大幅度提高其固化效果的基础上,联合中交四航工程研究院最新的真空预压技术,以珠江三角洲淤泥为例对化学处理后的高含水率淤泥进行室内三维真空预压排水模型试验,并同步进行常规的真空预压试验。试验结果表明,用真空预压法来辅助化学加固后的淤泥,在沉降速率上明显大于常规真空预压的速率;在相同的固结时间内,复合法所取得的无侧限抗压强度均远远高于单一真空预压法所取得的强度;同时在用新加坡海洋淤泥进行的相关同步试验中,复合法所取得的数倍高的抗剪强度也进一步验证该方法的有效性及优越性。因此,这个化学–物理复合法对于加固淤泥等软土地基,无论在学术上还是在大面积填海造地工程实践中均有广阔的发展和应用空间。     

超载真空预压动力排水固结联合法运用实例

结合汕头市东部城市经济带市政基础设施建设项目试验段某区软基处理工程实例,介绍了超载真空预压动力排水固结联合法,通过检测结果表明,采用超载真空预压动力排水固结联合法能够有效加速软土固结,减少软土工后沉降。     

Clogging effect of prefabricated horizontal drains in dredged soil by air booster vacuum consolidation

The typical problem that occurs when the conventional vacuum preloading (CVP) method is applied to dredged soil is that the drainage is impeded, permeability is progressively reduced, and clogging occurs in prefabricated horizontal drains (PHDs). This paper proposes a method in which air booster through PHDs under vacuum preloading to reinforce newly dredged soil, and thereby solve the clogging problem. To evaluate the proposed method, several experiments were conducted using soils with variable degrees of consolidation and the effect on clogging determined. Furthermore, the proposed method was compared to the CVP method considering several variables monitored during consolidation and after consolidation. The results indicate that the proposed method is superior to the CVP as it more effectively alleviates the clogging problem. These findings could provide design criteria for dredged soil consolidation in similar projects and for scientific research and engineering practice.     

薄砂层长短板结合真空预压法处理吹填淤泥土试验研究

薄砂层长短板真空预压法是快速加固新近吹填淤泥的一种新工艺。研究表明,抽真空 90 ～ 120 d 吹填淤泥土层平均压缩量可达到 30% ,呈现明显的大变形特征;平均固结度可达到 80% 以上;强度增长明显,检测表层承载力可达到 50 kPa 以上。该方法节省用砂量,便于泥面插板施工,显著改善表层排水条件,能满足浅层快速加固的建设要求。设置护膜土工布有利于水平排水和膜下真空度稳定。设置薄砂层和长短板结合的竖向排水体形式,可平衡和抑制负压作用下新近吹填淤泥土颗粒的径向流动,避免出现排水板周围淤泥抱团而导致的径向排水通道堵塞问题,保障场地加固效果的均匀性。加固后吹填淤泥的物理力学性质得到大幅度改善,与正常淤泥质软土相比,其发展趋势和轨迹是相符的,主要指标值之间的相关性规律是基本一致的。     

真空预压地基出水量现场试验研究及分析

通过中山造船基地真空预压软基加固工程的现场试验观测成果,从软土的微观固结机理角度定性分析了真空预压期间加固区内的出水量变化情况,以及地表沉降、地下水位与出水量之间的内在联系。研究结论如下:①真空加固期间的出水量分为两个阶段,加载初期主要为加固区内土体大、中孔隙中的自由水,恒载后以土体的中、微孔隙中能克服自身抗剪强度发生渗流的弱结合水为主。②由于自由水比弱结合水更容易发生渗流,因此抽真空初期的日出水量远大于恒载期的日出水量,但是受到场地地质条件影响,不同区域的出水量多少不均。③总出水量与地下水位降深、地表沉降的关系表现出相似的规律,即加固初期随着总出水量的增大,地下水位降深和地表沉降变化较快,后期变化较慢并逐步趋于稳定。     

真空联合堆载预压下竖井地基固结解析解

考虑真空度沿竖井的发展是一个深度的函数,同时堆载所引起的附加应力既随时间变化也随深度变化,还考虑了地基的径竖向渗流以及扰动区土体水平渗透系数的3种变化模式,推导了真空联合堆载预压下竖井地基固结度的一个较普遍的解析解,并分析了在真空度沿竖井线性下降,堆载线性施加和附加应力沿深度梯形分布等情况下的地基固结性状。结果表明,荷载线性施加时,真空度对地基固结度有较大影响,真空度越大,沿深度衰减越慢,固结越快;而在荷载瞬时施加时,真空度对固结度没有影响。在地基井径比和水平渗透系数与竖向渗透系数之比较小时,地基的竖向渗流对地基的固结度有较大的影响。     

不同加固方法处理吹填淤泥地基的对比分析

以大亚湾石化区填海工程中吹填淤泥地基加固工程为背景,探讨真空预压法和静动力排水固结法两种地基处理方法在相同面积、同一吹填口吹入淤泥的H1和I1地块中应用的情况。同时从地基沉降值、土体的物理力学性质、原位测试指标等方面,分析了真空预压法在H1地块、静动力排水固结法在I1地块的加固效果,比较了两种方法的优缺点。结果表明,静动力排水固结法更适用于该区域的吹填淤泥地基加固。     

预压作用下软土固结蠕变及微观结构试验研究

为了揭示预压荷载作用下软土路基工后沉降的机理,开展了室内模拟真空、堆载以及真空—堆载联合预压加固软土的固结蠕变三轴试验及微观结构试验。分析了在三种不同的预压作用下土体固结蠕变性状的不同和微观结构的变化机理。结果表明:在三种不同的预压荷载作用下,固结过程中,是真空—堆载联合预压条件下土体的沉降量最大,其次是堆载预压,最小的是真空预压。蠕变过程的沉降量是堆载预压的最大,其次是联合预压,最小的是真空预压。预压荷载作用下土体的固结和蠕变具有耦合效应;微观结构参数的变化受预压加载方式的影响。微观结构参数的变化率与宏观物性参数的变化率有相似的性质。