吹填土次固结系数影响因素的试验研究

围海造陆已成为沿海地区土地开发的重要手段,为解决吹填土地基过量的工后沉降问题,本文对自行配制的吹填土进行了一系列一维固结试验,探讨了不同加荷时间、加荷比、预压荷载大小对吹填土次固结系数的影响。结果表明: 加荷初期,加荷时间对次固结系数影响较大; 吹填土的主次固结划分与加荷比有关; 不同加荷比下的土样次固结系数的终值趋于相等; 次固结系数受预压荷载的影响,表现先增后减的变化规律,当固结压力等于先期固结压力时,次固结系数达到峰值。     

吹填超软土固结特性试验分析

为探讨吹填超软土的固结特性以及含水率与加荷比对次固结系数的影响规律,利用改装后的低压固结仪和常规的高压固结仪进行了分级加载固结试验。试验结果表明,正常沉积重塑土的固结系数随着固结压力的变化整体上呈现出逐渐增加的趋势,而超软土则表现为S型,即在低应力水平作用下,超软土的固结系数呈现下凹型增长; 之后随着固结压力的增加,固结系数近线性增长,但增量比逐渐减小。与正常沉积重塑土不同,超软土的次固结系数随着固结荷载的变化存在峰值; 加荷比对超软土次固结系数影响较大,较小的荷载增量可降低次固结系数; 超软土及正常沉积重塑土的次固结系数均表现为随含水率的增加而增加。     

吹填场区双层软黏土地基承载特性及破坏模式

针对天津滨海地区围海造陆工程所形成的上软、下硬双层软黏土地基,利用室内载荷试验和数值模拟开展了双层软黏土地基的承载特性及破坏模式研究。研究表明：由于下层沉积土的补强效应,双层软黏土地基的P-S曲线会出现明显的凹凸转折点,其出现的位置与宽厚比密切相关,宽厚比越小,转折点出现的时间越靠后,下层沉积土的补强效果越不明显。数值结果表明：双层软黏土地基破坏模式随着上覆土厚度的变化相差不大,均为整体剪切破坏。随着载荷板宽度的增加,双层软黏土地基以冲剪破坏模式过渡为局部剪切破坏,当载荷板宽度大于3.0 m时,表现为整体剪切破坏。     

长江口海域软黏土一维固结特性试验研究

特殊的沉积条件使长江口海域软黏土的力学特性具有明显的地域性。为研究长江口海域饱和软黏土的固结特性及其参数(固结系数C_v、压缩系数a_v和渗透系数k)的变化规律,对启东长江口某海上风电项目场地软黏土开展了一系列逐级加载的一维固结试验。结果表明：在自然沉积过程中,长江口海域软黏土因受长江水流及黄海和东海潮波的共同作用而具有较弱的结构性;固结过程中,海域软黏土固结变形的发展可分为线性发展阶段、快速变形阶段、稳定阶段,固结变形增量ΔS_ti随固结应力的增大呈现先减小后增大的变化;固结过程中,长江口海域黏土和粉质黏土的C_v先减小后增大并趋于稳定,a_v和k逐渐减小并趋于稳定,相较黏土,粉质黏土具有较大的C_v和k,较小的a_v。研究可为该区域海洋工程的基础设计提供参考。     

动力排水固结法加固吹填黏性土的模型试验研究

为了研究动力排水固结法加固吹填土地基的效果,研发了大比例尺的室内模拟试验装置并开展了试验。重点对夯沉量、土体内孔隙水压力的瞬时和长期变化进行了监测和分析,得到如下结论:夯击产生的能量以波的形式向土体内部传播,由于波的作用造成土体拉伸形成裂隙,这些裂隙成为初期的排水通道; 孔隙水压力的动态变化具有明显的脉动特性,夯击瞬间出现负增长,然后再累积增长; 不同深度土体的孔隙水压力增幅不一样; 土体表面铺设的砂垫层不仅可以用做排水,还可以作为静力荷载,有助于土体的排水固结。     

软土一维次固结特性试验研究

基于南京河西地区原状和重塑软粘土的一系列一维次固结试验,探讨了预压荷载、加荷比、加荷方式对重塑软土次固结系数的影响以及原状土的次固结变形特征。试验结果表明：当荷载小于预压荷载时,预压能明显减小次固结系数,反之,预压对次固结系数的影响不明显．加荷比对次固结系数的影响明显,次固结系数随加荷比的增大而增大;分级加荷对应的次固结系数要大于分别加荷所对应的次固结系数;该地区原状土的蠕变属于衰减蠕变。     

新近吹填土固结系数为变量的固结方程研究

围海造陆吹填区内吹填土加固前为泥浆状态,含水量高达80%以上,初始孔隙比较大。通过室内试验得出吹填泥孔隙比随固结应力的变化关系以及渗透系数与空隙比的关系,最终建立渗透系数随固结应力的变化关系; 考虑加固过程中渗透系数随加固时间是变化的,对巴隆固结理论进行改进; 利用改进后的固结理论对吹填土真空预压模型试验进行计算,计算结果与试验基本吻合,表明采用本文提出的变参数固结理论计算能取得很好的计算效果。     

吹填场区双层软黏土地基超载比与卸载控制试验研究

对于围海造陆工程所开展的超载预压处理方法,地基处理效果通常采用后续变形大小来评价,其大小与超载比和卸载控制时间密切相关。针对天津滨海地区围海造陆工程所形成的典型的上软、下硬的双层软黏土地基,采用改装的固结仪进行了多种超载比和卸载控制时间的试验研究,提出了适宜的超载比和最佳超载作用时间。试验表明：双层软黏土地基超载比大于0.375,超载作用时间超过主固结时间时,超载卸除后地基变形以回弹变形为主,后续的工后沉降将明显减小,减小幅度可高达70%以上;超载卸除后的土体次固结系数明显减小,减小的幅度随超载比的增大、超载作用时间的增加而减小;不同于均质地基和上硬下软的双层地基,上软、下硬双层地基的工后沉降以上部软土层沉降为主,约占总沉降量的73%以上。根据不同超载比和超载作用时间下土体的变形时程曲线,建议适宜天津滨海地区围海造陆工程软黏土地基的超载比控制在0.5以下,超载作用时间控制在1～3倍的主固结时间内。     

孔隙变化对吹填土地基真空预压固结的影响

吹填地基真空加固过程中,吹填土由液体泥浆变为固态土体,其孔隙降低非常大。由于土体的渗透性和压缩性是孔隙比的函数,因此,吹填土在固结过程中固结系数变化很大,而现行设计方法中固结系数取为常数,这导致预测结果和实际结果差异较大。为考虑固结过程中孔隙变化对固结过程的影响,推导了真空荷载作用下土体固结系数与有效应力的关系,并将该关系应用于巴隆固结理论,从而建立吹填土地基真空固结分析模型。通过室内模型试验,验证了该模型的合理性。计算结果表明,考虑孔隙变化的影响时,吹填土地基前期固结速度快,而在后期逐渐变慢。由于排水面附近土体渗透系数迅速降低,阻碍了周围土体中孔隙水向排水面排出,因此,与现行固结设计方法计算结果相比,吹填土地基后期固结速度慢,总体固结时间长。     

重塑黏土的高压次固结特性初探

利用自行研制的高压固结试验系统,对重塑黏土试样进行了竖向压力从0.25 MPa到12.00 MPa的一维固结试验;并利用三轴设备对该土样进行了0.3～2.5 MPa的等向固结试验。试验结果表明：一维固结试验获得的各级压力固结曲线均有明显的次固结阶段,重塑黏土的次固结系数随竖向压力增大而非线性变化;具体而言,当固结压力小于2 MPa,次固结系数随竖向压力增大而显著减小,当固结压力大于2 MPa后,次固结系数则几乎不变;等向固结试验获得的次固结系数则远小于一维固结试验获得的相应值,其随固结压力的变化规律也与一维固结不同。此外,从微观角度对试验结果进行的分析表明,高压下黏土次固结变形的物理机制不同于低压。即低压下黏土次固结变形的主因是颗粒间的相对滑移,而高压下则是结合水膜的蠕变;而且低压下偏应力对次固结变形有控制性影响,但高压下其影响很小。     

考虑结构性与排水条件的吹填软土的流变特性

软土普遍具有结构性与流变特性。以天津滨海新区吹填场地有一定结构性的吹填软土为研究对象,通过三轴流变试验仪,开展了排水条件以及结构性对其流变特性影响的研究。试验结果表明,排水条件对流变有明显影响。不排水时,流变变形大;排水时,虽然总变形量大,但固结变形占较大比例,流变变形比例小,实际工程实践中可通过增加土体的排水条件减少流变的影响。结构性对土体流变的影响主要体现在所受外部荷载与结构屈服应力大小之间的关系。当外荷载小于结构屈服应力时,流变变形小;当外荷载大于结构屈服应力时,伴随着土结构的破坏,流变变形明显增大,但还是小于同条件下无结构性的重塑土。     

结构性吹填软土流变等时曲线研究

软土普遍存在结构性,结构性影响土体各种力学行为。对天津滨海新区结构性吹填软土进行三轴流变试验,通过对比分析原状土与重塑土流变等时曲线发现,结构性吹填软土流变等时曲线可分离为线性粘弹性变形、线性粘塑性变形与非线性粘塑性变形。在应力小于结构屈服应力时,流变等时曲线线刚度大;超过结构屈服应力时,伴随着土结构的破损,流变等时曲线线刚度逐渐减小,最终趋于一定值,与重塑土接近。结构性对流变等时曲线的影响主要集中在线弹性阶段,进入塑性阶段后影响较小。     

结构性吹填软土蠕变模型研究

以天津滨海新区吹填场地经过真空预压处理的吹填软土为试验材料,对原状土及其重塑土基本性质与蠕变特性进行了试验研究。试验结果表明：经过真空预压处理后的吹填软土同时具有结构性和蠕变性,结构性的存在,对土体蠕变具有重要的影响。在修正的剑桥模型的基础上,对其进行改进,使其考虑结构性的影响,并以此作为蠕变屈服函数,建立了考虑结构性影响的吹填软土半经验半理论蠕变模型。计算结果表明,该模型符合结构性吹填软土实际,可在工程实践中应用。     

吹填软土蠕变过程中颗粒与孔隙演化特征分析

软土一般具有蠕变特性,蠕变在微观上表现为土颗粒与孔隙的变化。为了解长期变形内在机制,对天津滨海吹填软土原状土与重塑土进行了固结不排水三轴蠕变试验。在围压为75 kPa、偏应力为10 kPa情况下开展多组平行试验,选取蠕变过程中多个时间点的试样进行微观结构测试,提取了颗粒与孔隙变化参数,研究蠕变过程中微结构变化规律。研究结果表明：在文中所受荷载条件长期作用下,颗粒与孔隙定向性明显;平均孔径及平均孔隙体积呈逐渐减小趋势;结构性原状土比表面积逐渐增大,重塑土则呈减小趋势;结构性原状土颗粒与孔隙分数维呈减小趋势,但重塑土呈相反趋势。     

真空预压法加固吹填土的模型箱试验

大连大窑湾三期工程所处理的土体为含水率＞ 120% 的超软土。为研究超软土的处理方法,采用袋装沙井、滤膜等效孔径80 ～ 100 μm 和孔径＜ 75 μm 的3 种排水体,0. 4 m 及0. 8 m 的2 种排水间距,共计6 个试验箱进行真空预压法试验研究。通过对表面沉降形态进行沉降优化计算,采用3 种模型进行沉降预测,结合监测与计算结果,认为排水体间距为0. 4 m、等效孔径≤75 μm 的国产B 型排水板效果最佳。     

超载预压处理软土的次固结特征及沉降计算

为了研究超载预压软土的次固结特征,分析超载预压处理软土地基的工后沉降,文章考虑应力历史对软土结构性的影响,模拟现场工况,对重塑洞庭湖软土试样进行超载预压后再压缩的一维固结蠕变试验。研究结果表明:经过超载预压的软土卸荷后再进行加载,压缩变形过程中主固结时间明显缩短,约为未经超载预压处理软土主固结时间的1/3,打设排水竖井对软土主固结时间几乎没影响;预压荷载越大,次固结系数越小,超载预压有利于消除软土的次固结沉降;随着建（构）筑物荷载的增加,次固结系数增大;打设排水竖井,未经预压处理软土的次固结系数略有增加,经过超载预压处理软土的次固结系数略有减小,但影响效果不是很明显。考虑应力历史,引入超载增量比,发现次固结系数与超载增量比呈线性递减关系,建立了相应的计算模型,提出了次固结沉降计算公式。试验及分析结果对预压处理地基的设计和施工具有一定的指导意义。     

天津滨海新区吹填软土固化试验研究

天津滨海新区有大面积吹填软土,难以直接满足工程建设的要求,需进行固化处理。现采用主剂水泥和外加剂石膏、NaOH、Na2CO3和FeCl3,通过组合配比对天津滨海新区不同含水率的吹填软土分别进行室内固化试验,以无侧限抗压强度为指标,经有效地筛选和对比分析,确定了适用于不同工程性质的两种固化剂组合配比,并对固化土的微结构特征进行了分析研究。试验研究表明,水泥加适量的外加剂加固天津滨海新区吹填软土效果明显好于纯水泥土。微观结构分析表明,与同一龄期下水泥土相比,固化土生成的水化物更多,孔隙含量更少,表现出更稳定的微结构特性,也从机制上解释了该现象。     

堆载预压下天津滨海吹填土的固结特性

吹填造陆已成为沿海地区解决土地匮乏的有效方法。为使吹填土迅速排水固结以缩短工期,以天津滨海新区的吹填土为研究对象,在无外力自重固结下,通过静水沉降以及室内试验等方法研究吹填土的基本性质和沉降特征,并对固结度、沉降速率进行定量分析,评价吹填土的固结程度,得出天津吹填土的固结和沉降特性。结果表明: 等幅水头逐级加压在一定程度上有效地抑制了低渗透性土体即“泥皮”的形成; 当水头高度为45 cm 时,土体固结度接近100%; 距离排水管越近,固结情况愈好; 堆积荷载增大,渗流速率变小,土体趋向固结。