不同加载方式下真空加固吹填软土的现场试验与数值模拟*

吹填软土在真空负压作用下发生排水固结时,其强度和变形特性与真空负压的加载方式关系密切。首先对吹填软土进行了真空预压现场加固试验,通过对地表沉降、真空度跟踪监测,研究并比较不同负压加载方式下地基沉降规律及加固效果;然后采用FLAC3D建立三维弹塑性数值模型,对软土地基采用不同加载方式进行数值模拟,并与现场试验的实测数据进行对比,深入探讨加载方式对软土地基固结影响的细观机理。研究结果表明：采用真空预压法加固吹填软土地基时,慢速加载方式比瞬时加载方式更有利于土体的加固,建议在实际工程中采用分级加载方式施加真空荷载。     

低应力水平下吹填土的固结特性研究

通过室内固结试验,研究了低应力水平下吹填土的固结特性。试验结果显示出吹填土在e-σ’坐标系下存在着由超软土状态向一般软粘土状态固结转化的界点。在界点之前,不同初始含水率的吹填超软土孔隙比沿不同曲线变化;在界点之后,不同初始含水率的吹填超软土孔隙比沿土体所固有的压缩曲线变化。对比分析了吹填超软土和普通软土的固结变形量、压缩系数、固结系数的变化规律。     

自重作用下吹填土地基的大变形固结分析

为了研究吹填地基在自重作用下的固结特性,通过室内固结试验研究了吹填土在小压力作用下的压缩特性,建立了吹填土孔隙比和固结压力之间的关系式。利用该关系式,结合Gibson固结理论,建立了吹填土地基在自重作用下以超孔隙水压力为场变量的大变形固结方程,并用该方程分析了在自重作用下吹填土地基的固结规律,为吹填土地基的设计及寻求加快其自重固结的途径提供理论依据。     

吹填土地基长期沉降与预测技术

以天津港某吹填土地基加固工程为依托,以现场监测和数值模拟为主要手段,对吹填土地基加固期(施工期)和使用期(长期)沉降进行现场监测,确定吹填土地基施工期和长期沉降的发生发展特性;运用有限元软件对施工期监测结果进行拟合,确定吹填土长期沉降的数值预测模型;并通过该模型分析吹填土地基长期沉降的发生机理。研究结果表明:文中提出的数值模拟方法可有效模拟吹填土地基的施工期和长期沉降,但由于未考虑土体的次固结沉降,长期沉降模拟结果偏小,二者相差16.7%;排水板打设区的土体孔隙水压力消散较快,固结效率高;排水板下卧层软土的持续固结变形是造成吹填土地基长期沉降较大、时间较长的主要原因。     

基于Gibson 大变形固结方程的软基沉降预测方法

基于Gibson大变形固结方程,结合吹填淤泥高压固结试验成果,对简化该方程的3个假定条件进行了验证,在此基础上提出了分级荷载下双层软基沉降预测的大变形固结简化方法,将其应用于围海造陆工程吹填淤泥与原状淤泥双层软基沉降过程预测,结果表明:1)常规预压荷载(≤200 kPa)下,固结压力0～25 kPa与25～200 kPa范围内,吹填淤泥的孔隙比e与有效应力及渗透系数与(1+e)分别满足线性关系,大变形固结系数近似为常数;2)大变形固结简化方法预测的双层软基沉降曲线相比于经典固结理论,更接近于实测曲线,为软基沉降预测提供了一种简易实用的方法。     

辽东湾典型场地吹填土性质研究

针对辽东湾地区吹填土理论研究较少的现状开展野外勘察研究,初步查明辽东湾吹填土分布特征和工程性质概况,发现吹填物源、固结时间、场地渗透条件等影响因素差异使得该地区吹填土性质多样。选定2个典型场地,通过压缩固结试验、压汞分析、扫描电镜等进一步深入分析,研究A、B两类型吹填土工程性质及微观结构特征,并结合埋深变化总结其固结规律。结果表明:A地吹填土不同埋深固结度不同,但其固结阶段相同;B地不同埋深吹填土固结度和固结阶段均不同。     

基于改进Burgers模型的海相软土剪切蠕变特性*

以珠三角地区某港口地基海相软土为例,分别开展固结排水和固结不排水三轴剪切蠕变试验,并结合剪切蠕变试验结果,在传统Burgers模型的基础上,引入一个非线性SP元件,串联后得到一个新的一维蠕变本构模型,并将其拓展为三维情形,利用改进模型拟合海相软土剪切蠕变曲线,并验证其正确性和合理性。结果表明,每一级加载瞬间海相软土均表现出瞬时弹性变形,随即表现出衰减和稳定蠕变阶段,最后一级加载海相软土发生加速蠕变;每一加载等级的不排水条件下的轴向应变量值和孔隙水压力均大于排水条件;海相软土的渗透性影响蠕变变形,弱渗透性条件更有利于蠕变变形的累积;改进Burgers模型拟合海相软土剪切蠕变曲线,吻合良好。     

天津淤泥质粉质黏土一维固结蠕变特性

由软土蠕变产生的次固结沉降对软土地区建筑物及地基的稳定性具有很大危害。通过WG型固结仪对天津地区的一种软土进行了一维固结蠕变试验,得到了不同荷载作用下的沉降变形量。由试验结果发现,在分级加载时上一级荷载会导致土样发生强化现象,次固结系数随着荷载的增大呈现出先增大后减小并趋于一常数的规律。     

真空预压下考虑渗透系数变化的吹填土地基固结分析

吹填土的含水率高达80%以上,孔隙比大。使用真空预压法加固吹填土,土体孔隙比变化很大,土体的渗透系数也随之发生很大的变化。通过室内真空模型试验获取土样在真空荷载下的固结规律和力学参数。采用修正的剑桥模型,并考虑渗透系数随孔隙比变化的非线性关系,运用比奥固结理论分析模型槽试验中土体在真空荷载下的孔压、孔隙比变化规律。其计算结果与实测值对比表明,该模型能很好地分析吹填土在真空荷载下的固结规律。计算结果显示:贴近排水板的土体在很短时间内被压密,造成吹填土地基固结缓慢。因此,若采用不考虑渗透系数变化的计算模型计算吹填土的固结度,该模型的计算值比考虑渗透系数变化模型的计算值大,与实际情况不符。故在进行吹填土地基固结计算时,考虑渗透系数变化是非常必要的。     

青岛港矿石码头地基处理堆载预压区监测

以青岛港矿石码头软基处理工程为例,着重介绍了软土地基在堆载预压下土体的变形、固结过程。对地表沉降、孔隙水压力、地下水位进行了现场观测。通过对实测数据进行分析,堆载预压法处理青岛港矿石码头吹填土及海相沉积形成的软基加固效果是显著的。     

软土地基处理方法及其工程应用

总结了软土路基的常用处理方法,并结合实际工程采用挤密碎石桩＋填土预压＋固结排水的综合处理方法及粉喷桩处理方法对软土路基进行处理,对路基沉降进行了检测。结果表明,上述几种方法综合处理软土路基可以有效改善下卧软弱底基层。路面建成后无裂缝产生,运行情况良好,不仅节约工程造价,而且方便施工。     

基于人工神经网络的软土地基沉降预测技术研究

针对软土地基大变形沉降预测,引入人工神经网络预测技术,通过增加权值调整时的动量修正量对传统BP模型的算法进行改进,使其更加适应对于软土地基沉降的预测。以天津滨海地区围海造陆工程为例,选择吹填过程中吹填土的原始标高、含水量、塑性指数以及吹填土地基加固后的土体含水量和强度为输入量对吹填土地基的沉降量进行预测。预测结果显示预测值与实测值误差在15%以内。     

基于FLAC3D的吹填土真空预压数值分析

吹填土的固结变形属于流-固耦合大变形问题,通常的有限元软件对此类问题的模拟分析较为困难,而利用FLAC3D对吹填土固结变形进行研究则十分便利,这主要表现为FLAC3D本身的算法更适合解决高度的非线性问题和流-固耦合问题。为了便于研究在真空预压过程中大窑湾吹填土的固结与变形特性,利用FLAC3D将修正剑桥模型和比奥固结理论相结合,分别用"面层负压法"和"节点负压法"模拟两种实际的真空压力施加方法,并通过数值计算对比了这两种方法在加固过程中沉降变化、位移变化及孔隙水压力变化的特点,计算结果表明"节点负压法"更有利于真空度在土体中的传递,相应的加固效果更好。     

盘锦典型吹填场地真空预压模拟分析

由于经济发展需要,我国沿海地区吹填造陆广泛开展。针对辽东湾吹填土研究较少的不足,文中通过对盘锦沿海吹填土野外调查及室内外实验研究,对比分析不同物源、不同固结时间、不同场地渗透条件下两典型场地成分特征、物理力学性质等;进一步理论研究并基于FLAC3D软件建立真空预压数值模型,模拟分析吹填软基加固过程中固结沉降规律,为吹填造陆技术发展提供参考。     

滨州港港区吹填土渗透固结特性试验研究

为准确确定滨州港吹填土地基处理参数,采用渗透固结和真空预压2种试验方法研究滨州港吹填土的物理性质参数与固结压力的关系,结果表明：试验后吹填土的参数仅与固结压力的大小有关,与其初始状态无关,且各参数的变化速率在压力小于50 kPa时比压力大于50 kPa时快。渗透固结试验中100 kPa压力和真空预压试验中-100 kPa压力对吹填土的压缩效果基本相同,试验后各土样物性参数基本一致;如采用真空预压对吹填土地基进行处理,在不采取堆载等其他措施的情况下,吹填土的极限含水率为44%,孔隙比为1.23,密度为1.78 g/cm3。     

吹填固化土路基试验与数值模拟分析

研究了唐山市曹妃甸滨海地区吹填土的特性,通过室内土工试验得出吹填固化土相关数据和岩土专业软件FLAC3D数值模拟分析了固化吹填土和正常路基结构的沉降情况。试验结果说明固化剂G能够有效提高吹填土的压缩模量;数值模拟分析表明应用固化吹填土作为路基结构的一部分相对于传统路基结构,沉降仅增加1.53mm,完全不影响其路用性能,能较真实地模拟路基沉降情况;经济效益对比分析说明固化剂应用于吹填路基中,具有极大的工程推广和利用价值。     

软土路堤稳定性分析及评价

结合浙江某软土地基路堤施工的实际,提出填筑过程中计算软基堤坝极限高度的适用方法.考虑分级加载过程中地基强度随固结而增长,采用有效固结应力法对路基进行稳定性分析.通过路堤施工期稳定性分析与评价,对软基路堤既安全又经济的施工程序设计与实施具有重要的指导作用.     

高速公路软土路基固结～蠕变耦合效应有限元分析

考虑Plaxis有限元软件在模拟软土路基等考虑渗流、固结方面问题的优越性,利用软土蠕变SSC模型与改进后的Burgers模型思路相似性,选取SSC模型来反映软土固结蠕变特性,在数值计算时,利用设置时间步长的方式,来反映分步施工阶段的施工、固结过程,并计算路基在施工阶段沉降量变化及超静孔隙水压力的消散过程,进而归纳总结研究区软土路基固结-蠕变耦合效应特性。     

软土屈服前后固结系数变化特征

不同荷载下软土随时间的变形特征是软基沉降设计的重点。通过进行室内高压固结试验,求得不同荷载下的固结系数及正常固结状态下软土的前期固结压力,分析软土屈服前后固结系数差异及变化特点,为珠三角洲软土的力学特性研究提供可供参考的建议。     

软粘土路基沉降的蠕变效应研究

天津滨海地区广泛分布深厚的软粘土,研究其蠕变特性对于预测该地区建筑工程的地基变形和长期稳定具有重要的意义。文章对天津滨海地区典型软粘土进行了一维固结蠕变试验,根据时间硬化蠕变定律建立了蠕变本构模型并确定了模型中的3个蠕变参数:应变率系数A、应力指数n和时间指数m。结合道路工程实践,运用有限元软件ABAQUS开展了路基沉降分析,对比了固结模型与蠕变模型的沉降量计算差异。研究表明,天津滨海地区软土的蠕变特性显著,考虑软土蠕变特性的路基沉降计算结果较固结模型大20%,且与工程实测结果吻合,软土蠕变导致的沉降量在道路工后沉降中占50%以上。