真空荷载下超软土固结试验及土颗粒移动数值模拟研究*

新近吹填超软土经真空预压浅层加固后,普遍会在排水板周围形成土体强度相对较高的小范围区域,该区域范 围内的土体较密实,抗剪强度较高,而沉降较小,即所谓的“土桩”,“土桩”范围外的土体固结效果较差,造成大面积 吹填淤泥现场加固不均匀现象。针对以上现象,首先进行了吹填土无砂真空预压室内模型试验,并研究土体在加固过程中 颗粒组成、沉降、孔压水头高度和含水量的变化情况;其次采用颗粒流数值软件PFC2D从微观角度进行模拟,探究土颗粒的 移动情况。室内模型试验结果：真空预压加固后,土体产生不均匀沉降,排水板处产生半径为20～25 cm明显的隆起,排水 板附近土体细颗粒含量和密实度明显升高,渗透系数下降,形成一个相对密实和弱透水性的“土桩”现象。数值模拟分析 表明：土颗粒在土体表面负压影响下向下移动是土体固结下沉的原因,排水板附近的土颗粒在排水板负压影响下向排水板 方向移动,是形成“土桩”的根本原因。     

异步真空预压法处理超软土的室内试验及机理*

针对真空预压处理超软地基过程中出现的排水板滤膜外土颗粒聚集现象,提出并通过室内试验研究一种新型真空预压方式——异步真空预压法。该法对相邻的竖向排水体在同一时间下施加不同的真空度,实现对超软土的异步真空吸水预压,缓解因土颗粒单向迁移造成排水体滤膜及膜外土体的淤堵。通过室内试验发现,真空度调节对真空预压的处理效果具有明显影响,同时,异步吸水真空预压排水量是常规真空预压的1.1倍,效果优于常规真空预压;通过对异步真空预压法的机理分析,认为异步真空预压法可保持零速面移动范围内的细颗粒含量,防止细颗粒的过量迁移,有助于缓解超软土的固结排水中的淤堵问题。     

真空预压下考虑排水板淤堵行为的修正砂井固结理论

从准三维固结理论出发,根据排水板在地基排水固结中的空间性及特殊荷载条件,推导出真空预压条件下的砂井固结理论。考虑到实际工程中排水板的淤堵行为对地基固结存在影响,分别进行梯度比试验及单井模型试验,结合试验结果建立考虑淤堵行为影响的修正砂井固结理论。通过对比理论计算值与模型试验实测值,验证土体的超孔压实测变化曲线与理论曲线有良好的吻合度,理论计算公式能有效反映排水板在不同淤堵程度下对地基固结发展的影响。提出的修正砂井固结理论可为相关真空预压软基处理工程推广使用,做出更贴近实际的理论计算。     

真空预压新技术加固吹填超软土的现场试验研究

针对沿海吹填超软土特性,通过广东惠州荃湾港区现场试验,采用真空预压新技术加固吹填超软土,包括新型超软土浅层预处理技术、新型高效节能抽真空技术、新型防淤堵塑料排水板技术等。试验区分别通过浅层预处理和真空联合堆载预压深层处理试验评价真空预压新技术加固吹填超软土的效果。根据加固前后现场监测与检测结果,从真空度、沉降量、孔隙水压力、十字板剪切试验、静力触探试验和室内土工试验成果等指标分析吹填超软土加固效果,证实真空预压新技术在沿海吹填超软土地基处理中具有良好的加固效果及经济性。     

不同类型滤膜排水板真空预压现场试验研究

随着港口建设的快速发展,高效、快速处理新近吹填淤泥成为迫切需要解决的问题。在现场试验的基础上,结合各项监测及检测结果,分析真空预压加固机理,对比不同类型滤膜排水板的加固效果,并研究不同类型滤膜排水板的淤堵情况。试验结果表明:采用防泥蝶形接头直接连接排水板和钢丝软管,可很好地提高真空度的传递效率,管到排水板的真空度损失小;抽真空过程中,土中细颗粒随着水向排水板附近移动形成"土柱",距排水板越远,孔压消散越差,土体的剪切强度越小,结合孔压监测数据和土体剪切强度值分析得到"土柱"的深度范围为1.5~2.0 m,进口滤膜排水板的处理效果优于合资滤膜排水板,普通滤膜排水板处理效果最差;处理后排水板的渗透系数仍能满足设计要求,土体的渗透系数随着距排水板距离的减小而减小,板间土处理较差主要原因是"土柱"阻碍了真空度向周围土体的传递。     

真空预压地基土体沉降及强度增长特征

结合目前对真空预压的理论认识和工程实践,对某工程真空预压地基土体的孔隙水压力消散、沉降、物性参数、强度参数的变化特征进行分析。结果表明:孔隙负压消散量受土体扰动及沉降导致的排水板弯折和淤堵的影响较大,可能导致其不简单地随深度增大而减小;计算吹填土的沉降量时,经验系数可取大些,下部原位土体的沉降经验系数可适当取小些;加固后的土体物性参数及强度参数明显变好,且在排水板底深度以下仍有强度增长。结合监测数据的分析结果,对真空预压的有效深度和加固效果进行讨论。结果表明:土体的有效加固深度受真空负压和土体排水阻力的综合影响;在排水板深度范围内的土体加固效果明显,而该深度以下的加固效果则随深度增大逐渐降低并最终趋于无。     

高含水率疏浚淤泥排水板滤膜淤堵机理

真空预压加固高含水率疏浚淤泥通常存在排水板滤膜的淤堵问题。通过开展4种排水板滤膜的物理力学性能测试,以及环境扫描电子显微镜观测滤膜的孔洞结构规则,对比分析滤膜淤堵试验中梯度比大小规律的本质因素。总结提出滤膜的淤堵机理,并建立防淤堵准则。     

真空预压加固吹填淤泥土现场试验研究

分析了某滨海地区新近吹填淤泥土的物理力学性质、颗粒组成和强度分布特点,通过现场试验研究了真空预压作用下吹填淤泥土的沉降和强度变化特性,指出吹填淤泥土为大变形沉降,固结和强度提高较慢,加密排水板可促进淤泥土的排水固结,增大沉降,泥面铺设土工布有利于真空压力的平面传递和排水固结.分析了抽真空过程中排水板周围淤泥抱团区的土性、颗粒组成和强度变化,指出吹填淤泥土颗粒细、结构性强度低、含水率高、流动性大是形成淤泥抱团的主要原因,提出了解决设想.     

新近吹填淤泥新型真空预压排水系统的研发

新近吹填淤泥目前主要采用真空预压二次处理技术(浅层+深层)进行加固,施工成本较高、工期较长。基于新近吹填淤泥的真空固结机理,提出优化现行真空预压排水系统的新思路,依托广州港南沙港区三期工程软基处理II区工程,开展新型真空预压排水系统现场试验研究。结果表明,新近吹填淤泥经地基新型真空预压排水系统加固后,达到设计要求,解决了现行真空预压排水系统应用于新近吹填淤泥地基时所存在的排水板堵塞、真空压力传递效率低下等问题,且有效地缩短工期、节约成本;基于真空压力传递特性及最终加固效果,方案3 (原生料防淤堵型整体式排水板+专用接头+水平排水板+粉细砂垫层)更适用于新近吹填淤泥地基。     

初始含水率对真空预压加固吹填淤泥影响试验研究

针对传统的真空预压设计和施工方式较为粗放,主要依靠经验进行,缺乏相关的工程参数的问题。设计不同吹填淤泥初始含水率进行了四组室内对比试验,通过分析孔隙水压力,排水量,沉降量,土体的含水率以及十字板剪切强度等指标的变化规律,探究真空预压处理效果与淤泥初始含水率之间的关系。试验结果表明,含水率高的吹填淤泥在靠近排水板处孔隙水压力消散更快;初始含水率越大,排水固结达到稳定的时间越长;初始含水率高的吹填淤泥在真空预压法处理后仍然具有较高的含水率,对应的土体平均强度较低;试验建立了初始含水率与加固后土体强度之间的线性拟合公式。     

采用改进真空预压技术加固软土地基的试验研究

通过改进后的真空预压技术与传统"砂垫层+塑料排水板"工艺的对比试验,研究在软基处理工程中采用"无砂直连"和变孔径滤膜排水板技术的加固效果,并在试验成果的基础上分析改进技术的特点和工作机理。采用"无砂直连"技术可减少真空度损失,选择合适孔径的滤膜排水板可减少滤膜的淤堵,这些技术改进均有利于软土地基的排水固结。     

新近吹填淤泥现行真空预压技术加固效果不佳原因分析

为探讨现行真空预压技术加固新近吹填淤泥地基时效果不理想的原因,首先分析新近吹填淤泥的工程特性,然后开展不同含水率下新近吹填淤泥的室内真空固结足尺单井模型试验研究。研究结果表明:1)新近吹填淤泥主要由较细颗粒物质和极细颗粒物质组成,其中黏粒含量(黏粒+胶粒)和强亲水矿物含量(伊利石+蒙脱石)均较高;孔隙特征主要以孤立孔隙和粒间孔隙为主;含水率基本在100%以上、均大于1.5倍的液限,孔隙比均大于2.5,塑性指数基本在20以上,液性指数基本大于2.0。2)新近吹填淤泥采用现行真空预压技术加固时,膜下真空度损失程度可高达20%以上;真空度从排水板向周围土体中传递时的径向损失程度严重,真空压力的径向作用范围仅局限于直径约为40 cm的土柱范围内:土柱范围内土体的无侧限抗压强度值不超过35 kPa;土体的有效加固深度和强度增长幅度均较小。这两方面是新近吹填淤泥采用现行真空预压技术进行处理时效果不理想的主要原因,因此,有必要结合新近吹填淤泥的工程特性研发出一种新型加固技术或对现行真空预压技术加以改进。     

基于泥沙流变学原理的脉动真空预压技术

在疏浚吹填施工中,如何快速降低吹填土的含水率是吹填区软基处理的一项关键工作。为进一步提高排水效率,开展了基于泥沙流变学原理的脉动真空预压排水技术研究。通过大量室内小尺度单板排水模型试验,阐释了脉动作用对促进淤泥质软基脱水的作用机理,分析了脉动真空预压法的排水效果,提出了淤泥质软基处理新方法。试验结果表明此方法优于现行常用的真空预压排水法,有效提高了排水效率,可减轻排水板通道的淤积堵塞问题。     

吹填土塑料排水板滤膜淤堵试验

吹填土地基排水板淤堵会引发排水通道堵塞,导致排水不畅而影响加固效果。为此,依托大窑湾吹填土地基处理工程,设计了滤膜淤堵室内试验方案,对抽真空条件下的滤膜淤堵进行了试验和分析。     

直排式真空预压技术在舟山围垦区软基处理工程中的应用及加固效果分析

浙东南沿海地区吹填土土性以粘粒为主,具有含水量高、空隙比大、抗剪强度低等特点,传统真空预压在此类吹填土地基上应用存在一定的难度。直排式真空预压作为一种改进方法,可弥补传统真空预压在吹填土地基处理上的不足,具有节省电力和中粗砂资源,缩短工程工期、降低工程造价的优点。文中以舟山某围垦区软基处理工程为案例,介绍了直排式真空预压施工工艺,通过室内土工试验、十字板剪切试验和浅层平板载荷试验等方法对土体加固效果进行分析,试验成果显示土体各项指标均满足设计和使用要求,可为类似的吹填土地基处理工程提供参考。     

水平排水板真空预压法处理吹填流泥试验研究

常规的竖向排水板真空预压处理新近吹填流泥的压缩量可达30%～40%,呈明显的大变形特征,排水板弯曲变形严重,导致排水板中的真空度沿深度衰减较大,影响最终加固效果。针对吹填流泥的这种工程特性,通过对比试验,研究了水平排水板真空预压法在该类场地的应用。试验结果表明,水平板真空预压取得的沉降变形、孔隙水压力、出水量、含水率、十字板抗剪强度等物理力学指标均好于常规的竖向板真空预压,并分析了水平板真空预压处理吹填流泥的优势。结果表明,水平板真空预压是一种可行的吹填流泥处理方法。     

不同排水板布置方式真空预压现场试验研究

论文结合天津某新近吹填淤泥工程,从排水板布置方式角度出发,分别在5个试验区内进行不同排水板布置方式的试验研究。结果表明:采用长短板交叉的梅花型布置方式明显优于正方形布置方式,防淤堵排水板效率明显高于普通B型排水板,因此建议对于新进吹填淤泥的处理方式采用二次处理方法,即:一次处理采用普通B型板,形成工作界面;二次处理采用防淤堵板结合长短板梅花桩布置方式,地基处理效果良好,土体强度增长明显,尤其浅层处理效果较好,且成本更低。     

真空荷载下不同颗粒级配软土真空度传递规律试验研究

采用改进的真空预压试验模型对含砂软土真空度传递进行试验研究,在相同的加栽条件下进行了7组不同颗粒级配的试样真空预压室内模型试验,分别从土体的孔隙水压力和膜下真空度方面对不同试样的真空度传递规律进行对比分析,简述含砂软土的颗粒级配对真空度传递的影响.试验结果表明,真空度优先在有较大孔隙的土体传递,含砂量越高,粒径越大,则真空度在土体传递的速度就越快,从而加快孔隙水压力的消散,加快土体固结的速度.     

真空预压加固流泥效果分析

近来某些围海造陆软基加固工程中,地基表层流泥经过真空预压加固后,强度很低,部分土体仍处于流塑状态,没有达到预期的加固效果。通过室内模型试验,结合青岛某工程实例,分析真空预压加固流泥效果较差的原因,表明这些软基应变固结度达到85%后,承载力仍较低,其原因是这些饱和软土中黏粒含量很高,黏粒对孔隙水的吸附作用较大。采用排水板间距大于60 cm的真空预压方法处理效果较差。     

中子土壤水分仪在真空预压含水率测试中的应用

真空预压加固过程中含水率的变化与地基的加固效果密切相关。传统的地基土体含水率测试方法是取样进行室内试验,本文将智能中子土壤水分仪引入真空预压过程中含水率的现场测试中,通过现场钻孔取土试验进行仪器标定,进而研究真空预压过程中土体中的含水率。基于地基加固前后钻孔取土烘干法室内试验数据与中子土壤水分仪测试数据,研究中子土壤水分仪的测试精度;得到不同深度土体含水率随真空预压时间的变化规律,分析真空荷载对土体含水率变化的影响机制。测试方法简便,结果精度可靠。