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。     

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。     

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。     

基于ABAQUS的真空预压插板深度的研究

通过ABAQUS大型有限元软件模拟了实际工程中的部分加固过程,验证了此类工程数值模拟的可行性。ABAQUS有限元软件计算的地基沉降规律和沉降值与实测结果非常接近,其中不一致部分为简化计算引起的误差。通过模拟不同插板深度的加固,对比了对应深度的加固效果,分析了底层的固结沉降效果。得出真空预压插板深度的变化会对工程加固效果产生影响,其中对底层土体影响较为显著;排水板打设穿过目标软基底部一定深度可有效提高底层土体固结度,进而提高软基整体加固效果。     

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。     

新吹填淤泥浅表层加固中“土桩”形成机理及数值分析*

新近吹填的淤泥经浅层加固后出现凹凸不平的"土桩"现象,结合现场试验,分析了孔压监测和静力触探试验结果,同时根据大变形固结理论,对"土桩"现象进行了数值模拟,并与常规真空预压法进行了比较,试验及数值计算结果表明:"土桩"是排水板周围土体细颗粒在渗透力作用下向排水板聚集的结果,其形状呈倒锥形,横截面近似椭圆状,深度不大于1.6 m,在此深度以下,土体强度较为均匀;在同一水平面上,距离排水板越近,土体强度越高,桩间土存在"软弱带";考虑土体参数随固结过程的变化可以反映"土桩"的形成。最后提出了避免或减少"土桩"的建议,所得结论可供类似工程参考。     

新吹填淤泥浅表层加固中“土桩”形成机理及数值分析

新近吹填的淤泥经浅层加固后出现凹凸不平的"土桩"现象,结合现场试验,分析了孔压监测和静力触探试验结果,同时根据大变形固结理论,对"土桩"现象进行了数值模拟,并与常规真空预压法进行了比较,试验及数值计算结果表明:"土桩"是排水板周围土体细颗粒在渗透力作用下向排水板聚集的结果,其形状呈倒锥形,横截面近似椭圆状,深度不大于1.6 m,在此深度以下,土体强度较为均匀;在同一水平面上,距离排水板越近,土体强度越高,桩间土存在"软弱带";考虑土体参数随固结过程的变化可以反映"土桩"的形成。最后提出了避免或减少"土桩"的建议,所得结论可供类似工程参考。     

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。     

真空预压加固吹填土地基对周边环境的影响

为了研究真空预压加固吹填土地基对周边环境的影响,结合广州港南沙港区二期工程软基处理工程现场试验,综合分析了真空预压影响区的孔隙水压、地下水位、沉降和侧向变形等变化规律.分析结果表明,真空预压的影响距离达28～41 m,影响深度达24 m;真空预压对周围影响与地质条件等有较大的联系,影响区插设塑料排水板后,地表沉降和表层位移降低约2/3,侧向位移降低约1/3;影响区为已真空预压加固区时,影响区土体变形模量因固结而增大,刚度提高,侧向变形显著降低,约为未加固影响区的6%.     

组合排水板在软土地基处理中的应用

随着国家经济的快速发展,近海造陆技术也有了突飞猛进的发展,对于新近吹填土层和原有岸滩地基,其固结速率往往相差较大。采用通常布设排水板的真空预压处理新近吹填土层(或夹层)效果欠佳。通过加密浅层排水板结合深层排水板形成组合排水板,以改善不同地层的加固速率。本文以天津南港工业区港区航道、港池挖泥结合吹填造陆工程项目(造陆二区)地基处理工程为实例,介绍了组合排水板对解决新近吹填土层(或夹层)效果欠佳问题的成功应用。     

曹妃甸地区生石灰加固吹填土地基的试验研究

吹填土是用挖(吸)泥船通过泥浆泵和管道将含有大量水分的泥沙输送到海(江、河、湖)岸等指定区域而形成的沉积土,吹填土一般具有容重小、孔隙比大、含水量高、颗粒很细、固结性能差等特点。曹妃甸地区利用港池疏浚土完成吹填造地面积约200km2,为尽快满足施工设备进场条件要求,缩短沉积固结时间,使吹填土尽快形成具有一定承载力的地基,是亟待解决的问题。曹妃甸地区吹填土地基主要以细颗粒土和混合土为主,采用固化法处理吹填土地基在时间上具有较大优势,通过对现场不同地块进行吹填土地基处理试验,从而确定更加经济可行的掺拌比例和深度,并提出提高生石灰加固地基效果和节约生石灰用量的建议。     

青岛港前湾港区软土地基处理方法及效果分析

采用强夯法处理上部回填土,塑料排水板法固结下部软土的联合施工工艺使软土土体强度得到提高。通过孔隙水压力及地表沉降观测监测软土地基固结过程,并计算固结度确定检测时间,评价最终的地基处理效果;通过分析强夯时孔隙水压力增量与深度关系曲线,确定强夯有效加固深度,反算出有效加固深度修正系数,它可以用于工程地质条件相似地区强夯设计的参考依据。     

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。     

堆载预压法加固吹填淤泥地基效果评价

介绍了堆载预压法在港口吹填淤泥地基加固中的运用,采用现场实测结果评价其加固效果;与此同时,采用单向分层总和法计算堆载后地基最终累积沉降和土体分层沉降,且用实测结果检验理论计算结果,探讨这种理论计算方法在吹填淤泥地基中的适用性。结果表明:堆载预压法加固吹填淤泥地基效果显著。经堆载预压处理后,土体物理力学性质和十字板剪切强度得到了很明显的改善和提高,地基承载力特征值能够满足设计要求;现场实测沉降结果与理论计算沉降结果几乎一致,验证了理论方法计算沉降的可靠性和准确性。     

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。     

土工合成材料在天津港地区海上堤埝工程中的应用

通过现场实际工程,说明了采用塑料排水板和基垫土工布对防波堤(埝)下的软弱土地基进行加固,可使地基在堤(埝)自重荷载下排水固结,强度提高,确保防波堤(埝)的稳定性,同时可使地基的大部分沉降在防波堤(埝)施工期完成,对合理地控制堤(埝)体的实际施工标高非常有利。     

新型海上自动化PVD施工船应用于软弱地基的加固技术

针对香港机场三跑工程淤泥土软基加固,采用先进的自动化海上PVD施工船舶插设塑料排水板PVD,形成排水固结通道,加速淤泥土的排水固结和沉降,有效提高了地基承载力.通过堆载预压法加固淤泥土地基的施工期沉降量达2.8～3.6 m,软土强度提升显著,加固效果好,本项目成功施工经验为华南地区海相淤泥软土加固提供很好的参考和借鉴.     

澳门东填土区地基处理效果分析

为了检验澳门东填土区浅部土体地基处理效果,在充分研究场区吹填砂前后地基土层特性、地基处理设计方案和施工关键技术的基础上,对监测及检测结果中相关数据进行分析和对比。结果表明,软黏性土和吹填砂经地基处理后力学强度明显提高,工后沉降得到了有效控制,地基处理效果显著;根据长期实际沉降监测值能够对最终沉降量做出更准确的预测或通过选取合理的沉降经验系数m s,使地基沉降量估算值与目标值更接近,以便指导本地区同类项目的地基处理工作。     

静动力排水固结法处理吹填海相泥沙软基试验研究

为加固吹填海相泥沙形成的软土地基,在汕头市东海岸围海造地的吹填区域内,进行堆载预压的静态排水固结法、强夯施工的动力排水固结法等试验,采用“降水+堆载+强夯”的静动力排水固结法加固吹填海相泥沙形成的软土地基。通过现场测试,研究施工过程中各层地基沉降、水位和孔隙水压力、土体位移变化情况,对处理前后的地基进行土工试验和原位测试研究,并验证该方法对海相泥沙的处理效果。研究表明,静动力排水固结法显著提高吹填软土地基的承载特性,可广泛应用于围海造地软基加固工程中。     

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。