真空预压处理高黏粒吹填土的物理化学指标

大连海港常采用高黏粒吹填土作为吹淤造陆工程土料,但高黏粒吹填土的黏粒含量大,真空预压处理地基时竖向排水体四周常常被黏粒淤堵,延误工程进度。为深入研究该类吹填土工程地质特性,基于室内物理模型采用80 kPa真空预压技术处理高黏粒吹填土,针对淤堵难题进行分析。通过测试土体的物理化学参数,建立含水率、易溶盐总量、钠离子含量、酸碱度、阳离子交换量、有机质含量等物理化学指标的特征分布曲线。结果表明：80 kPa真空预压处理的高黏粒吹填土含水率与易溶盐总量、酸碱度等化学指标呈反比;竖向排水体四周吹填土的易溶盐含量较大,有机质含量高;阳离子交换量与酸碱度呈正比。同时物化指标在排水板四周富集的现象反映80 kPa真空预压处理的高黏性吹填土固结状况,同时建议真空预压处理过程中采用分级真空预压方法,改进高黏粒吹填土地基处理,以降低淤堵状况。     

高黏性吹填土固结过程中细颗粒迁移规律研究

软土地基在真空预压过程中,受强大的真空吸力作用,产生固结压密。其中一类软土黏粒含量较大,排水固结过程中产生细颗粒迁移现象,令土体固结的同时细颗粒也积聚在排水板四周,形成泥膜,造成后期排水通道堵塞,降低了固结效率。本研究采用室内试验模拟吹填土排水固结过程,监测颗粒分布情况,探讨细颗粒迁移规律,从颗粒空间分布特征解释高黏性吹填土固结机理。研究证实,固结条件影响细颗粒迁移现象:自重沉淤固结期间,细颗粒迁移受边界条件及渗流路径影响; 加压固结期间,细颗粒迁移受附加荷载产生的垂直压力影响,随着土体含水量的减少,黏粒迁移趋势逐渐减弱,黏粒不再表现出明显的迁移趋势,土体中细颗粒分布从竖向条带状逐步转变为水平向条带状。同时,高黏性吹填土固结过程中,将土样未加分散剂测试得到的粉粒含量称为似粉粒,随着吹填土排水固结过程的持续,吹填土似粉黏比不断地增加。固结时间越长,似粉黏比随深度增加而减小的特征越明显; 与排水管水平距离较远的土体似粉黏比有所增大。似粉黏比作为吹填土固结过程的指标,与土体强度大小成正比,可间接反应强度变化规律,为确定流塑状态及软塑状态的高黏性吹填土固结程度提供了定性指标,直观地反映出土体固结程度。研究表明,随着固结排水过程的持续,排水速度减慢,吹填土粉黏比不断增加,固结程度迅速增加。     

分级真空预压法加固吹填土过程中孔隙分布特征

针对实际工程中吹填土自重固结时间过长和真空预压加固过程中排水管容易淤堵、固结、速度减慢的问题,提出了分级真空预压即逐级施加真空荷载的加固方案,进行了室内模拟试验。试验结果表明：吹填土在固结过程中含水率逐渐减小,易溶盐含量逐渐减小,土体强度逐渐增大,吹填土的物理化学性质得到改善,土体固结效果较均匀;同时对吹填土固结过程中取样进行压汞试验,利用分形理论划分了吹填土孔隙分布区间。探讨了固结过程中孔隙分布特征的变化规律：随着固结压力的增加,吹填土中超大孔隙和大孔隙先被压缩成中孔隙,中孔隙再被压缩成小孔隙;孔径分布由大孔隙集中分布(占50%以上)向中孔隙(占35%以上)和小孔隙(占35%以上)发展。     

化学改性联合真空预压法加固吹填土试验分析

通过开展室内真空预压模型试验和微观测试,针对黏粒含量较高的吹填土,探讨分析了化学改性联合真空预压法的加固效果及其机制。结果显示：经过化学改性后,吹填土的液限及塑性指数显著降低,渗透系数明显增大;此外,微观测试结果显示,经过化学改性后,改性外掺剂与吹填土颗粒间发生复杂的化学反应,吹填土颗粒表面附着大量的难溶物,使其表现为典型的团粒结构,孔隙直径明显增大,土体的渗透性显著提高;与常规真空预压法相比,化学改性联合真空预压法处理吹填土的加固效果得到大幅度的提升,其中排水量最大提升幅度达17.6%,表层沉降量明显增大,加固后土体十字板剪切强度最大提高69.0%。该研究为改进真空预压法的技术发展提供了理论依据。     

真空预压法淤堵泥层形成机理及预测模型研究

针对真空预压加固处理过程中容易形成的淤堵现象,结合室内真空预压模型试验,进行了不同颗粒组成和不同真空度条件下的室内试验,揭示了淤堵泥层的形成特性和机理,建立了排水量及平均含水率随时间变化的预测模型。试验表明,在低真空度作用下,由于其渗透路径宽而长,淤堵泥层厚度较大,但含水率和密实度低,形成的孔隙直径分布广且分布较均匀;而在高真空度作用下渗透路径窄而短,淤堵泥层厚度小但含水率和密实度高,形成的孔隙直径较小且分布集中;黏粒含量越高形成的孔隙直径越小,集中程度较高,滤层结构越稳定。     

新近吹填淤泥地基负压传递特性及分布模式研究

为深入了解无砂垫层真空预压技术加固新近吹填淤泥地基过程中的负压传递特性和分布模式,依托珠海港高栏港区某新近吹填淤泥地基处理工程开展了现场试验研究,研究结果表明：（1）土工合成材料水平排水垫层中的负压损失程度较严重,至少为16%;整个排水系统内的负压损失程度也较严重,最严重的高达57%。（2）不同深度处土体中的负压传递特性一定程度上受相应位置处淤泥自重沉积规律的影响,粗颗粒含量高的深度位置,其负压衰减程度相应较低;但总体来讲,负压从竖井向土体传递过程中的损失程度很严重,至少67%,这是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的主要原因。最后,明确给出了该类地基的负压分布模式：水平排水垫层中的负压可考虑为随时间变化的线性衰减模式,而竖向排水体中的负压可考虑为随时间变化的非线性衰减模式。     

增压式真空预压加固吹填超软土微观结构特征分析

先进行常规真空预压法（CVP）和增压式真空预压法（AVP）两组模型试验,分别对吹填超软土进行加固处理,对比分析其加固效果。再利用电镜扫描试验（SEM）和压汞试验（MIP）分别对两种方式加固后的吹填超软土进行微观结构测试,分析在两种加固方式下吹填超软土微观结构特征的变化,并通过Image-Pro Plus图像处理技术进行定量分析,模型试验结果分析表明增压式真空预压的加固效果优于常规真空预压,从土体骨架颗粒形态、骨架颗粒接触形式和骨架颗粒间孔隙3个角度说明了增压式与常规真空预压加固后土体的微观结构特征变化,微观结构定量分析表明,与常规真空预压相比,增压式真空预压加固后土体的孔隙数量、扁平度K、形状系数ff更大;土体的孔隙率、分形维数D更小;定向概率熵Hm没有明显的变化规律;孔径分布增量的峰值位置在左侧,说明增压式真空预压加固后土体的小孔隙数量更多。从微观角度证明了增压式真空预压法的加固效果优于常规真空预压法。     

超软土真空预压室内模型试验研究

随着围海造陆的发展,吹填区底面标高越来越低,吹填土厚度由原来的2 m达到现在的10 m左右,使地基加固时发生很大的压缩变形。在现场真空预压检测过程中发现土体加固后形成上面一层2～3 m的硬壳层,地表以下3～4 m土层强度增长很小。通过超软土真空预压室内模型试验发现加固后由于超软土发生很大的压缩变形,使排水板发生了很大的扭曲变形,甚至发生局部折断现象,导致排水板失效或效率降低,从而使土体加固效果欠佳。在加固土体变形基本稳定后,进行了二次插板再加固的试验,结果表明,土体的沉降进一步发展,含水率进一步降低,十字板强度进一步提高,且沿深度递减幅度大为减小,证明了第一次加固过程中由于土体发生大变形使排水板效率降低,地基不能达到预期的加固效果;采用二次插板可使吹填土产生较好的加固效果。研究成果为探索更有效地加固深厚吹填土方法提供了依据。     

絮凝−真空−电渗联合加固滩涂软土的模型试验研究

针对真空预压作用下排水板淤堵与排水条件受限等问题,提出絮凝−真空−电渗联合加固法。首先通过沉降柱试验确定合适的有机絮凝剂,然后采用该絮凝剂,分别在 48 h（开始介入真空预压,固结度为0 ）、60 h（排水速率明显下降,固结度为60%）及 84 h（排水速率近乎 0,固结度为 80%）时介入电渗,开展不同电渗介入时间的絮凝−真空−电渗联合加固试验。试验从排水量、十字板剪切强度、含水率与孔压等对比分析联合加固的有效性,确定其最佳电渗介入时间。试验结果表明：当固结度为 80% 时介入电渗,絮凝−真空−电渗联合加固法能够有效地抑制排水速率减小的趋势,增长有效排水时间。同时,土体的抗剪强度和承载力亦得到大幅提升,孔压消散更加均匀。此外,在阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的作用下,初始排水速率快,在一定程度上使土体的渗透性得到提升,有效地解决了排水板淤堵问题,说明絮凝−真空−电渗联合加固法具有较强的优越性。     

软基真空预压加固的注气增效机制与数值分析

无砂垫层真空预压技术已成功应用于软土地基加固工程,但软土的低透水性致使其工期很长。为此提出联合间歇性注气以改进真空预压技术,提高其排水速率、缩短工期。建立联合注气的真空预压法有限元分析模型,通过注气位置与注气压力的改变,对比分析注气前后土体中渗流速度、排水速率、渗透比降等的变化规律。结果表明,注气能显著提高真空预压法的排水速率,增强真空预压法的加固效果;由于气体的轻质特性,在排水板下方注气更有利于排水效果;在不冲破土层的情况下,注气压力越大,促进加固的效果越好。联合注气能有效增强真空预压加固软土地基的排水效率,有着较好的工程应用前景。     

高粘性高盐量吹填土固结过程孔隙分维特征

真空预压处理吹填土地基的方法应用广泛,但塑料排水管经常会被吹填土细颗粒堵塞。为提高吹填土造陆效率,通过室内试验,研究了高粘性高盐量吹填土在自重沉淤和加负压联合作用下的固结规律,分析了吹填土取土点的工程地质特征。用易溶盐试验和X射线衍射分析方法确定吹填土中晶体的类型,并结合自重固结不同阶段的扫描电子显微镜微观结构照片,研究吹填土含盐量对排水效果的影响,总结高粘性高盐量吹填土固结排水时渗流通道变化规律。研究发现,随着吹填土含水量降低,晶体颗粒随水流失,渗流通道则处于不断变化的非稳定状态。同时,将分维数作为研究高粘性高盐量吹填土的微观结构指标,发现随着自重固结程度的增加,高粘性高盐量吹填土含水量减少,颗粒表面吸附能力下降,晶体颗粒逐渐脱离土颗粒表面,使土体孔隙和结构单元体颗粒发生规律性变化。     

真空排水预压工程中真空度的现场测试与分析

在分析真空和负压基本物理概念的基础上,总结了真空排水预压工程中真空度现场测试技术和应用现状。通过室内试验及工程实践证明,真空排水预压情况下,地下水位以上的软粘土仍是饱和的,因此,对地下水位以上真空度测点,真空表读数实际反映的是该处的孔隙水压力;而对地下水位以下的真空度测点,真空表读数无意义。     

无砂垫层真空预压在吹填淤泥软基处理中的效果分析

新吹填淤泥具有超软、超含水率等不利的工程特性,使得其对后期的地基处理提出了很高的要求.结合某新吹填淤泥工程,对取消排水垫层后的浅层地基处理进行了现场试验研究.同时采用数值模拟方法、理论和规范方法对该现场试验后的承载力进行分析和探讨.结果表明,在取消排水垫层后,采用浅层处理方法对新吹填淤泥进行处理,可使处理深度范围内的吹填淤泥强度得到明显增长.     

重塑黏土空心圆柱试样制备技术改进及应用

受大体积制样降低土体均衡性及取芯扰动试样的影响,目前在包括主应力轴旋转等复杂应力路径下所开展的重塑软黏土力学特性试验研究的可靠性有待进一步提高。基于真空预压技术设计了制备重塑样的新型装置及方法,具有渗透排水与内壁成型双重作用的竖向排水体、分级施加真空负压以及多个试样同时制作等部件和技术,可快速制备大量空心圆柱试样,所制试样含水率具有较好的均匀性和一致性,减小了后期取芯对试样造成的扰动。开展了主应力轴旋转路径下的相关验证试验,从土体力学性能方面证明了所制试样用于研究复杂应力路径条件下土体性态演变规律的可靠性,为系统研究软黏土静动力学特性与长期稳定性提供了前提。     

真空预压淤泥搅拌墙气密性试验分析与应用技术

通过淤泥搅拌桩墙的抗渗试验、工艺试验和现场试验,从土-水特性关系分析了真空预压期淤泥搅拌桩墙的抗渗时效性、抗渗能力及墙体的抗渗厚度,得出了淤泥搅拌墙在大面积真空预压工程中的共用密封墙桩帽技术及长短桩墙相结合等应用技术,可有效地解决共用密封墙的沉陷开裂和周边密封墙气密性的持久有效性问题。通过对广州南沙港区陆域吹填地基84×104 m2真空预压软基处理工程的应用,从预压期孔隙水压力、水位及真空度分布与变化情况,分析了密封墙气密性及真空预压的加固效果,分析表明：真空预压处理软土地基时,采用优化不透水淤泥搅拌墙方案进行密封处理是可行的。在85 kPa膜下真空度的情况下,1 m厚渗透系数小于10-6 cm/s的淤泥搅拌墙满足气密性的持久性要求。