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。     

高黏性新近吹填淤泥真空预压试验颗粒流宏微观分析

为了从宏观和微观角度探讨颗粒组成对淤堵层形成机理和加固效果的影响规律,依托天津某新近吹填造陆工程,先进行直排式真空预压法室内模型试验,然后基于颗粒流理论和PFC2D程序,在解决模拟过程中颗粒级配和孔隙比的二维转换、排水边界的等效模拟、真空渗流场的施加等问题后,对模型进行有效的模拟计算,进而将结果推广,开展了不同颗粒组成吹填土真空预压试验的颗粒流模拟,总结了排水速率变化及颗粒运移规律。结果表明:对吹填土真空预压过程进行二维颗粒流数值模拟是有效可行的;真空预压过程中细颗粒沿渗透路径迁移,在沿途滞留,导致渗透路径变短变窄,从而形成淤堵层;对于高黏性新近吹填淤泥,在相同真空荷载作用下,黏粒质量分数越大,初期排水速率增长越快,并且随着土体不均匀系数的提高,淤堵层变得易于形成且致密,排水速率衰减越快;粉粒质量分数越大,土体孔隙率变化越均匀,尤其当粉粒质量分数大于黏粒质量分数时,真空预压加固效果有明显改善。     

室内加固的吹填土微结构试验研究

在室内进行吹填土加固试验中,在吹填泥浆中分别掺入水泥和石灰两种外掺剂对吹填土进行加固,针对加固后的代表性吹填土样,利用扫描电子显微镜及图像处理技术对其进行微观结构测试。由微观结构照片可以看出,水泥处理后吹填土主要为团—絮状结构,而石灰处理后吹填土主要为团聚状结构。结构单元体的量化分析表明,生石灰处理后土样结构单元体等效直径较大,两种外掺剂处理后的吹填土中颗粒均以扁圆形颗粒为主,加压前土样结构单元体无明显定向性,而在受压后,土样定向性有所增强。孔隙定量化分析显示,压力作用下土体孔隙直径变小,受压前孔隙多为扁圆形,而受压后等轴孔隙数量增多,且受压前后土样孔隙均无明显的择优取向特征。     

真空预压处理吹填土的微结构特征试验

首先进行了吹填泥浆沉降柱试验,取得了未经真空预压处理的吹填土土样,并在天津滨海新区临港工业区真空预压处理后吹填场地上获取原状土样。其次,对所取土样进行了微观试验土样制作和电镜扫描,获取了未处理和经过真空预压处理土样的SEM照片,最后运用微结构处理软件,对其微结构进行定量化分析,研究了真空预压过程中吹填土的微结构变化规律。结果显示,经过真空预压作用,颗粒和孔隙等效直径、面积、周长、形态比和圆度明显减小,颗粒和孔隙数量明显增大,其原因是在真空预压处理过程中,吹填土的原始结构被破坏,进而形成了新的结构。      

真空堆载联合预压加固软土地基效果分析

以苏州某软土地基采用真空堆载联合预压法加固处理为实例,通过现场地表沉降、分层沉降及孔隙水压力监测和室内土工试验等方法,探讨了预压前后软土地基的物理力学性质变化规律,分析了这一处理方法的加固机理和有效性。试验结果显示:预压后土体含水量降低,干密度增大,液性指数减小,压缩模量增大;土抗剪强度指标c、φ值均有提高,特别是土的内摩擦角φ值显著增大。总体来说软土的工程性质得到显著改善,说明真空堆载联合预压法处理软土地基效果显著。     

高黏粒含量新吹填淤泥加固新技术室内研发

新吹填淤泥处于“稀泥汤”状态,工程特性极差,几乎无承载力,现有真空预压技术加固效果不理想,地基有效加固深度小,土体强度增长有限。为此,提出了“真空预压联合化学加固”的新思路。室内采用3种环保型化学加固剂设计了3种真空预压联合化学加固方案（VPCT1、VPCT2、VPCT3）和1种纯化学加固方案（CT）,与现行真空预压加固方案（VPT）进行了对比试验研究。研究结果表明：(1) 添加有效的化学加固剂后,新吹填淤泥在抽真空前较短的静置时间内就基本完成了自重沉积过程;(2) 化学加固剂选取得当能有效提高土体的加固效果;(3) 宏观上,VPCT3方案加固效果较均匀,加固后土体中黏粒含量明显降低、湿密度最大,孔隙比降低幅度明显,无侧限抗压强度也最大,为66.7 kPa（为VPT方案的3.5倍）;(4) 微观上,VPCT3方案加固后,土颗粒之间的孔隙总面积、孔隙平均周长、总孔隙数、孔隙比、孔隙率等最小,单元体之间有良好的定向度、排序性最好,连结方式以面-面为主导,相互之间接触紧密,团聚现象最明显。因此,相对于现行的真空预压技术而言,VPCT3方案土体加固效果非常明显,也较均匀,可以进一步开展现场试验研究,探讨其付诸于工程实践的可行性。     

真空作用面位置对加固效果影响的试验研究

工程中应用广泛的真空预压法和真空-堆载联合预压法主要是指真空作用面位于地表面,通过从上部抽真空实现预压的目的,但对于吹填造陆工程,则不十分合理。通过室内试验模拟上位抽真空和下位抽真空,分别从土体的物理力学性质、沉降量、排水量等几个方面对2种预压方法的加固效果进行了比较分析,阐述了真空作用面位置对加固效果的影响。试验结果表明：下位抽真空的加固效果优于上位抽真空。     

劈裂真空法加固软土地基的效果分析

针对常规真空预压法加固软土地基中存在的问题,介绍了最新研制开发的气压劈裂真空预压法及其施工工艺,并通过现场试验段测试结果分析了劈裂真空法加固软土地基的效果。测试结果表明,较常规真空预压法而言,劈裂真空法可以提高真空荷载向深层土体中的传递效率和加速超静孔隙水压力的消散,既可改善深层软土的加固效果又可加速地基固结,缩短工程工期;劈裂真空法加固地基的沉降效率大于常规真空预压法处理地基,沉降易于收敛,有利于工后沉降的控制。通过加固前后孔压静力触探试验测试结果对比和取样室内试验土性参数变化分析,论证了劈裂真空法加固深层软土地基的有效性和优越性。     

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。     

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。     

冲填软土地基深层加固的优化方案分析

冲填软土地基需要经过地基处理后才能投入工程使用,处理方案一般为浅层地基处理如真空预压处理,但对于大面积大荷载堆载场地,浅层地基处理不足以保证地基稳定性,需进一步做深层地基加固。本文针对广州某造船基地大面积堆载场地,对经真空预压处理后的该类深厚冲填软土地基提出了搅拌桩地基、微型桩地基以及搅拌桩微型桩交错布设地基加固方案,并基于Biot固结理论和有效应力原理,采用有限元分析软件PLAXIS进行数值模拟,对土体选取基于修正剑桥模型的软土模型和Mohr-Coulomb模型,对搅拌桩和微型桩依次选取线弹性模型和弹性模型,计算得到不同加固方案的基础沉降量。基于不同桩型加固机理对计算结果进行进一步分析得出,对此类深厚冲填软土地基,相同桩长的搅拌桩地基加固效果较微型桩效果更明显; 另通过对不同桩长搅拌桩地基加固效果的模拟计算,发现桩长为10m到15m的搅拌桩均能有效加固地基,但随着桩长的增加,加固效果未能显著提高。本研究为冲填软土地基深层加固的设计提供了一定的依据。     

真空预压法在珠江流域某冲填土场地的应用

依托珠江流域某冲填土场地工程实例,介绍了真空预压法的施工参数及应用效果,另对“薄弱部位”泥浆搅拌桩密封墙处地层的强度进行了定量分析,结果表明真空预压法适用于此类场地,加固效果明显,但密封墙位置强度降幅较大,需采取换填等措施二次处理后才能使用,可为其他类似工程提供参考经验.     

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。     

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。