沉积泥砂非线性大变形固结沉降计算模型

沉积形成的水底黏性泥砂自重固结过程表现出显著非线性大变形固结特征,应采用大变形固结理论进行泥砂沉积固结计算。基于软黏土一维非线性大应变固结理论,应用有效应力、渗透系数与孔隙比间扩展幂次函数固结本构关系,由达西定律、有效应力原理、连续介质方程等建立大变形固结控制方程,根据固结单元孔隙水渗流、单元变形与泥砂沉积层固结沉降耦合关系形成黏性泥砂大变形自重固结数值模型。泥砂自重作为固结荷载,数值模型假定沉积泥砂各向同性且固结沉降应变、孔隙水渗流仅发生于竖直方向,为一维单向沉积固结过程;采用泥砂沉降柱试验确定泥砂非线性扩展幂次函数关系参数。模型应用中,划分竖向固结单元,由沉积泥砂固结本构关系确定各固结单元有效应力及超孔隙水应力,通过超孔隙水应力时间维度上的消散过程及各固结参数间的耦合关系计算泥砂固结沉降。数值模型计算结果表明,沉积黏性泥砂自重固结初期表现为有效应力调整过程,初始有效应力与孔隙比根据固结本构关系匹配调整为扩展幂次函数关系;沉积泥砂应变与应力固结度存在20%左右误差,泥砂固结沉降发展快于超孔隙水应力消散过程,证明沉积泥砂固结沉降变形的发展与超孔隙水应力消散并非同步耦合。计算模型应用于室内沉降柱试验模拟淤积黏性泥砂自重固结沉降预测中,模型输出与试验结果符合良好。     

广西北部湾人造陆域吹填土电冲击特性研究

吹填土陆域的固有特性是造成其频受雷击的重要因素之一。针对广西北部湾吹填土的电冲击特性,结合理论分析、室内试验和数值模拟的方法对其展开研究,探究其与外电场的响应规律。首先从Archie电阻率模型理论出发,结合土体的介电常数公式,提出了吹填土的电冲击模型,认为影响其与外电场之间的响应规律的主要因素是干密度、含水率和含盐量。电冲击试验表明,吹填土击穿场强随含水率对数和干密度对数的升高呈线性降低,随含盐量的升高呈指数降低。再结合数值模拟结果发现,含水率、干密度和含盐量越高,吹填土内部场强越大,受冲击电场作用越显著,对外电场的响应越强烈,其中又以含水率和含盐量的影响为主。     

盐腔内回填碱渣沉降固结特性室内试验研究

碱渣回填到充满卤水的废弃盐腔后,颗粒会自由沉降到盐腔底部形成沉积层,进而在自重作用下固结。为了解盐腔内回填碱渣的沉降固结特性,以江苏淮安地区碱渣为对象,进行了沉降柱试验和固结试验。试验结果表明:(1)碱渣在卤水中的沉降过程可以分为3个阶段:絮凝阶段、沉降阶段和固结阶段。初始浓度对碱渣的沉降曲线和沉降速率有很大的影响。(2)碱渣颗粒分布、密度、含水率和孔隙比均呈现出分层特性,颗粒粒径、密度随深度的增加而增大,含水率、孔隙比随深度的增大而减小。(3)碱渣具有很高的压缩性,压缩系数a1-2为3.36 MPa-1。在压力范围小于100 kPa下,固结系数随固结压力的增加而显著减小。试验结果对了解盐腔内回填碱渣的沉降固结特性提供了参考,有利于指导回填施工工艺和碱渣的后期处理。     

基于时间序列动态神经网络吹填土沉降预测研究

吹填土围海造陆技术能有效缓解土地资源紧张的问题,所以提高此项技术水平刻不容缓。但是吹填土中,黏粒含量高,有机质含量高,含水率和压缩性大,强度低,导致固结效率低,沉降速度慢。进行长期沉降观测需要耗费较多的资源,故大部分工程并不进行观测。吹填土土体表面形成硬壳的时间一般需要耗费2～3a之久,工期长,加固效果不理想,工后实际沉降与预期沉降相差很大。因此,为工程达到规定变形的要求,如何结合沉降的观测数据进行长期沉降量的预测,以及针对预测得到沉降量,对吹填土采用哪种处理方式成为我们亟待解决的问题。本文通过自编程序建立了时间序列动态神经网络的非线性方法,并将其运用于吹填土沉降的预测中并分析结果。结果表明,动态神经网络的方法可较为合理准确的运用于软土的固结沉降预测中,误差小,可行性强,预测结果具有较高的精度和稳定性。     

考虑固结历史的结构性软土路基沉降数值模拟

沿海地区广泛分布结构性海相软土,给公路运营带来很多安全隐患。通过研究某高速公路江苏段,提出了基于Shanghai软土本构模型,利用现有路基下软土的固结试验结果反推施工前原状土本构参数取值的方法。通过水-土耦合有限元程序模拟路基长期沉降,分析了土层结构性、渗透性、软土层厚度对路基沉降发展的影响。结果表明,土层初始结构性越强,加载阶段孔隙累积值越大,施工沉降越大;工后土体结构性变化越大,土层压缩越明显。土体渗透性影响路基沉降,渗透性越小,累积孔压越大,沉降时间越长,总沉降量与工后沉降占比越大。软土层厚度影响路基沉降发展,土层越厚,路基最终沉降越大,沉降稳定时间越长。     

化学方法改良吹填土固结沉降性质研究

大连市大窑湾港区的吹填土为高分散性低液限粉质黏土,其特点是亲水性高,含水量大,排水率低,这造成了吹填土承载力低,在荷载作用下变形量大,在很长一段时间内无法作为正常建筑地基使用.通过在盐水环境下添加不同剂量的浓度为0.1%的絮凝剂Praestol-2515或Praestol-650溶液,可以观察到土颗粒迅速聚合,土粒粒径明显增大,粒间胶结更加均匀和紧密,形成絮状物,从而促进了土颗粒与自由水分的分离,导致过饱和吹填土（悬浊液）沉降速度大大提高,极大地缩短了吹填土的排水固结时间,在短期内达到建筑地基所需要的变形量和承载能力.研究结果对于沿海地区过饱和吹填土的造陆工程,以及类似的高含水率黏性土的地基处理具有重要的启示意义.     

填土应力路径下珊瑚砂幂律应力-应变模型的适用性研究

岛礁工程建设常用珊瑚砂吹填地基或作为土工构筑物的填料。珊瑚砂在填筑期的应力路径具有静止土压力系数K0固结和等应力比路径的特点,为了准确预估填筑期的填土变形量,需要建立能够反映填土应力路径影响的变形计算模型。根据广义虎克定律,建立了幂律形式的非线性弹性模型来描述土体的应力-应变关系,提出了变形参数的表达式。对珊瑚砂开展了K0固结试验和等应力比路径下的排水三轴压缩试验,分析了珊瑚砂的应力-应变曲线和颗粒破碎状况,研究了幂律应力-应变模型的适用性,并将模型计算结果与试验曲线进行了对比。结果表明：填土路径下的应力-应变曲线具有幂函数曲线形式,可以用幂律非线性弹性模型来描述。模型的切线模量和切线泊松比均可以表示为轴向有效应力的函数,并通过与主应力比或系数K0相关的参数得到表达。等应力比路径下的切线泊松比和切线模量随着轴向有效应力的增加而增大。在相同的轴向有效应力条件下,主应力比越大,切线模量越大,切线泊松比越小。随着轴向有效应力的增加,K0固结珊瑚砂的静止土压力系数和切线泊松比减小,切线模量增大。在试验应力范围内,填土路径下珊瑚砂的颗粒破碎量都很小,对应力-应变特性的影响不大。幂律模型合理地预测...     

基于3个不等粒径颗粒接触模型的土-水特征曲线

基于热力学原理及二维液桥计算模型,以3个不等径土颗粒为研究对象,推导出基质吸力与体积含水率之间的关系,得到微观模型下的土-水特征曲线。将3个不等粒径颗粒概化为限制粒径、中值粒径和有效粒径,研究了粒径大小、颗粒级配和土颗粒接触角的大小等因素对土-水特征曲线影响的规律。计算结果表明：体积含水率相同,颗粒粒径越大,相应的基质吸力越小;在同一基质吸力下,不均匀系数 越大即土颗粒越不均匀,其体积含水率就越低;接触角对土-水特征曲线的影响是明显的,即接触角越小土颗粒亲水性越好,同一基质吸力下的体积含水率也就越大,且曲线的进气值会随着接触角的减小而减小。     

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。     

堆载预压下天津滨海吹填土的固结特性

吹填造陆已成为沿海地区解决土地匮乏的有效方法。为使吹填土迅速排水固结以缩短工期,以天津滨海新区的吹填土为研究对象,在无外力自重固结下,通过静水沉降以及室内试验等方法研究吹填土的基本性质和沉降特征,并对固结度、沉降速率进行定量分析,评价吹填土的固结程度,得出天津吹填土的固结和沉降特性。结果表明: 等幅水头逐级加压在一定程度上有效地抑制了低渗透性土体即“泥皮”的形成; 当水头高度为45 cm 时,土体固结度接近100%; 距离排水管越近,固结情况愈好; 堆积荷载增大,渗流速率变小,土体趋向固结。