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。     

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。     

考虑淤堵效应的疏浚淤泥真空固结沉降计算

疏浚淤泥含水率高、强度极低,真空梯度作用下排水板周围会快速形成致密“土柱”,导致排水固结能力迅速下降,即出现淤堵现象。由疏浚淤泥真空固结室内模型试验获得了出水量变化情况和土体含水率、渗透系数的时空分布情况,确定了排水体周围淤堵区的形成时间与范围,提出了考虑时间效应与淤堵效应的真空度传递模式,同时考虑疏浚淤泥土体压缩和渗透的非线性,建立了考虑淤堵效应的固结分析模型,获得了相应的解析解,通过与已有数据和现场试验结果对比验证了该解答的有效性。利用该解析解,分析了真空度传递模式、淤堵系数λ和淤堵比c对沉降的影响。结果表明,淤堵效应明显减缓了沉降速率,也严重降低了疏浚淤泥的最终沉降量。     

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。     

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。     

水下双面真空预压离心模型试验及数值模拟分析

水下双面真空预压既有低位真空比顶部真空更大降低土体内孔隙水压力的特点,又有水下真空预压可以更好利用上覆水荷载的优点。然而双面真空预压目前仅在处理疏浚土时应用,在固结机制和固结行为方面研究尚不深入。为探讨水下双面真空预压的加固特征和加固效果,采用离心模型试验模拟软土在顶部与底部同时受真空联合砂井预压,并利用有限元分析离心模型试验结果,对孔隙水压力和变形进行了比较分析,探讨了水下双面真空预压总水头分布的变化、应力路径的发展,并评价了固结速率。通过试验和分析发现,水下双面真空预压比陆上真空预压有更大的有效预压荷载,砂井能加速土体固结并减少土体最终沉降,加固区中部应力路径基本按K₀发展;同时在重力与真空双重作用下,底部孔隙水压力下降值远大于顶部孔隙水压力下降值,加固后期底部为低水头区。上述发现增强了对水下双面真空预压的认识和开发利用。     

废弃泥浆底部真空−上部堆载预压模型试验研究

针对工程泥浆回填废弃矿坑处置的安全问题,开展底部真空和上部堆载预压处理废弃工程泥浆的模型试验,探讨该技术在废弃矿坑回填处置工程应用的可行性。试验结果表明,底部真空和上部堆载预压使得泥浆含水率显著降低及泥土的强度明显提高,处理一个月后,含水率从初始450%降低至95%～105%,体积减量达到73.4%;不排水强度由初始为0的状态提高至9.8～13.4 kPa。在初始的静置阶段,泥浆颗粒沉积存在重力分异现象,粗颗粒在底部沉积有助于缓解真空预压过程中淤堵问题。底部真空作用下,泥浆中孔隙水渗流方向并非完全一维向下,在径向存在水力梯度。处理后泥土压缩性与软土相近,渗透性优于软土。基于试验结果和大应变固结理论,考虑泥浆的自重固结以及压缩性与渗透性的非线性变化,利用有限差分法分析了单次回填厚度对泥浆层固结时间和减量效果的影响,提出了现场实施的工艺参数建议。     

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。     

砂柱排水真空阻滞效应的试验和动力学解释

含低渗透盖层的强透水层在排水过程中可能产生包气带真空并阻滞排水。这种真空阻滞效应具有什么动力学特征,是岩土渗流领域有待解决的新课题。以细砂作为粗砂的盖层,进行了双层结构砂柱的排水试验,观测到了包气带真空度先快速增大,然后缓慢减小的过程,排水速率显著低于无细砂覆盖的情况。细砂盖层厚度越大,真空阻滞效应越强烈。基于水-气渗流理论提出了解释试验现象的水流方程和气流方程,并得到了排水早期和后期真空度变化的近似解析公式,说明真空度峰值随盖层厚度呈非线性增加趋势。对试验结果进行参数分析,发现盖层透气性在排水后期明显大于早期,反映了盖层含水率对透气性的影响。     

珠三角软土在真空预压联合电动加固下微观结构变化研究

以真空预压联合电渗和真空预压联合电动作用后的珠三角海(河)积软土为研究对象,利用扫描电镜对以上两种粘土的微结构基本单元的孔隙数和孔隙率、基本单元的平均等效孔径和平均孔隙面积、基本单元的丰度和面积概率分布指数、基本单元的概率熵和孔隙等方面进行研究。在此基础上,将真空预压联合电渗和真空预压联合电动试验的结果进行对比。试验结果表明,相对于真空预压联合电渗试验,粘土经过真空预压联合电动试验后,土颗粒发生明显的破坏,小孔隙逐渐被挤压消失或孔隙之间自调整而互相连通形成大孔隙,软土也由蜂窝状-空架状结构逐步转变为骨架结构-团聚絮凝结构,真空预压联合电动的加固效果更加明显。为珠江三角洲地区海相沉积土区的工程建设提供了参考。     

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。     

基于孔压实测资料的真空预压机理及沉降计算探讨

分析真空预压工法下土体孔隙水压力实测资料,建议将其作用过程分成三个阶段:真空吸力导致浅层土体渗透固结,并对深层土体产生"堆载"效应;浅层土体固结稳定,深层土体由受"堆载"效应向受"负压"效应过渡;深层土体在"负压"效应下产生渗透固结,并达到稳定平衡。认为真空预压法作用机理的根源并不是单独的流体渗流场产生的负压差,而是不同时段"正压"和"负压"共同作用以及在该工法水位下降现象下两种"压力"互相叠加发生的。建立了一维"双弹簧"真空固结模型,进行了土体固结分析,认为该模型能反映真空预压加固软基作用机理。获得了适合真空预压法下土体沉降的计算方法,用此法进行了沉降计算,结果比较符合实际情况,也证明了机理的合理性。     

真空预压法及真空-堆载联合预压法的室内试验研究

通过室内试验,研究了试样在模拟的堆载预压、真空预压、真空-堆载联合预压以及各向等压4种情况下土体的固结变形特性。结果表明,在真空预压模拟试验情况下,试样的变形、加固情况等指标与各向等压模拟试验下的情况很接近,即：试样的竖向变形小于堆载预压模拟试验情况下试样的竖向变形,土性改善程度要优于堆载预压的情况。而真空-堆载联合预压模拟情况下,试样的竖向变形大于真空预压的情况,加固效果好于堆载预压的情况,总体上具有更好的加固效果。     

基于增温加热技术的淤泥真空预压现场试验研究

增温加热联合真空预压技术是一种新型淤泥脱水固结技术,尚未开展有关的现场试验研究。以白洋淀底泥为研究对象,采用一种间歇式温致相变汽化发生器联合真空预压技术进行淤泥脱水固结的现场试验,从热动力学和渗透固结理论方面阐述了增温加热联合真空预压的技术原理,并将处理效果与常规真空预压进行对比分析。结果表明：增温加热联合真空预压技术...     

真空加固前后软土工程地质性质研究

借助X-射线、扫描电镜及计算机图像处理等技术，对海积软土真空预压加固前后的结构特征进行定量分析，并结合室内试验，对比研究土体微观结构和工程性质的变化，探讨真空预压加固的机理。研究表明真空预压加固效果明显，软土工程性质得到改善。加固前软土的微结构以蜂窝状、团粒-絮凝状结构为主，大孔隙较多；加固后以团粒状结构为主，粒内和粒间孔隙变小；加固后结构单元体和孔隙未形成明显的定向性。这与堆载预压加固的结构变化显著不同。真空预压加固是在球应力即等向压力下固结。     

真空加载方式对吹填流泥加固效果及土颗粒移动的影响研究

考虑加载方式的影响开展室内模型试验,对4组相同性质的泥浆试样（含水率为100%）分别采用不同的加载方式,即-80 kPa、-60 kPa→80 kPa、-40 kPa→-80 kPa、-20 kPa→-80 kPa进行加载,加载过程中对试样的出水量、沉降量和侧向变形进行跟踪监测,并对处理后土体的含水率、塑性指数和十字板剪切强度等的空间分布与变化规律进行研究。试验结果表明,（1）真空加载方式对吹填流泥的固结具有比较明显的影响;（2）初始真空荷载为-20 kPa时所得到的土体沉降量最大、强度最高,始终保持-80 kPa荷载情况下所得到的土体沉降量最小、强度最低;（3）从塑性指数的分布特征来看,土颗粒随着土中水的排出发生移动,初始真空荷载越大,这种趋势越明显,部分土颗粒会聚积在排水板周围而导致土体渗透性能的降低,严重时会影响土体的后续固结。建议在流泥淤泥的真空固结过程中采用低初始荷载方式进行加载。     

越南金瓯化肥项目真空预压监测成果分析

越南金瓯化肥项目软基采用真空预压法处理,在预压过程中采用了膜下真空度、地面沉降、分层沉降、地下水位、孔隙水压力、深层水平位移等多种监测方法。对监测目的、方法做了介绍,根据监测的数据预测了最终沉降,计算了固结度,为卸载提供了依据。