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。     

增压式真空预压吹填淤泥孔压实时响应及加固机制初探

进行了增压式真空预压处理吹填淤泥的室内模型试验,利用沉降标、微型孔压计和微型十字板剪切仪对试验过程中的土体沉降量、孔压消散以及强度进行监测。结果表明,土体内部注气增压对土体沉降量、孔压累积消散量以及强度提升均有明显促进作用。特别地,获得了增压期间土体孔压的实时响应,并结合数值模拟分析,推断了增压提升淤泥地基处理效果的主要机制为:注气引起增压管/排水板之间土体产生微小的劈裂裂缝,提高了土体的渗透性,并且该裂缝在增压结束后继续提供额外的排水通道,从而在增压后仍能加快孔压消散和土体固结。     

增压式真空预压处理软基的加固机理

常规的真空预压往往由于竖向排水板堵塞引起排水固结效果差、工期长。对此,笔者采用增压式真空预压处理某一站场软土地基弥补上述不足。通过分析对比增压式和常规真空预压处理方式下地基在加固期内的沉降、孔隙水压力变化特征,评价增压条件下的处理效果。结果表明：采用增压式真空预压三、四区地表沉降量明显大于常规处理的一区,且孔隙水压力消散速度也快于一区;而1.0 m间距的三区产生的预压沉降量较1.2 m间距的四区增加约30%;增压式真空预压利用增压管的增压作用能加速软基排水过程并改良排水板易淤积的不良性能。     

处置库污泥工程特性测试研究

对某填埋场污泥库中取样的污泥进行了岩土工程特性测试,包括有机质含量、含水率、界限含水率、颗粒级配、渗透系数、压缩固结特性及抗剪强度等。试验结果表明,与常规淤泥相比,污泥库中经一段时间降解后污泥有机质含量及含水率较高,平均值分别为45%和520%;污泥在历时2 a的生物降解作用下,污泥含水率、有机质含量沿深度呈较为明显的减少趋势;污泥具有极高的压缩性,压缩系数a100-200高达7 MPa-1;污泥的固结表现为非线性大变形特性,其固结系数在10-5～10-6 cm2/s,比淤泥低1～2个数量级,固结系数随压力的增加而显著减少;污泥的抗剪强度参数较小,其黏聚力为0,内摩擦角为14.7°。有机质含量高是污泥高含水率、高液塑性指数、高压缩性,低渗透性、低固结系数及低抗剪强度的本质原因。以上成果可为污泥库的固化处置、稳定分析等提供必要的参数。     

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。     

纤维加筋市政污泥剪切强度试验研究

随着社会经济的快速发展,市政污泥产量逐年攀升,其安全处置对改善城市生态环境和经济可持续发展具有重要意 义。污泥由于含水率高,颗粒细小,粘滞性强,且富含有机质,因而存在机械脱水效率低和抗剪强度低等问题,填埋时容 易造成填埋场堆体发生侧滑、失稳等事故。纤维加筋是近些年发展起来的一种土质改良技术,为了研究该技术对污泥剪切 强度特性的影响,在不同固结压力下（50,100,200和400 kPa） 对纤维加筋污泥进行了一系列剪切试验,分析了纤维掺量 （0,0.05%,0.1%,0.2%,0.4%和0.8%） 对固结后污泥含水率、干密度及剪切强度的影响。结果表明：在不同固结压力 下,污泥排水固结后的含水率均随着纤维掺量的增加呈先减少后增加的趋势,而干密度则是先增加后减小,试验确定纤维 最优掺量为0.1%;污泥排水固结后的剪切强度则随着纤维掺量的增加而增加,纤维加筋作用对污泥的剪切强度提升效果十 分明显,100 kPa下加筋效果最显著;纤维加筋污泥的黏聚力和内摩擦角随纤维掺量的增加而增加,当纤维掺量超过0.4% 后,黏聚力增幅有放缓趋势,而内摩擦角的增幅则有加大趋势;在剪切破坏过程后期,随纤维掺量增加,应变硬化趋势更 为显著。     

土体三轴试验固结过程解析解

三轴试验是获取土体强度和应力变形特性的一个重要室内试验手段。三轴试验中,排水固结阶段试样的孔压消散及固结完成情况是非常重要的两个核心要素,它是进行后续剪切试验的基础和依据。基于等应变假设,推导了土体三轴剪切试验排水固结过程的解析解,以用于分析整个排水固结过程的孔压消散和固结完成程度。针对室内三轴固结排水(CD)试验,利用所推导的解析解对其排水固结过程的孔压和固结度进行了验算对比。结果表明,解析解计算得到的固结度和孔压消散曲线与室内三轴剪切试验的相应曲线吻合得较好,说明解析解可应用于三轴剪切试验排水固结过程分析。     

软黏土层一维有限应变固结的超静孔压消散研究

根据土力学固结理论计算分析软黏土层固结过程的超静孔隙水压力值,确定软黏土体固结过程的强度增长,对排水固结法处理软土地基至关重要。软黏土层固结过程中土体变形较大时,有限应变固结理论和小应变固结理论计算分析软黏土固结所得结果差异较大。利用非线性有限元法及程序,通过对软黏土层固结工程算例的计算结果分析,研究了有限应变固结理论和小应变固结理论计算分析软黏土层一维固结超静孔压值消散的差异;探讨了软黏土体一维固结过程中,几何非线性、土体渗透性变化和压缩性变化对超静孔隙水压力消散的影响。研究结果表明,当土体的变形较大时,有限应变固结理论计算出的超静孔压要比小应变固结理论得到的值消散的更快。考虑土体固结过程中渗透性的变化时,超静孔压消散变慢;可用软黏土渗透性变化指数ck 反映渗透性变化对超静孔压消散的影响,渗透性变化指数ck值越小、超静孔压消散越慢。固结过程中软黏土压缩性的大小及变化也影响超静孔压的消散,可用软黏土的压缩指数cc反映固结过程中压缩性的大小及变化对超静孔压消散的影响,软黏土的压缩指数cc越小,固结过程软黏土层中的超静孔压消散越快。     

不同排水条件下城市固废一维降解固结解析解

目前关于城市固废的降解固结理论研究均沿用太沙基传统排水边界,但是这样不能完全描述垃圾填埋场中复杂的排水边界条件。因此,在已有的简化降解固结模型基础上引入连续排水边界条件,建立了新鲜面为连续排水边界的饱和城市固废一维降解固结模型。在此基础上,借助特征函数解偏微分方程得到了级数形式的解析解答,解的退化检验和收敛性判断初步验证了其合理性。解析解与已有解答的对比分析显示,引入连续排水边界条件后,超静孔压分布有显著的变化;且解析解可解决初始条件和边界条件的矛盾,能反映边界上孔压消散的时间效应。进一步的参数敏感性分析显示,通过调整界面参数可以模拟各种排水条件,获得从完全不排水到完全排水的连续解答。此外,从排水能力差异会改变降解固结发展速度出发,提出了一种保证填埋场稳定的可行策略。     

不同排水板真空预压软土加固对比试验研究

针对目前排水板真空预压加固过程中出现的加固效果不良的问题,现有研究大多针对真空预压加载方式,而对于新出现的不同结构类型的排水板缺乏理论及试验研究。采用3种不同排水板进行真空预压模型试验,对比了不同排水板在真空预压过程中的加固规律及效果。试验结果显示,双面连通排水板和秸秆排水板加固后的土体含水率相较于普通排水板分别降低了9%和5%,且十字板剪切强度平均提高了1.7 kPa 和1 kPa。说明双面连通排水板具有更好的防淤堵特性,且新型秸秆排水板在具有环保特点的同时,能够比普通塑料排水板取得更好的加固效果,为解决真空预压加固效果欠佳的问题提供了新的解决思路。     

直排式真空预压法加固软土地基的试验与研究

目前常规真空预压法加固软土是通过设置真空管网、水平向排水砂垫层和竖向排水体共同完成。为节省砂源和经费,设计了直排式真空预压法,它是对常规真空预压法的技术改进和创新。本文通过对直排式真空预压与常规真空预压现场试验区的监测与检测数据对比分析得出:直排式真空预压大幅度提高了真空预压的能效,即直排式真空预压在排水板不同深度内的真空压力比常规真空预压高出10%～50%,且深度越深效果越显著;直排式真空预压的沉降速率比常规真空预压提高约30%,直排式真空预压比常规真空预压平均总沉降量提高49.3%,缩短了预压时间;同时直排式真空预压法所加固的土体,其各项物理力学指标均好于常规的真空预压法,且不需中粗砂垫层,节省了材料,降低了工程造价。     

污泥掺入生活垃圾后的力学特性试验研究

填埋是污泥消化处置的方法之一,由于污泥的工程特性较特殊,填埋会引发很多环境岩土工程问题。考虑到填埋工程会进行分层碾压铺填,在标准击实试验的击实功下制备试样,通过污泥与垃圾土混合后的直接剪切试验、渗透特性试验,考虑淋滤液和降解产气压力共同影响,进行边坡稳定分析。结果表明：污泥和垃圾混合后的强度比垃圾土的强度低,比污泥的强度高,改善了污泥的强度特性;污泥掺入垃圾后的渗透系数与垃圾土的渗透系数相当,没有劣化垃圾土的渗透特性,但比污泥的渗透系数有显著提高;随着污泥掺量的增加,边坡安全系数会先提高后降低,因此,应结合试验和稳定计算结果,确定实际工程的污泥掺入比;考虑降解产气对边坡稳定的影响,安全系数会降低约15%～20%。     

Review of mehods of analysis for the use of vacuum preloading and vertical drains for soft clay improvement

The use of vertical drains with vacuum preloading for soft soil improvement has become a booming interest in recent years. In this paper, theoretical and practical developments of the utilization of vertical drain with vacuum preloading are currently reviewed. Geotechnical aspects of factors affecting the performance of vacuum consolidation and conversion procedure for multi-drain analysis are discussed based on the current state of the art. The salient aspects of selected case histories on soft clays and land reclamations are elucidated.     

真空预压加固软土地基变形与固结计算研究

考虑真空度的衰减情况,对真空预压加固软基的变形和固结度计算方法进行了研究。先根据真空预压时砂井的真空压力状态建立了真空预压的空间轴对称变形模型,用位移法推导该模型在等应变条件下的变形及体积应变计算公式。在此基础之上结合Hansbo砂井地基固结理论和真空预压的边界条件,推导了忽略竖向渗流情况下的真空预压加固软土地基的固结解析解。比较文中计算方法与已有计算理论和现场试验实测资料结果表明,体积应变的计算对真空预压的孔压和固结度的计算有较大的影响,而直接引用传统堆载预压的体积应变计算公式计算会导致较大误差。在固结度计算中,采用Hansbo的近似方法能满足计算精度的要求,所得计算结果与实测结果吻合较好     

基于固结-固化复合技术对温州淤泥加固的试验研究

为了对软弱淤泥土进行加固,使之满足工程建设所需的一定承载力,在试验基地采用固结-固化复合技术对淤泥进行加固研究。试验时,将一定厚度淤泥分为浅层固化加固层和深层固结加固层;浅层（≤1 m）淤泥采用固化技术进行加固,使之形成高强度硬壳层;对于深层（＞1 m）淤泥,采用真空预压技术进行加固,以提高深层淤泥的承载力并控制加固土体的后期沉降量。试验结果表明,当固化剂掺量为0.6%～5.0%时,浅层固化淤泥承载力特征值在109～330 kPa;固结-固化复合技术对土体加固效果突出,分层加固土体整体的承载力特征值在89～230 kPa;浅层淤泥经过固化处理后,土体强度较高,对地表荷载起到了明显的扩散作用,有效地减小了地表荷载在下卧层土体中产生的附加应力;多数试验单元浅层固化土的应力扩散角在19.474°～26.303°之间。     

真空预压法在连云港潮间带软基加固工程中的应用

以实际工程为例,论述了真空预压排水固结法加固连云港沿海地区潮间带软土地基的原理和施工要点,对工程实际的观测结果进行了深入分析。实践证明,使用真空预压法,对地基施加相当于80kPa荷载的真空压力,100d后地基的总沉降量可达到1m,地基土的平均固结度超过80％,经过加固的地基土抗剪强度明显增加,地基承载力基本满足后续施工要求。表明真空预压法适用连云港沿海潮间带软基加固,效果明显。     

分级施工河堤下高灵敏性黏土的强度增加

软黏土地基由于其含水量高、孔隙比大、强度低、渗透性差,因此,在灵敏度很高的软黏土地基上建造高度较高的路堤,其稳定性很难得到保证。一般采用分级加载的方法使软土地基在路堤荷载的作用下发生固结,强度获得增长。为加速固结,常采用塑料排水板处理地基,使之能在较短的时间内完成固结,加速地基强度增加。针对日本佐贺县高灵敏度的有明黏土地基上修建的分级加载的6.5 m高河堤下软黏土的物理力学性质的变化,说明分级加荷的重要性。现场软土地基为结构性黏土,有很高的灵敏度。而且该软黏土地基的渗透系数极低。因此采用塑料排水板进行了加固处理,施工过程中对地基土的物理与力学性质随固结过程的变化进行了测试。分析了其发展规律,结果表明地基土的单轴强度在250 d内增长了近1倍。     

疏浚淤泥化学絮凝−真空预压深度脱水效果评价

为实现疏浚淤泥高效快速脱水减容,选取化学絮凝和真空预压相结合的脱水技术,利用自制真空预压抽滤装置对5种类型絮凝剂调理淤泥进行系列室内脱水试验,通过上清液高度、泥水分界面高度、沉降速率、底泥含水率等指标,综合评价疏浚淤泥沉降过程与深度脱水效果。结果表明：5种絮凝剂对应最优添加量分别为Ca(OH)2(1 500 mg/L)、PAFSI(200 mg/L)、PAC(200 mg/L)、HCA(50 mg/L)、APAM(500 mg/L);与原始淤泥自然沉降过程相比（底泥高度17.14 cm、含水率96.8%）,真空预压可实现絮凝调理淤泥脱水减容、底泥平均含水率降至53.5%,使底泥体积进一步压缩20.48%～36.99%;真空预压作用下,絮凝调理淤泥在50 min内达到沉降速率峰值,前120 min内淤泥絮凝效果明显、泥水分离程度占据主导;与原始淤泥真空预压对比,絮凝?真空预压大幅提升淤泥沉降速率、有效缩短峰值对应沉降时间,最优絮凝剂（APAM）底泥沉降速率峰值、淤泥总高度沉降速率峰值对应时间点缩短87.5%和83.33%,峰值速率分别增加3.56倍、5.18倍;添加适量絮凝剂能有效改善淤泥脱水性能,增大泥粒尺寸、防堵促排,加速疏浚淤泥沉降与泥水分离效率。化学絮凝?真空抽滤技术有利于实现疏浚淤泥减量化,显著缩短工期、加快施工进度、减少堆积占地,具有显著的工程应用价值。