中国南海吹填岛礁钙质砂动力特性试验研究

南海对我国经济发展、资源开发与运输、维护国土完整具有战略性意义。目前我国已在南海海域以吹填方式建设了一系列的岛礁,并在其上修建了一系列的结构物（房屋、防波堤、机场等）。作为这些重要结构物的地基材料,珊瑚钙质砂在极端波浪、海底地震等环境荷载作用下的动态响应特性对评价其上结构物的安全稳定性具有重要的意义。以我国南海珊瑚岛礁吹填工程为背景,对取自岛礁吹填体现场的钙质砂样品,以吹填现场实测的颗粒级配和干密度为依据,开展动态三轴循环试验,研究我国南海珊瑚岛礁吹填体钙质砂地基土的动力特性。试验结果表明：岛礁钙质砂受动态循环荷载作用,在排水不通畅的条件下可以达到部分液化状态,在排水通畅的条件下不发生液化;在不排水条件下,岛礁钙质砂归一化的累积孔压u/ 与振次比N/Nf符合Seed提出的反正弦孔压发展模式;在不排水条件下,所有岛礁钙质砂样品的动态变形模量Ed /E0与归一化应变?m /?r之间全部重合在一条双曲线上,表明不排水条件下岛礁钙质砂的Ed /E0与?m /?r之间的关系不受干密度和颗粒级配的影响,具有很好的统一性。     

中国南海岛礁吹填珊瑚砂剪切力学特性

珊瑚砂作为一种特殊的生物碎屑沉积物,我国南海广泛分布,其具有多孔、非均质、非连续等工程特性,作为填岛的材料和工程建设的基础,吹填珊瑚砂的力学特性是珊瑚岛礁工程研究的关键科学问题。中国南海降雨量大,吹填珊瑚砂渗透性好,工程荷载高,含水性和高荷载对于吹填珊瑚砂剪切力学特性的影响非常显著。利用自主研制的土石混合体大型剪切力学试验机,采用中国南沙某岛礁吹填珊瑚砂,在级配和组分分析的基础上,研究不同密实度、含水量条件下高轴向荷载珊瑚砂的剪切力学特性,通过试验结果分析得出如下结论:(1)含水量增加导致吹填珊瑚砂抗剪强度减小,呈负相关关系;密实度增加引起抗剪强度增加,呈正相关关系;(2)含水量对吹填珊瑚砂内摩擦角影响显著,呈负相关关系,含水量大于10%,内摩擦角降低较小;密实度90%时,含水量大于5%,黏聚力降低较小;(3)密实度对吹填珊瑚砂的黏聚力影响规律不明显,密实度对内摩擦角影响较显著,当含水量大于5%时,随着密实度的增加内摩擦角显著增大;(4)在高荷载条件下,含水量和密实度对吹填珊瑚砂抗剪力学特性影响较为显著,含水量小、密实度大的吹填珊瑚砂抗剪特性最强,对于岛礁填岛工程设计及场地条件改性具有指导意义。     

天津吹填软土应力应变归一化特性研究

天津吹填软土应力应变关系为应变硬化型,可用kondner双曲线进行拟合。本文在此基础上开展了四种归一化因子在天津吹填软土固结不排水条件下应力应变特性中的应用,并建立了归一化方程。研究表明:以四种归一化因子进行归一化时,其中主应力差渐近值(1-3)ulti作为归一化因子时,归一化程度最高,3作归一化因子时,归一化程度最低,(3)n作为进行归一化因子时,n取0.55～0.65较为合适。     

吹填砂地基强夯试验研究

通过某码头工程典型试验区进行的强夯试验，研究了在单点夯试验过程中夯沉量与夯击次数的关系、地基土水平位移和深度的关系、夯击次数与孔隙水压力的关系及孔隙水压力增长与消散和时间的关系；在试验块强夯后，进行了静载试验、静力触探试验和钻孔取土室内土工试验。通过对强夯前后进行对比，得到了强夯法加固吹填砂地基的效果，提出了合理的强夯施工参数和控制工艺，并得出了一些有益的结论。     

天津吹填软土沉积特性及其微观结构研究

吹填软土由于其物质成分和沉积环境千差万别,决定了其工程性质也差别很大,具有区域性特点。本文以大型沉降柱模拟吹填泥浆自然沉积,对天津滨海新区吹填泥浆静水沉降过程中泥水分界面、含水量、孔隙比变化及其沉积后的相关特性进行了探讨,并对其微观结构特征进行了研究。试验结果分析表明:天津吹填土富含粘土矿物,微结构不稳定。在沉积过程中,颗粒分选明显,各项指标前期变化大,后期趋于稳定,总体工程性质差,难以直接满足工程建设的需要,需进行相应的处理。     

快速加固吹填泥浆的试验研究与分析

为了研究利用外掺剂加快吹填泥浆的沉积落淤问题,找到能够使吹填土尽快地从泥浆状态转变为具有一定承载力的地基方法,将吹填泥浆中分别加入水泥、生石灰、水泥和生石灰混合剂,通过沉降柱试验模拟了外掺剂作用下吹填泥浆的落淤、自重固结、预压下强度增长等过程,并从粒度成分、矿物成分、和微观结构方面进行了加固机理的分析,从而在吹填的同时对吹填泥浆进行加固。结合处理前后相关试验结果的对比分析发现,外掺剂能够加速吹填泥浆的落淤、固结及强度增长。     

以吹填砂为覆盖层的饱和软粘土地基强夯试验研究

针对某港区工程陆域不同区域的地质条件和工程荷载,进行了不同工艺的强夯试验,对夯坑周围地表变形、土体水平位移以及孔压的增长和消散进行了观测,并对强夯加固效果进行了试验研究。研究表明,采用强夯法加固以吹填砂为覆盖层的饱和软土地基是可行的,有效加固深度可达到6 ~7 m,吹填砂层厚度对有效夯击率和碎石土垫层的作用有显著影响。由于吹填砂层和淤泥质粘土层中的粉细砂薄层有利于孔隙水压力的消散,用强夯法处理该类地基时,如果设计加固深度较小时,可以不设置竖向排水体。通过对试验数据的分析研究,获得强夯法加固该类地基土的最佳强夯参数和施工工艺,并且认为选择强夯施工工艺应考虑吹填砂层厚度。     

吹填软土CU三轴剪切应力松弛特性试验研究

应力松弛与蠕变二者机制不同,不能简单复制。CU三轴剪切试验可以对许多工况进行模拟,而这些工况中可能包含了一定程度的应力松弛现象,由应力松弛导致的工程事故时有发生。天津滨海吹填软土具有显著的流变特性,以天津滨海吹填软土为研究对象,使用WF应力路径三轴仪,对土样进行固结不排水三轴剪切应力松弛试验。试验结果表明:应力松弛过程可分为快速、慢速和稳定3个阶段;一定范围内,应力松弛速率随初始松弛应变增大而增大;偏应力与时间对数之间存在近似线性关系;应力松弛对总抗剪强度指标几乎无影响,但使有效黏聚力c'减小,有效内摩擦角φ'增大。最后对试验数据进行了归一化和拟合,推导并验证了能够反映吹填软土应力松弛特性的应力-应变-时间关系模型。其研究结果对天津滨海吹填软土的流变性进行了补充,可为相关工程事故的防治提供理论参考。     

剪切速率对结构性吹填软土力学特性影响试验研究

黏土在剪切变形过程中,剪切速率的不同会对其结构破坏产生不同影响,从而影响其力学特性.本文以天津滨海新区吹填软土为研究对象,在对吹填软土关于结构性讨论的基础上,开展了剪切速率对其力学性状影响的三轴试验研究,分析其剪切速率力学效应.试验结果表明:随着剪切速率的提高,在低围压条件下,吹填软土的强度及其结构屈服应力均先减小后增大,存在临界剪切速率,而在高围压条件下,强度及其结构屈服应力则逐渐增大,与剪切速率呈正相关关系,临界剪切速率逐渐消失; 吹填软土的黏聚力在不同围压下随剪切速率提高均呈现减小趋势,内摩擦角在低围压条件下随剪切速率提高呈现增大趋势,在高围压条件下则随剪切速率提高呈现减小趋势; 在剪切过程中,孔隙水压力均随着轴向应变的增大到某一值然后稳定下来,随着围压的进一步加大,孔隙水压力的稳定值会随剪切速率的提高呈减小趋势.     

吹填砂场地强夯振动特性研究及安全评估

针对曹妃甸工业园区液化天然气储罐地基加固过程中所引起的地面振动进行了深入研究,通过对现场强夯振动观测记录进行统计分析、频域分析以及规律拟合,给出了吹填砂场地上强夯所引起的地面振动衰减规律、振幅（振速）随夯击次数的变化规律以及强夯振动的主频变化规律,并就场地周围已存的海堤工程和天然气储罐工程进行了振动安全评估,为现场强夯施工参数的选取提供了理论支撑,同时也弥补了国内对于类似场地振动特性研究不足的局面。     

吹填软土UU三轴剪切应力松弛特性试验研究

当透水性较差的饱和软黏土处于施工速度快(加荷速率快)的实际工况时,往往夹杂着应力松弛现象,给工程实践的安全运营带来巨大隐患。以天津滨海吹填软土为研究对象,采用WF应力路径三轴仪,通过不固结不排水(UU)三轴剪切试验,分析了不同初始应变、围压、剪切速率、取样深度和结构性等因素对其应力松弛特性的影响规律。试验结果表明:不同试验条件下,天津滨海吹填软土的应力松弛过程都可分为快速、慢速和稳定3个阶段;应力松弛速率随初始应变和取样深度的增大而增大,而围压和剪切速率对其影响不太显著,土的结构性增强会明显增大应力松弛速率,从而加剧应力松弛现象的产生;通过对比分析,确定幂函数模型更适合描述不同试验条件下吹填软土的应力松弛变化规律。研究结果对天津滨海吹填软土场地安全施工与运营具有重要的现实意义。      

吹填软土邓肯-张模型与应变硬化指数理论研究

天津滨海新区正在进行大规模吹填造陆工程,由于吹填土成分主要以细粒为主,固结不充分,工后沉降问题成为亟需解决的问题。通过吹填软土重塑样的三轴固结剪切试验,以试验所得的应力应变关系曲线为基础,比较研究了邓肯一张模型和应变硬化指数理论。结果表明：两种模型各有特点,邓肯张模型能够准确预测应力应变曲线的始末段,而应变硬化指数理论参数能够反映吹填重塑土的应变硬化能力。     

天津吹填软土的真三轴卸荷试验研究

利用刚柔复合型真三轴仪对天津吹填软土进行真三轴试验,针对基坑开挖侧向卸荷变形特性进行不固结不排水条件模拟试验研究,控制大主应力△σ≈0、中主应变ε2≈0、小主应力方向卸荷。结果表明：侧向卸荷土体的初始卸荷模量随着围压的增大而增大,卸荷曲线ε1-ε3呈线性关系,泊松比与经典土力学相悖,μ31〉0．5且卸荷剪切过程中随着围压的增大而变大,孔隙水压力在卸荷剪切过程中先增大后减小。     

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。     

大面积堆载作用下滨海吹填软土地基变形特性研究

通过在大面积堆载场地设置地表沉降监测仪器,进行历时3年的现场监测,对大面积堆载作用下滨海吹填软土地基的沉降变形特性进行了分析研究,揭示了大面积堆载作用下软土地基变形特性不同于常规荷载作用下软土地基变形特性的规律,总结了大面积堆载条件下软土地基变形沉降的规律,利用数值计算方法模拟了地基沉降变形规律,分析了地基破坏模式,数值计算结果与现场监测结果有着较好的一致性,在400 kPa堆载力的作用下,最大沉降值约为1.6m。     

不同应力路径下土石混填体变形力学特性大型三轴试验研究

为更加全面地掌握土石混填体的变形、力学特性,采用大型三轴剪切仪分别在常规路径、等应力比路径和等p路径下对不同含石量的土石混填体进行了一系列试验研究。试验结果表明,在低围压下土石混填体的应变软化特征并不明显,其黏聚力普遍较低,而内摩擦角则较高,随试样的含石量从25%增加到70%,其内摩擦角和变形模量亦会随之增加。土石混填体在常规路径和等p路径下的应力-应变关系曲线比较相似,其所求得的抗剪强度指标亦比较接近;而等应力比路径下的应力-应变关系曲线的形态和发展过程均与之存在明显差别。土石混填体在常规路径下具有低压剪胀和高压剪缩的特性,含石量越高,低压剪胀性越明显,反之,则高压剪缩性更为显著;等应力比路径下试样的体积应变与轴向应变之间近似呈线性关系,其斜率随应力比增加而减小;等p路径下试样则是以剪胀性为主,尤其在平均主应力较低时更为显著。     

冀南黄土状土分布和动力特性研究

穿越黄土状土地区的铁路,在列车荷载长期作用下极易发生沉降。笔者等以冀南黄土状土为研究对象,通过野外调查、人工探井、室内试验测试等方法,探明了黄土状土的分布特征和湿陷等级。针对铁路穿越区广泛分布的中等湿陷性黄土状土,采用动三轴仪分别开展了单样多级加载和平行多样恒定幅值动力加载试验,研究了黄土状土在不同固结比、围压、动应力、振动频率条件下的变形破坏特征,并与不同等级湿性土进了对比。得出了以下主要结论：① 冀南东部平原黄土状土湿陷性程度轻微—中等,局部强烈,西部地区和山前台地黄土状土湿陷程度强烈,轻微、中等、重度湿陷性土面积占比分别为：4.9%、21.8%、8.5%,湿陷系数(δs)最大可达014;② 动应力大小是影响中等湿陷黄土状土变形的一个重要因素,土体产生破坏前后存在一个临界动应力比,介于0.37～0.38,当动应力比小于临界值时,试样出现了应变硬化现象,超过临界值后,试样应变软化现象显著;③ 在列车荷载相同的情况下,列车振动频率越高,土体动应变越小但是变幅减缓;④ 相同条件下,黄土状土轴向动应变随δs的减小呈缓慢减小趋势,与非湿陷性土相比变化尤为显著,差值最大达1.02%。研究成果对黄土状土地区城市轨道建设路基灾害的防治以及相关领域的研究具有参考意义。