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。     

蠕变条件下吹填软土结构强度形成研究

土体的结构性对土的工程力学性质具有决定性的影响。本文以天津滨海吹填软土为土质材料,进行了蠕变作用下土体结构屈服应力形成试验及相应的微观结构分析。试验结果表明:蠕变对土体结构性的影响是一个综合作用的过程,其中排水条件最为关键,在此基础上,围压及偏压都对土体结构屈服应力的增长起作用,并随时间的增长而增长。反之,土体的结构屈服应力变化不大。微观结构分析表明,小偏应力蠕变作用下结构屈服应力的形成实质是其微观结构逐渐稳定的过程。     

吹填软土蠕变过程中结构强度变化及微观机理分析

结构性土长期变形过程必然对土结构产生影响。通过对结构性吹填软土进行三轴蠕变试验,在蠕变过程中选取有代表性时间点的样品,对其进行微观结构分析与结构强度测试。研究结果表明,蠕变过程其实就是土体内部结构硬化和软化相互转化的过程。当应力水平低于结构屈服应力时,土体的蠕变是硬化占主要部分,其微观结构的变化是逐渐趋于稳定,结构强度相应增长。当应力水平超过结构屈服应力时,土体的蠕变是软化占主要部分。该阶段可细分为两个阶段,即其结构从大量破坏阶段到土体结构最终破坏阶段;微结构却从稳定阶段变为不稳定阶段,最后又回到无序阶段。     

吹填砂土地基的不同加固方法效果评价

某港口堆场地基由砂土吹填而成,地基承载力约为65kPa,为使地基达到150kPa的承载要求,必须对该吹填砂土地基进行处理。根据场区不同的地层条件、使用功能和地基强度,设计分别采用插板振冲、插板强夯、不插板强夯三种加固方法进行试验。试验检测结果表明,三种加固方法处理后的地基承载力均能满足设计,插排强夯效果最佳。     

高温冻土的蠕变特性试验及蠕变模型研究

为了研究高温冻土蠕变变形特征以及各影响因素对蠕变的作用, 分别在含水量15%、 25%及35%, 荷载100 kPa、 200 kPa及300 kPa, 温度-1.5 ℃、 -0.7 ℃及-0.3 ℃的条件下开展了室内单轴蠕变试验, 分析在无侧限条件下高温冻土在不同温度、 荷载及含冰量条件下的蠕变变形特性。结果表明： 在当前试验条件下, 冻土蠕变变形非常可观, 且蠕变曲线都没有出现渐进流阶段; 温度是影响冻土蠕变的最重要的外在因素, 而含冰量是影响冻土蠕变的关键内在因素; 在高含冰量条件下温度及荷载的改变对蠕变速率的影响非常显著, 甚至引起量级上的差别。在现有试验条件下, 高温冻土蠕变过程可利用Burgers黏弹性模型来较好地描述。     

高能级强夯法处理深厚吹填砂土地基现场试验

沿海吹填砂土地基地下水位较高、常含软土夹层,地基处理难度大。为了研究高能级强夯在这类吹填砂土地基上的加固效果,在山东沿海某吹填砂土场地开展6 000和8 000 kN·m能级强夯加固试验。试验结束后分别运用标准贯入试验、静力触探试验、平板载荷试验进行现场检测。通过对比分析了设计要求深度范围内标准贯入试验和静力触探试验,发现夯前夯后标准贯入试验击数和静力触探锥尖试验阻力均明显提升,有效消除了饱和砂土和饱和粉土的液化势;通过平板载荷试验p-s曲线及夯后静力触探锥尖阻力标准值与承载力特征值的关系式,得到夯后砂土地基承载力特征值≥120 kPa,验证了高能级强夯方案的可行性。其次,对软土夹层位置和地下水位高度展开研究,发现软土层会阻碍夯击能传递,减小强夯有效加固深度,且软土层位置不同对强夯加固效果影响程度不同,强夯影响临界范围处存在软土层时,有效加固深度为软土层顶部位置处;对砂土地基进行4 000 kN·m能级强夯试验时,发现未降水强夯后有效加固深度为5 m,降水至地面以下3 m强夯后有效加固深度达到了7 m,提高了加固效果。在高能级强夯研究基础上,对现场吹填砂土地基进行了75万m²的大面积高能级强夯施工,发现处理后地基能够满足建筑用地要求。     

吹填软土蠕变过程中颗粒与孔隙演化特征分析

软土一般具有蠕变特性,蠕变在微观上表现为土颗粒与孔隙的变化。为了解长期变形内在机制,对天津滨海吹填软土原状土与重塑土进行了固结不排水三轴蠕变试验。在围压为75 kPa、偏应力为10 kPa情况下开展多组平行试验,选取蠕变过程中多个时间点的试样进行微观结构测试,提取了颗粒与孔隙变化参数,研究蠕变过程中微结构变化规律。研究结果表明：在文中所受荷载条件长期作用下,颗粒与孔隙定向性明显;平均孔径及平均孔隙体积呈逐渐减小趋势;结构性原状土比表面积逐渐增大,重塑土则呈减小趋势;结构性原状土颗粒与孔隙分数维呈减小趋势,但重塑土呈相反趋势。     

吹填软土经验流变模型研究

传统的本构模型多是在重塑土或饱和砂土的基础上建立起来,考虑结构性影响较少。自然界中土体大多具有结构性,这样就使得按传统方法计算的结果与工程实际有一定的差别。基于此,本文以Mesri模型为基础,将结构损伤变量引入模型中,建立了考虑结构性影响的流变模型。通过对天津滨海新区吹填场地经过真空预压处理的结构性吹填软土进行三轴流变试验,分析比较计算结果表明,本文建立的模型能够较好地反映结构性软土的应力应变随时间的变化关系。     

上海砂土蠕变变形特征的试验研究

采用室内单向压缩试验研究了上海砂土的蠕变变形规律和蠕变机制以及蠕变变形与应力历史的关系。试验结果表明,上海砂土具有明显的非线性蠕变特征,应变与应力、时间的关系可以用幂函数拟合;应力历史对砂土的蠕变性有显著影响,当荷载小于预压荷载时砂土的蠕变性显著减小。上海砂土的蠕变原因主要是砂土颗粒间的相互错动滑移所致。     

三轴应力下水对粉砂质泥岩蠕变力学特性影响作用试验研究

采用岩石流变试验机,在三轴应力下分别对干燥与饱水两种含水状态的粉砂质泥岩开展室内蠕变力学试验。分析了水对粉砂质泥岩蠕变量、蠕变长期强度的影响作用。依据岩石的蠕变性质,选取Burgers蠕变模型对其进行描述,得出两种含水状态下岩石的蠕变模型参数。对比干燥与饱水含水状态下岩石的Burgers蠕变模型参数,分析得出了水影响Burgers蠕变模型参数的基本规律。结果表明:（1）相同应力水平下,水对粉砂质泥岩的瞬时应变特性影响较小,而对岩石的蠕应变特性影响相对较大;（2）饱水试样的蠕变长期强度是干燥试样的39.3%,由于水的作用,粉砂质泥岩的蠕变长期强度大幅降低,在工程中应考虑由于水的影响作用而导致的岩石长期强度降低问题;（3）水对Burgers蠕变模型各参数的影响作用从大到小依次为:η₁、G₁、G₂和η₂,即水对Burgers模型中串联的元件力学特性影响较大,而对并联的元件力学特性影响相对较小;（4）由于水的影响作用,粉砂质泥岩达到稳定蠕变阶段所需的时间显著增加,岩石的稳态蠕变速率显著增大;（5）由于水的影响作用,导致粉砂质泥岩的蠕变力学特性发生显著改变。因此,在重大岩石工程中应重视水对岩石时效变形的影响作用。     

快速加固吹填土的室内模拟试验

吹填造陆是解决沿海地区建设用地不足的主要方法之一。为了使吹填土在较短的时间内获得较好的加固效果,结合吹填土特殊工程地质性质和加固过程中强度增长具有阶段性的特点,提出了边吹填边加固的加固思路。在该思路的指导下进行室内模拟试验。试验发现不同加固阶段吹填土强度增长表现出明显的分带性;与竖向排水体距离小于25 cm的土体强度增长较快;随着加固时间的延长,待加固土体强度整体增长;当持续真空加荷一个月时,部分待加固土体承载力已达到80 kPa。可以看出,强度增长与外部荷载的大小、渗透路径的长短、附加应力的大小密切相关。分阶段加固的方法在一定程度上抑制了泥皮的形成,缩短了真空加荷时间,节约工期,有利于吹填土的加固。     

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。     

东营港经济开发区吹填土现场固化试验

用新型固化剂对东营港经济开发区吹填土进行了现场固化试验。试验结果表明,吹填土掺入2％固化剂和6％水泥,可显著提高其无侧限抗压强度,固化厚度30-35cm时地基承载力达到120kPa且沉降符合规范要求。     

吹填土静力触探测试及主要特性分析

天津滨海新区吹填土在形成过程中受重力分选作用及水动力条件影响,加上后期真空固结方法处理,使其工程性质复杂。采用静力触探原位测试手段,通过对实测参数的统计、分析,综合考虑野外钻探编录及室内土工试验结果,将吹填土分为硬壳层、软弱粘性土层及底部砂性土层3个工程地质层。顶部硬壳层及底部砂性土层强度相对较好、层位分布不稳定,软弱粘性土层具有强度低、压缩性高的软土工程特性。吹填土在排水口部位以软弱粘性土层为主,工程性质相对其他部位差。     

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。     

渗流作用下吹填土微观结构特征定量化研究

吹填土的工程性状受土体的物质组成和微观结构综合影响,而微观结构在以往的研究中涉及较少。以天津滨海地区吹填土为研究对象,进行室内渗流作用下吹填土的沉降试验。利用图像处理技术对土体的微观结构作定量分析,讨论天津滨海地区吹填土结构单元体、孔隙的大小、丰度和定向频率等评价指标在渗流作用下的变化情况及形成机理,可为评价吹填土的工程地质性质提供一定的理论依据。试验分析表明：随着渗流压力的增大,土中结构单元体从较为松散的状态转变为团聚状态,呈现出不同程度的扁圆形,但没有明显定向性;土体中的孔隙由于失去平衡,变为小而紧密的球形体,孔隙定向角集中分布在0°～10°。     

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。     

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.     

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。     

天津围海造陆区吹填土氮磷的分布特征

天津临港经济区地处滨海, 完全是由填海造陆形成的人工陆地。土壤是港口航道清淤淤泥、近海海沙吹填围海造陆后形成的吹填土, 其性质特殊, 研究吹填土壤中氮磷空间分布对了解该区域环境状况有重要意义。研究发现:天津临港吹填土整体含氮量较低, 按土层深度分布, 平均质量分数为161.73~240.09 mg/kg;含磷量相对丰富, 平均质量分数为355.54~443.27 mg/kg;总氮变异系数较大, 总磷变异系数较小, 氮、磷质量分数主要受不同区域吹填土性质影响。吹填土中有机磷质量分数较少, 平均仅占总磷的3.83%, 吹填土中磷大多以无机磷形式存在, 其相对质量分数从大到小为:钙结合磷(Ca-P) >铁结合磷(Fe-P) >铝结合磷(Al-P) >闭蓄态磷(Oc-P) >碎屑磷(De-P) >交换态磷(Ex-P)。研究表明, 临港吹填土氮、磷质量分数水平对近海环境有潜在富营养污染威胁。