Assessment of Marine Clay Improvement Under Reclamation Fills by in-situ Testing Methods

In ground improvement projects with prefabricated vertical drains, the duration of the preloading period is set in advance based on the predetermined time rate of consolidation of the compressible layer. If prediction is accurately done, the required degree of consolidation is met at the pre-determined preloading time. As such, there is a requirement for in-situ tests to be carried out just prior to the removal of surcharge to assess the degree of consolidation of the improved ground. In-situ tests were carried out after 23 months of surcharge loading at the In-Situ Test Site within the Changi East Reclamation Project in the Republic of Singapore. In-situ testing works in this research study comprises the use of field vane shear, piezocone, flat dilatometer and self-boring pressuremeter. The in-situ tests were carried out to determine the shear strength and degree of consolidation of the Singapore marine clay at Changi after 23 months of surcharge loading. The In-Situ Test Site consisted of a Vertical Drain Area as well as an untreated Control Area. Both areas were located adjacent to each other and were surcharged simultaneously to the same level and surcharge left in place for a period of 23 months. Comparison was made between the in-situ test results of the Vertical Drain Area and the untreated Control Area.     

冲击荷载作用下饱和软粘土孔压增长与消散规律

通过大量室内试验,研究饱和软粘土在冲击荷载作用下的变形和孔压增长规律,讨论孔压增长的内在机理和不同围压、不同冲击能作用下孔压量的变化。讨论土体的再团结变形规律,提出再固结体积压缩系数的确定方法。最后分析冲击荷载作用后的强度变化。这些讨论为动静结合法处理软基提供了依据。     

Dissipation Testing of Singapore Marine Clay by Piezocone Tests

In situ dissipation tests provide a means of evaluating the in situ coefficient of consolidation due to horizontal flow and hydraulic conductivity in horizontal direction in marine clays formation. Dissipation tests by means of piezocone were utilised in the characterisation of the coefficient of consolidation due to horizontal flow and the hydraulic conductivity in horizontal direction of Singapore marine clay at Changi. Piezocone dissipation tests were carried out prior to reclamation as well as after ground improvement with vertical drains to compare the changes in the coefficient of consolidation due to horizontal flow and hydraulic conductivity in horizontal direction prior to and after ground improvement. The quasi-static piezometric pressures from the dissipation tests were compared with piezometric pressures from piezometers to determine their possibility of future use as an alternative to piezometers. Post-improvement CPTU dissipation tests were carried out in the treated “Vertical Drain Area” as well as in an adjacent untreated “Control Area” for comparison purposes. This study provides support for the use of piezocone dissipation testing methods for the determination of the coefficient of consolidation due to horizontal flow and hydraulic conductivity in horizontal direction of marine clays in the region as well as an alternative to piezometer instrumentation for monitoring of piezometric pressure during consolidation.     

广西北部湾人造陆域吹填土生物固结试验研究

结合微生物对岩土工程特性影响的研究现状,选取黑曲霉、放射型土壤杆菌及地衣芽孢杆菌3株菌种,首先通过压缩试验研究了不同微生物菌种及其培养液掺入土样后对土样固结特性的影响情况,然后借助矿物和化学成分分析及土粒比表面积测定等手段,初步探索微生物改良吹填土机制。研究表明,掺入微生物菌种及其培养液后土样的压缩系数av1-2均有降低,压缩模量Es1-2均有增加,最大降幅和升幅分别为29%和37%;土样的矿物成分没有改变;土中高价阳离子明显减少,但这不是造成土体压缩特性变化的主因;掺入放射型土壤杆菌、地衣芽孢杆菌后土样土粒的比表面积分别增大到1.49倍、1.45倍,菌株改变了土颗粒间的连接状态,从而导致土体颗粒的增多或者土体结构的变化。     

In-situ testing of Singapore marine clay at Changi

The Changi East Reclamation Project in the Republic of Singapore comprises of the ground improvement of marine clay with the installation of prefabricated vertical drains and subsequent surcharge placement. Prior to the commencement of land reclamation works, a series of in-situ tests were conducted in marine conditions with the use of various in-situ testing equipment. The In-Situ Testing Site was located in the Northern area of the project where the thickest compressible marine clay layers existed. The in-situ tests carried out were with the field vane, piezocone, flat dilatometer, self-boring pressuremeter and BAT permeameter. In-situ tests were conducted to determine the undrained shear strength and overconsolidation ratio of the marine clay. In-situ dissipation tests provide a means of evaluating the in-situ coefficient of horizontal consolidation and horizontal hydraulic conductivity of soft soil and were used to estimate these properties of Singapore marine clay at Changi.     

波浪荷载下海洋土孔隙水压力内时模型的研究

作者导出了基于 Gibbs 自由能和应力内时标度基础上的海洋土内时剪胀方程,由此建立了预测均匀和不均匀波浪循环荷载下不排水时孔隙水压力的模型。该模型不仅很好地拟合了实验数据,还能较好地说明了循环荷载作用下孔隙水压力上升的机理,可以很方便地用于波浪循环荷载作用下的液化势分析中。     

循环荷载下加固土体孔压的模糊正交试验分析

针对地铁循环荷载下加固软粘土的孔隙水压力发展规律,对上海地铁4号线宝山-海伦引导段隧道周围的加固软黏土进行室内GDS循环三轴试验。结合重复正交设计法安排试验,借助模糊数学的理论与方法处理试验数据,充分考虑了振动频率（0.5、1.5、2.5 Hz）、动应力幅值（20、30、40 kPa）、固结比（1、1.4、2）以及超固结比（1、1.5、2）对土体孔隙水压力的影响。研究结果表明:振动频率、动应力幅值、固结比及超固结比对加固软黏土孔隙水压力的影响率分别为0.722、15.821、0.944及6.628;这说明影响加固软粘土孔隙水压力变化的主要因素是动应力幅值及超固结比,而固结比和振动频率的影响不显著。     

复杂荷载作用下考虑下卧层三维渗流的未打穿竖井地基固结分析

针对任意复杂变荷载作用下未打穿的竖井地基,通过在竖井底面以下土层中设置虚拟竖井,使其能够合理考虑下卧层土体三维渗流问题,运用Laplace变换,求得频域内竖井地基的固结解。通过Laplace逆变换,得到了任意荷载作用下竖井地基的平均固结度、孔压消散曲线、沉降曲线。结合具体算例,对影响竖井地基固结的主要影响因素进行了详细分析,并将现有未打穿竖井地基平均固结度近似计算方法的精度和适用的范围进行了对比,得到了一些有益于工程实践的结论。     

恒定主应力轴偏转循环荷载下饱和软黏土累积孔压特性分析

现有的饱和软黏土循环荷载累积孔压显式模型未能反映路基土体单元在土体自重作用下主应力轴的偏转现象。在确定饱和软黏土固结时间的基础上,在固结压力分别为100、150、200 kPa下,对软黏土进行主应力轴偏转角为15°、30°、45°的不排水循环加载试验,得到了固结围压、主应力轴旋转角及动应力比对循环累积孔压影响的规律。基于第一次循环加载累积孔压变化规律和修正动偏应力水平,建立了能考虑恒定主应力轴偏转角循环加载下累积孔压显式模型,并利用恒定主应力轴偏转角循环加载试验结果验证了模型的合理性。建立的循环荷载下饱和软黏土累积孔压显式模型参数易于确定,参数具有明确的物理意义且能考虑主应力轴的恒定偏转现象。     

粉土与粉质黏土互层中静压桩桩土界面孔隙水压力

为研究层状黏性土在静压桩沉桩过程中桩土界面孔隙水压力的分布规律,依托山东东营某桩基工程开展了现场足尺静压桩试验,分析了桩土界面孔隙水压力的变化规律,探讨了桩土界面超孔隙水压力的分布特征,明确了桩土界面孔隙水压力和超孔隙水压力的消散特性,并结合水力压裂理论和孔穴扩张理论,揭示了沉桩过程中桩土界面沿桩长方向超孔隙水压力的分布形式。试验结果表明：孔隙水压力、超孔隙水压力与土层性质密切相关,二者均在粉土层中增长较慢,在粉质黏土层中增长较快;在同一深度处,两者均存在明显的消散现象,在粉土中的消散程度明显大于粉质黏土中;采用水力压裂理论结合孔穴扩张理论计算的超孔隙水压力沿桩长方向的变化规律与试验值相吻合;桩身贯入深度越大,超孔隙水压力理论计算值与现场实测值越接近。     

淤泥质土固结过程孔压及变形规律研究

对深入了解土在外荷作用下的孔隙水压力与变形变化规律对研究土的排水固结机理具有重要意义。对黄石地区淤泥质土进行分级加荷与一次性加荷的各向等压固结试验及单向固结试验,分析全过程孔压与变形的变化规律,结果表明：两种加荷方式孔压消散的规律并不相同,当孔压降到相应某临界值以下时,固结过程会变得缓慢,即使在较大的外荷载作用下,土中孔压反映也远不如加载初期明显。固结排水过程具有阶段性,这主要是自由水与孔隙水排水速度变化所引起的。黄石淤泥质土的主固结时间总体在5-100min范围内,当固结压力接近先期固结压力时固结系数最小,而次固结系数约为最大值。     

循环荷载作用下竖向排水板加固软黏土的孔隙水压力累积特性研究

采用大型动三轴试验仪进行重塑高岭土试样的循环三轴试验,试样直径为300 mm,高度为600 mm。圆柱体试样中心放置了一块竖向排水板,在循环加载试验进行时和结束后都可进行径向排水。试验结果验证了径向排水可以有效地消散循环荷载引起的孔隙水压力。通过结合径向固结理论与不排水循环加载土体模型,提出了一个循环荷载作用下径向固结模型,用来描述在允许径向排水的情况下软黏土在循环荷载作用下的孔压累积特性。模型中考虑了应力历史和孔隙水压力消散对孔隙水压力生成的影响,并用大型循环三轴试验结果进行验证。研究发现,当施加较大循环荷载时,径向排水减缓了孔隙水压力累积到临界值的速率,因而土体在破坏前可以经历更多次的循环荷载;当施加中等循环荷载时,径向排水可有效阻止孔隙水压力增长至临界值。除此之外,还研究了加载间歇期对孔压累积特性的影响,结果显示3组循环加载结束后,累积孔隙水压力开始减小,表明之后更多的循环加载并不会引起孔隙水压力的累积增长。     

带压开采煤层底板的承压能力研究

通过实测资料揭示了煤层底板保护层在一定条件下存在导水和贮水的性能,并剖析了这种性能的水理性质和规律,阐明了起始水力梯度、消压强度、抗水压强度、临界突水系数在概念上的统一性;在此基础上,分析了煤矿突水的机理与模式;并指明了探测研究保护层这一特性在确定开采煤层底板抗水压能力和带压开采安全性等方面的重要意义。     

基于MODFLOW-SUB建立变渗透系数的地下水流-地面沉降模型

在基于MODFLOW-SUB建立的地下水流-地面沉降模型中,设定黏性土夹层内垂向渗透系数为常数,但黏性土夹层在压缩过程中,其垂向渗透系数会随之变化,因而运用该模型预测长期地面沉降可能与实际情况有较大差距。本次研究通过结合沉降过程中黏性土夹层内垂向渗透系数与水头的变化规律对SUB源代码进行改进,建立变渗透系数模型,并以美国地质调查局建立的加州羚羊谷典型结构为基础设计算例,分别对常渗透系数模型和变渗透系数模型进行模拟。结果显示：在开采初期的前20 a,两模型具有较好的一致性;随着开采的持续进行,变渗透系模型计算的累计沉降量逐渐小于常渗透系数模型,80 a内沉降量减少了约15.6%;随着开采量的增大,两模型产生差异的时间逐步提前且最终沉降差值增大;随着夹层厚度的增大,两模型产生差异的时间逐步滞后但最终沉降差值增大。由此表明,常渗透系数模型和变渗透系数模型在开采初期都具有很好的适用性,可以满足模型精度,但随着开采时间的延续,变渗透系数模型可以更好地反映实际压缩沉降过程。     

海堤下软基超孔隙水压力值的修正方法

当潮位的涨落引起上部堆载容重变化时，海堤下软基的超孔隙水压力将随潮位呈周期性变化．为了解软基的固结情况，必须对现场测试到的总孔隙水压力值减去静水压力后再进行潮位修正，即把任意时间任一潮位测得的超孔降水压力值修正到一个指定的同一潮位上，这样才能得到一个有规律性的观测曲线．本文提出了一种实用的修正方法，并在连云港庙岭围堰软基工程中应用，结果令人满意。     

动力排水固结法加固浦东机场促淤地基试验研究

基于浦东国际机场快件处理中心促淤场地的加固处理实践,介绍采用动力排水固结法处理促淤饱和软粘土地基的工艺对吹填粉细砂上试夯区的试验研究,结果表明采取低能量“少击多遍”的强夯施工工艺,并辅以竖向塑料排水板的方法来加固处理饱和促淤软粘土是可行的,促淤地基的力学性能和变形性能显著提高,并实现了用吹填粉细砂代替中粗砂作为强夯垫层,大大降低了工程成本。通过对大面积强夯施工处理效果的检测表明,动力排水固结法加固处理促淤地基效果明显。