赋存环境变化下海积软土物理力学特性试验研究

摘要

为研究赋存环境变化对海积软土物理力学特性的影响规律，本文以广西钦州港填海区域海积软土为研究对象，采用机制模拟技术与室内土工试验相结合方法，设计并加工制作了“浸泡—加载”联动试验平台，采用四级上覆荷载和五种浸泡液，成功将赋存环境变化要素“印记”到海积软土试模中，并在制模过程中对海积软土轴向位移进行为期3个月的监测，制模结束后对蕴含有环境要素的制备样进行了主要离子成分测定、渗透试验、直接剪切试验、固结压缩等试验，主要研究成果如下:
　　 1.通过在制模过程中对海积软土试模进行轴向位移监测并在制模成功后对“印记”有环境变化要素的海积软土进行室内固结试验，结果表明:浸泡液环境对海积软土固结特性有一定影响，其中高浓度的Ca2+浸泡液最能抑制海积软土轴向压缩变形。同时，海积软土固结变形受上覆荷载和浸泡液两环境要素综合影响，而何种环境要素在其固结变形过程中起主导作用，要视环境要素自身的等级与程度而定。
　　 2.对“印记”有环境变化要素的海积软土进行主要离子成分含量测定及室内渗透试验，得到规律如下:不同环境要素条件下的海积软土孔隙比、渗透系数和土中的主要化学元素含量，三者之间存在一定的关联性。制样过程中上覆荷载的增加，会使海积软土密实，一定程度上改变土体结构，并使海积软土孔隙比和渗透系数逐渐减小，阻碍海积软土与浸泡液间的离子扩散。当海积软土受到初始第一级加载时，对高浓度浸泡液条件下海积软土与外界进行离子扩散影响极大，其渗透系数的减小程度也最高。在相同环境条件下，Mg2+更易通过海积软土小而多的孔隙与其浸泡液进行离子扩散，宏观表现为Mg2+质量浓度为2.5％的海水浸泡液环境中海积软土渗透性最差。对浸泡液而言，若某种加强浓度离子未达到饱和状态，则环境条件变化对浸泡液中其余离子与海积软土中相应离子间的扩散无明显影响，且除浸泡液中特定加强浓度的元素外，不同环境条件下海积软土与浸泡液间最终的离子扩散平衡状态亦趋于相同。
　　 3.对“印记”有环境变化要素的海积软土进行直接剪切及固结试验，分析得到以下力学性状变化规律:海积软土上覆荷载对土体粘聚力c值的变化起决定作用，对c值的影响大于浸泡液中化学组份对其影响。而浸泡液环境对海积软土的内摩擦角(ψ)值影响显著，至于何种环境要素在海积软土内摩擦角(ψ)值的变化中起主导作用要视环境自身变化的程度而定。同时，多种环境下对比发现，Ca2+对海积软土抗剪指标如土体粘聚力c值和内摩擦角(ψ)值的增强作用最明显。
　　 此外，已有研究成果表明，海积软土作为结构性土的一个表现，就是对不同环境要素下的应力历史有较强的记忆功能。由本文试验结果可以推测，赋存环境要素诸如上覆荷载和浸泡液环境均对其先期固结压力和结构强度的形成有显著影响，具体表现为:浸泡于原海水环境中的重塑海积软土，其由于“浸泡—加载”联动制模过程而获得的先期固结压力值较真实的反映了试验土模的应力历史，十分接近海积软土制模过程中所施加的上部荷载值;而质量浓度为2.5％的Ca2+浸泡液环境中海积软土，则会由于土中Ca2+的显著增加而使钙质胶结等作用增强，从而提高海积软土的结构强度，因此表现出此环境条件下的海积软土先期固结压力值高于其真实应力历史。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题依据及研究意义

1．2 国内外研究概况

1．2．1 国内外填海造陆工程发展现状

1．2．2 海积软土物理力学特性研究现状

1．3 本文主要研究工作及技术路线

1．3．1 主要研究工作

1．3．2 技术路线

第二章 试验方案与人工试样制备

2．1 试验方案的确定

2．1．1 采取人工制备样开展试验研究工作的必要性

2．1．2 赋存环境变化要素的模拟

2．1．3 “浸泡—加荷”联动制样

2．2 试验土料场址与海积软土基本物理力学性质

2．2．1 试验土料场址及其工程地质条件

2．2．2 原海积软土基本物理性质

2．2．3 海积软土X射线衍射试验

2．2．4 原海水主要化学成分测定

2．2．5 联动制样后海积软土基本物理力学性质

2．3 “浸泡—加载”联动制样与变形观测

2．3．1 试验目的

2．3．2 试验过程

2．3．3 试验结果与描述

2．3．4 分析与结论

第三章 赋存环境变化对海积软土渗透性和孔隙液成分影响

3．1 渗透试验

3．1．1 试验目的

3．1．2 试验过程

3．1．3 试验结果与描述

3．1．4 分析与结论

3．2 浸泡试验与成果分析

3．2．1 测试样品的制备

3．2．2 主要检测方法介绍

3．2．3 试验操作步骤

3．2．4 试验结果

3．2．5 分析与结论

第四章 赋存环境变化对海积软土力学性质影响

4．1 直接剪切试验

4．1．1 试验目的

4．1．2 试验过程

4．1．3 试验结果与描述

4．1．4 分析与结论

4．2 固结试验

4．2．1 试验目的

4．2．2 试验过程

4．2．3 试验结果与描述

4．2．4 分析与结论

4．3 海积软土先期固结压力的确定

4．3．1 海积软土结构性分析

4．3．2 试验结果与描述

4．3．3 分析与结论

第五章 结论与建议

5．1 主要结论

5．2 建议

参考文献

致谢

攻读学位期间参与的科研项目与发表论文