吹填淤泥固结特性与地基处理试验研究

摘要

目前,在大面积围海造陆工程中,广泛采用海底淤泥作为吹填材料,吹填淤泥的的工程性质极差,给后续地基处理带来相当大的技术难度。由于吹填淤泥的特殊性,以往关于软土的固结特性、强度增长理论和地基加固方法不能直接应用到吹填淤泥中。
　　 本文在阅读大量文献的基础上,通过模型试验、现场试验和理论分析,对吹填淤泥在自重和荷载作用下的固结特性及其地基处理技术进行系统的研究,主要工作如下:
　　 (1)基于以往的试验和工程实测资料,从沉积特征、物质组成、微观结构和物理力学性质等方面,对吹填淤泥和天然软土的工程性质进行了系统的对比分析,为进一步了解和研究吹填淤泥的固结特性和地基处理技术提供依据。
　　 (2)开展吹填淤泥及其地基处理方法的模型试验研究,分析吹填淤泥的含水量、湿密度、孔隙比、抗剪强度等物理力学参数在自然沉积过程中的变化规律。将吹填淤泥自然沉积过程分为两个阶段,第一阶段是以细颗粒絮凝下沉为主的自然落淤阶段,该阶段历时短,土体物理力学性质提升显著；第二阶段以自重固结为主,历时长且土体性质变化缓慢。通过模型试验,对比分析不同水平排水体和竖向排水体对地基处理效果的影响,提出使用整体式宽板和砂垫层作为竖向和水平排水通道,地基加固效果最好。
　　 (3)在模型试验的基础上,进一步寻求经济合理的加固方法,开展新近吹填淤泥地基处理现场试验研究。对比分析不同真空预压加固方案的地基处理效果,研究抽真空引起吹填淤泥地表和深层沉降、孔隙水压力以及土体物理力学性质的变化,并分析在真空压力下吹填土与海相淤泥各监测项目的不同变化规律。提出吹填淤泥浅层加固技术,采用薄砂垫层或无砂垫层技术快速提高吹填层的承载能力。
　　 (4)结合现场试验,讨论了新吹填淤泥地基浅层加固设计与施工中的关键技术问题。详细阐述了改进的无砂垫层真空预压浅层加固技术在新吹填淤泥地基快速加固工程中的施工工艺和技术要点。该技术具有工期短、造价低的特点,能满足浅层加固的承载力要求。
　　 (5)在拉格朗日坐标系下建立以超静孔压为控制变量的一维大变形固结微分方程,固结方程中引入指数函数模型考虑吹填淤泥的渗透非线性和压缩非线性,利用有限差分法对方程进行求解。得出吹填淤泥地基在自重和荷载作用下超静孔压和固结度随时间的变化规律,并与传统的小变形固结理论进行了对比分析。
　　 (6)分析吹填淤泥在固结过程中的强度增长机理。由部分排水剪切试验得出吹填淤泥的凝聚力和内摩擦角随固结度的增长规律,结合沉降与时间的关系提出估算吹填土抗剪强度的方法,将计算结果与试验数据进行对比,验证了该方法对预测吹填土抗剪强度的适用性。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 前言

1.2 吹填淤泥固结特性研究进展

1.2.1 吹填淤泥的工程特性

1.2.2 吹填淤泥固结特性的试验研究进展

1.2.3 大变形固结理论研究进展

1.3 吹填淤泥地基处理技术的研究进展

1.3.1 国内外吹填淤泥地基的处理方法

1.3.2 真空预压法处理软土地基简介

1.3.3 真空预压法在吹填淤泥地基处理中的发展

1.4 吹填淤泥地基强度增长规律研究进展

1.4.1 堆载预压强度增长计算方法

1.4.2 真空预压强度增长计算方法

1.5 本文的研究意义与主要研究内容

1.5.1 研究目的与意义

1.5.2 本文的主要工作

第二章 吹填淤泥的工程特性研究

2.1 引言

2.2 天然软土的工程性质

2.3 吹填淤泥的工程性质

2.3.1 吹填淤泥的淤积特征

2.3.2 吹填区淤泥的沉积形态

2.3.3 吹填淤泥的物理力学性质

2.3.4 吹填淤泥的成分分析

2.3.5 吹填淤泥的微观结构

2.4 吹填淤泥与天然软土工程性质的对比分析

2.5 本章小结

第三章 吹填淤泥自然沉积及地基处理模型试验研究

3.1 引言

3.2 吹填淤泥自然沉积试验方案

3.2.1 试验装置

3.2.2 试验内容

3.3 吹填淤泥自然沉积试验结果分析

3.3.1 表面沉降

3.3.2 含水量和孔隙比

3.3.3 孔隙水压力分析

3.3.4 抗剪强度分析

3.3.5 自然沉积试验小结

3.4 吹填淤泥地基处理模型试验研究

3.4.1 真空预压法

3.4.2 高真空降水加固法

3.4.3 吹填淤泥地基浅表层处理

3.4.4 地基加固模型试验小结

3.5 本章小结

第四章 新吹填淤泥地基处理现场试验研究

4.1 引言

4.2 天津临港工业区新吹填淤泥地基处理现场试验研究

4.2.1 现场试验概况

4.2.2 试验场地土层分布与土体参数

4.2.3 预备试验的方案和试验内容

4.2.4 预备试验结果分析

4.2.5 不同加固方案的现场试验研究

4.2.6 试验结果分析

4.3 温州民营经济开发区新吹填淤泥地基处理现场试验研究

4.3.1 依托工程概况

4.3.2 试验区工程地质条件

4.3.3 试验区浅层加固现场试验

4.3.4 试验区深层加固现场试验

4.4 本章小结

第五章 新吹填淤泥地基快速加固关键技术研究

5.1 引言

5.2 新吹填淤泥地基浅层快速加固技术的提出

5.3 新吹填淤泥地基浅层快速加固的关键技术研究

5.4.新吹填淤泥地基浅层加固施工工法

5.5 本章小结

第六章 吹填淤泥地基一维大变形固结理论

6.1 引言

6.2 以超孔隙水压力为控制变量的大变形固结微分方程

6.2.1 基本假定

6.2.2 以超静孔压为控制变量的固结方程的建立

6.3 吹填淤泥的渗透非线性和压缩非线性模型

6.4 吹填淤泥一维非线性大变形固结方程的求解

6.4.1 一维非线性大变形固结方程的差分形式

6.4.2 自重作用下的固结计算

6.4.3 荷载作用下的固结计算

6.5 算例分析

6.6 本章小结

第七章 吹填淤泥固结强度增长规律研究

7.1 引言

7.2 软粘土的强度理论

7.3 软土地基排水固结强度增长计算方法

7.4 吹填淤泥强度增长计算方法研究

7.4.1 试验方案

7.4.2 试验数据分析

7.4.3 强度增长的计算方法

7.5 本章小结

第八章 总结与展望

8.1 本文工作及主要结论

8.2 本文的不足和进一步研究的展望

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文与参加的科研项目

致谢