高粘粒含量吹填土快速加固的室内模拟试验研究

论文摘要

本文在国家自然科学基金项目“海积软土地基加固过程中有机质的作用和影响研究”(40372122)资助下,结合吹填土“三高一低”的特殊工程地质性质,开展吹填土快速加固的室内模拟试验研究。在自然条件下,吹填土存在着固结时间较长、强度增长较慢等方面的问题,不能满足城市建设的要求。这就需要通过工程措施对吹填土进行加固,使其尽快作为土地资源用于城市建设。结合吹填土加固具有阶段性的特点,在较短的时间内获得符合工程要求的吹填地基土,若在吹填过程中就开始加固,与传统加固方法相比可以节约时间,同时获得较好的加固效果。对该方法的研究,为吹填土加固提供一种新的思路。吹填土以结合水连结为主。已有工程实际表明,其自然排水固结时间与粘粒含量密切相关。粘粒含量越高,加固难度越大,加固时间越长。过大压力下吹填土的加固,会在竖向排水体周围形成低渗透性的粘土层,即泥皮。泥皮的形成影响吹填土的加固。为使试验具有代表性,本文以天津滨海新区临港工业区高有机质高粘粒含量吹填土作为试验土样。考虑塑料排水板布设间距,以大面积吹填土加固的一个单元为研究对象。设计1m×1m×1m的试验箱,按照试验要求制备均质、各向同性的试验土样。采用下方排水分阶段加固的方式进行室内模拟试验研究。结合吹填土土结构阶段性形成的特点与外荷载的情况,将试验分为三个试验段:静水沉降、自重排水、真空加压排水阶段,根据加固的阶段性设计试验。吹填土的加固主要是获取其各阶段工程性质变化数据,揭示吹填土的加固机理。基于这一研究目标,在试验过程中,采用原位测试和取样测试相结合的方法,获取试验土样的基本物理性质、化学性质和力学性质。对试验关键试验阶段取代表性的土样,进行土结构变化的研究,以达到试验要求。在试验初始时测试土样的基本物理性质和化学性质。首先,在各个不同的试验阶段获得试验土样的基本工程地质性质参数的变化情况,对其强度增长的情况进行分析。其次,通过在不同试验阶段不同深度不同距离孔隙水压力的消散情况和分层沉降标的变化情况,对加固过程中有效应力的增加情况进行分析。加固土体在不同深度、距竖向排水体不同距离表现出不同的固结特征,分析吹填土加固的影响因素,提出过程控制的概念。再次,在不同排水条件下不同深度吹填土微观结构特征进行定性和定量研究,分析不同加固阶段吹填土固化的微观特征,从微观角度揭示吹填土的固化机理。最后,建立自重排水条件下吹填土加固的渗流模型,并通过室内实测数据对模型进行验证。本文为吹填土加固提供了一种新的方法和思路,为沿海城市用地紧张提供工程措施。

论文目录

• 内容提要
• 第1章 绪论
• 1.1 选题依据和研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 吹填土加固方法研究现状
• 1.2.2 土微结构形成研究
• 1.2.3 吹填土加固过程的渗流作用研究现状
• 1.3 本文的主要研究内容与技术路线
• 第2章 试验模型及试验方法
• 2.1 引言
• 2.2 试验模型及相似性关系
• 2.3 试验观测内容
• 2.4 量测设备
• 2.4.1 孔隙水压力观测仪
• 2.4.2 沉降观测仪
• 2.4.3 强度量测设备
• 2.4.4 其它量测设备
• 2.5 模拟试验设计
• 2.6 试验土样的制备
• 2.6.1 取样点概况
• 2.6.2 样品的制备
• 2.7 试验方案及数据采集
• 2.8 试验土样的基本性质
• 2.8.1 物质组成
• 2.8.2 物理性质
• 2.8.3 化学性质
• 2.9 小结
• 第3章 自重排水室内模拟试验研究
• 3.1 引言
• 3.2 自重排水过程中的固结特性
• 3.2.1 土水分离阶段
• 3.2.2 排水固结过程
• 3.2.3 排水固结过程土体基本物理性质变化特征
• 3.2.4 孔隙水压力变化特征
• 3.3 沉降特征
• 3.4 小结
• 第4章 真空加压排水过程室内模拟试验研究
• 4.1 引言
• 4.2 加压固结过程中的固结特征
• 4.2.1 加压过程概述
• 4.2.2 基本物理参数变化特征
• 4.2.3 孔隙水压力的变化
• 4.2.4 强度的变化
• 4.2.5 沉降变化特征
• 4.3 加压排水后吹填土基本性质
• 4.4 小结
• 第5章 吹填土快速加固强度增长的机理研究
• 5.1 引言
• 5.2 微观结构研究内容及方法
• 5.2.1 微观结构特征的研究内容
• 5.2.2 微观结构特征的研究方法
• 5.3 吹填土强度增长的微观定量分析
• 5.3.1 微观结构单元体定量化分析
• 5.3.2 孔隙定量化分析
• 5.4 排水固结法加固吹填土的机理
• 5.4.1 固结性状研究
• 5.4.2 有效应力分析
• 5.4.3 微观结构分析
• 5.5 小结
• 第6章 自重渗流模型的建立与求解
• 6.1 引言
• 6.2 水文地质概念模型
• 6.3 概念化方式建模
• 6.4 水文地质初始参数的确定
• 6.5 模型的求解与验证
• 6.5.1 自重排水过程的渗流数学模型
• 6.5.2 自重排水过程的渗流模型的求解
• 6.5.3 自重排水过程的渗流模型的验证
• 6.6 小结
• 第7章 结论与建议
• 7.1 几点认识
• 7.2 进一步研究设想与建议
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文及参与的科研项目
• 致谢
• 中文摘要
• Abstract