碱渣土的力学特性及其在沉箱码头稳定性分析中的应用

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由氨碱法生产纯碱产生大量碱渣,再经过长年积累形成了碱渣山,碱渣堆积占用土地、污染环境,阻碍了区域经济发展,成为亟待解决的难题,现将堆放的碱渣进行翻晒、运输、就近填埋形成碱渣地基。但由于该区碱渣含水量高、压缩性大,新形成的碱渣地基基本性质和承载机理仍不明晰,且缺乏相应的规范及理论方法支撑,使其在后期的工程应用中受到限制。现针对天津港原状碱渣土样进行了室内土工试验、现场试验和动单剪试验,系统的研究了碱渣土的工程特点、动力学响应及变形规律。本文的主要研究内容以及结论如下:(1)首先对天津港原状碱渣土进行室内土工试验,得到常用的基本物理力学性质指标。发现碱渣土的含水率较高、密度低、比重小、压缩模量低且级配不良,其强度指标较一般的工程土小,渗透试验结果表明碱渣土的渗透系数接近粉土。(2)在碱渣回填区域进行了现场试验,通过十字板剪切试验测得了碱渣土的十字板剪切强度,通过静力触探试验测得了碱渣土的贯入阻力,通过载荷试验对碱渣地基的土压力、孔隙水压力和水平位移进行长期监测,然后通过数值模拟的方式对现有的黏性土不排水抗剪强度与静力触探参数之间的关系式进行了修正,提出了适用于碱渣地基的经验公式。(3)利用GDS循环单剪系统考察了动应力水平、固结应力、排水条件几个主导因素对碱渣土动力响应特征的影响。通过比较不同排水条件下碱渣土的动剪应变、动弹模量变化情况以及循环后强度变化情况,发现不排水循环剪切过程中,试样在动荷载的作用下发生了循环软化,排水循环剪切过程中,试样在动荷载的作用下被循环震密。通过对动单剪试验数据进行回归分析,建立了动荷载作用下预测碱渣土轴向应变的经验方程。(4)对碱渣地基上拟修建沉箱码头的水平承载力和结构稳定性进行了有限元分析,发现码头结构的水平极限承载力随加载点位置的上升而逐渐下降。计算工况下,不同大小的船舶系缆力对码头结构稳定性的影响相同,堆货荷载对码头结构稳定性的影响明显,另外,灌注桩的存在限制了沉箱后侧土体变形范围,有利于提高码头结构稳定性。
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