分级真空预压法加固吹填土物质、结构变化时效特性及沉降预测分析

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随着经济发展,临海国家及城市对土地资源的需求日趋迫切,因此,如何获得更多的土地资源成为了人们关注的重点问题之一。针对这一现状,众多沿海国家、城市通过围海造陆的方式解决土地资源紧缺的问题。在围海造陆过程中,将疏浚出来的淤泥吹填至围堰内,经沉积而形成吹填土,当以这种吹填土作为建筑地基时,需进行加固处理,而常用的加固方法有真空预压法、堆载预压法、换填法、强夯法等。但是,由于吹填土“三高两低”(高含水率、高孔隙比、高压缩性、低渗透性和低强度)的特性,使其在加固过程中面临以下问题,(1)吹填土的表面形成硬壳通常需要2-3年的时间,这样在时间和财力上耗费较大,使这些加固方法的使用得到了一定的限制;(2)常用的固结法在减少固结沉降量、降低不均匀沉降上仍存在很大的问题;(3)在对含有较高粘粒含量的吹填土进行加固时,巨大的真空吸力使细小颗粒迁移到塑料排水板周边,形成泥膜而阻碍其排水固结。针对之上提到的吹填土加固过程中遇到的难题,本文中将首先对连云港地区吹填土进行基本性质的分析,争取为之后的深入研究提供一定的理论基础;并结合现有的吹填土加固方法,提出采用10kPa--20kPa--40kPa--60kPa--80kPa五级式分级真空预压(Step Vacuum Preloading)的加固方案,该方法是利用软土在低压力下形成初始结构强度、再进行低压力下排水固结的原理,使超软土逐级加固,最后形成具有一定强度的地基。通过分析加固模拟试验中的监测数据、各阶段所取土样的粒度成分、易溶盐成分变化的时效特性以及其与取样深度、到排水板距离的关系,可知五级式分级真空预压法加固吹填土的过程中较小的颗粒向一定的方向迁移,且易溶盐的含量发生规律性的减少。其次,以“扫描电镜试验(SEM)”和“压汞试验(MIP)”为技术手段,对吹填土中的微观结构进行了定性、定量分析。可知,连云港地区吹填土在加固过程中表现出孔隙率降低,大孔隙减少,小孔隙增加的时效特性;与此同时,孔隙率、孔径分布区间与深度、到排水板的距离有密切的关系;加固过程中,随着时间的增长,孔隙和结构单元体逐渐被压扁,细长的结构随之增多,定向性趋于不明显,并且结构单元体形态的变化比孔隙更为复杂。这都从侧面反映了土体的固结情况。本文中除对粒度成分、易溶盐成分以及微观结构进行了分析外,还针对沉降监测数据进行了最终沉降量的预测。结合沉降数据中的噪音问题,引入了小波降噪方法;并区别于前人常用沉降量误差的平方最小等确定组合模型中各单一模型的权重,综合考虑多个预测模型的多项评价指标的计算结果,引入变异系数法计算单一预测模型的权重,使建立的组合模型更加合理。通过实例证明:优化后的组合模型在使用过程中不限制单一模型的个数,不会因为模型个数的增加而提高计算难度,且拟合的精度高,更加满足工程需要。最后,针对连云港吹填土粒度组成和固结排水的特点,采用颗粒流数值模拟软件建立分级真空预压作用下的模型,结合模拟过程中土体颗粒的运动情况、位移变化以及孔隙率分布等的时效特性说明不同阶段固结的效果,并通过对其中颗粒位移进行监测来反映加固过程中土体的沉降变化情况,以实现对最终沉降量的预测。对比分析数值模拟的结果与室内试验结果验证分级真空预压加固法的可行性,争取为增加吹填土的施工工法提供一定的理论基础。
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