真空预压地基非饱和带探讨

目前,真空预压研究中将加固地基均视为饱和土,这与工程实测的地基地下水位下降相矛盾。针对这一的现状,通过对真空泵抽水的室内模拟试验和真空预压工程中实测现象进行分析,得出不同外界条件下真空吸力可引起水、空气或气液两相对流:(1)真空预压工程中射流泵提供的真空吸力引起地基中流体气液两相对流;(2)真空预压地基存在非饱和带,真空预压工程实践中密封系统不是绝对密封的,预压地基内存在漏气,液-液气射流泵以气水两相流态抽吸地下水,导致抽真空期间地基地下水位下降;(3)真空预压地基非饱和带类似于群井抽水地基的非饱和带,射流泵抽水量来源于地下水位下以上非饱和带土体的重力排水和地下水位以下饱和土体的弹性释水。同时,提出当前真空预压研究中,理论分析、室内模型试验与实际工程中的地基加固边界密封条件不同是产生矛盾或分歧的根源所在。     

水下真空预压的加固机理分析

通过对水下真空预压模型试验结果的分析,提出了水下真空预压的加固机理,为该工法的实施奠定了理论基础。水下真空预压的预压荷载等于预压前的孔隙水压力和预压后(完全固结)的孔隙水压力之差,当膜下砂垫层中的孔隙水压力小于0时,膜上水可全部作为预压荷载起作用。     

真空预压法在软基处理中的应用

真空预压法是排水同结法的一种,是利用大气压力作为预压荷载的一种排水固结预压方法,它是在拟加同的软土地基场地上,先打设竖向排水体和铺设水平排水砂垫层,然后在其上覆盖2～3层不透气的薄膜并沿四周埋入土中形成密封,在真空泵抽水和气以及在膜和地面之间形成负压作用下,膜和地面之间形成真空负压介面,通过埋在砂垫层中的吸水管路抽取地基中的空隙水和气,使地基软土排水同结。     

真空预压加固地基若干问题

在回顾真空预压法在国内外的发展历史基础上，对现有真空预压加固软土地基研究和工程实践情况进行了总结。比较分析了真空预压法和堆载预压法的异同，在室内柔性膜和刚性膜真空排水压缩试验的比较基础上，分析了抽真空加固软粘土试样的机理，并进一步探讨了真空预压法加固软土地基的机理，最后列举了一些学术界和工程界在真空预压加固软土地基方面关心的问题，对真空预压加固软土地基的研究作了若干分析及展望。     

真空预压下土体有效应力增量的计算与应用

通过降低孔隙水压力,真空预压可增加土体中的有效应力,从而使地基发生排水固结以达到最终被加固体的目的。根据有效应力原理,通过对真空度转化为土中有效应力增量的过程和机制分析,考虑地下水位的影响,推导土中不同深度上有效应力增量的计算方法,并根据建立的理论公式分析真空预压的有效加固深度与加固体效果。研究结果表明,膜下真空度越大,地下水位埋深越浅,真空混合流体密度越小,则抽真空预压在土体中形成的有效应力增量越大,地基被加固的效果也越明显。最后,结合澳门国际机场软基加固工程实例进行分析,理论分析得到的结论符合实际观测结果。     

真空预压加周软基土中应力研究

用弹性力学理论证明了真空预压加固软基处理的土体中产生的是各向相等的球应力,土体在球应力下排水固结,有效应力增加,其最大值为施加的大气荷载。用土力学理论推导了真空预压排水固结等效于无穷均布荷载下有限厚度土层排水固结,它们在土体中产生的附加应力均为球应力,从而可以将真空预压简化为无穷均布荷载工况下有限厚度土层排水固结。现场实测数据分析表明,真空预压加固软基土中超静（或称附加）孔隙水应力分布及消散规律符合太沙基一维固结理论。利用砂井地基等效渗透系数简化计算方法及本文等效荷载工况;将会给数值计算及实际工程应用带来极大的方便。     

真空预压加固软基土中应力研究

用弹性力学理论证明了真空预压加固软基处理的土体中产生的是各向相等的球应力,土体在球应力下排水固结,有效应力增加,其最大值为施加的大气荷载.用土力学理论推导了真空预压排水固结等效于无穷均布荷载下有限厚度土层排水固结,它们在土体中产生的附加应力均为球应力,从而可以将真空预压简化为无穷均布荷载工况下有限厚度土层排水固结.现场实测数据分析表明,真空预压加固软基土中超静(或称附加)孔隙水应力分布及消散规律符合太沙基一维固结理论.利用砂井地基等效渗透系数简化计算方法及本文等效荷载工况,将会给数值计算及实际工程应用带来极大的方便.     

排水板真空度损耗的排水固结解析解

无砂真空预压吹填软土在国内造地工程中广泛应用,但实践表明传统固结解析解已不足以预测其加固性状和加固效果。从固结方程出发,在原有的等应变假设基础上,在定解条件中增加了吹填土特有的高度欠固结特性和无砂真空预压特别明显的真空度损耗,重新推导得到径向和竖向完全协调的新的等应变解析解——JJJ解答,以解决无砂真空预压吹填软土的排水固结设计理论问题。JJJ法作为固结方程的原生解答,兼容以往所有该类解析解的同时,增加了针对高度欠固结土类和排水板真空度损耗严重的排水固结问题的解决能力。经现场和试验验证,JJJ解析解可相当精确预测无砂真空预压吹填软土的复杂固结过程和加固土体超孔压分布和孔压消散分布,该解答同时也适用于堆载和真空预压的工况。     

新型无膜真空预压法加固超软吹填土模型试验及数值模拟分析

传统真空预压法在处理加固吹填土时存在单块加固面积不能过大、密封膜易漏气等问题。针对上述问题提出的将密封膜利用泥封层替代的新型无膜真空预压法可以提高一次性真空预压面积、节省密封膜的使用费用并且解决吹填土堆置的问题。为了探究这种改进的真空预压法的加固效果及其影响因素,进行了室内模型试验和数值模拟研究。通过模型试验研究了不同加载方式抽真空过程中土体的排水量、特定位置处的孔压和土体表层沉降量三者随时间的变化值,并通过对比预压处理前后土体的物性指标得出了无膜真空预压法加固超软吹填土效果较好,并且可以通过分级加载的方式,提高加固效果的结论;通过PFC2D软件进行数值模拟,研究了无膜真空预压过程中土颗粒的运动规律。数值模拟结果表明,土颗粒在真空压力作用下,向排水板附近聚集,可以通过分级加载方式在一定程度上减弱排水板的淤堵,从而达到更好的处理效果。     

塑料板排水法加固软基

将带状塑料排水板用插板机插入软土中,然后在地基面上加载预压(或采用真空预压),土中水沿塑料板的通道溢出,地基得以加固,这种方法称为塑料板排水预压法,其原理与沙井法相同。与砂井法相比,塑料板排水法具有打设机械轻、效率高、施工简便、对土扰动小等优点,更适于进行超软土地基加固。     

薄砂层长短板结合真空预压法处理吹填淤泥土试验研究

薄砂层长短板真空预压法是快速加固新近吹填淤泥的一种新工艺。研究表明,抽真空 90 ～ 120 d 吹填淤泥土层平均压缩量可达到 30% ,呈现明显的大变形特征;平均固结度可达到 80% 以上;强度增长明显,检测表层承载力可达到 50 kPa 以上。该方法节省用砂量,便于泥面插板施工,显著改善表层排水条件,能满足浅层快速加固的建设要求。设置护膜土工布有利于水平排水和膜下真空度稳定。设置薄砂层和长短板结合的竖向排水体形式,可平衡和抑制负压作用下新近吹填淤泥土颗粒的径向流动,避免出现排水板周围淤泥抱团而导致的径向排水通道堵塞问题,保障场地加固效果的均匀性。加固后吹填淤泥的物理力学性质得到大幅度改善,与正常淤泥质软土相比,其发展趋势和轨迹是相符的,主要指标值之间的相关性规律是基本一致的。     

基于大变形的未打穿砂井固结理论研究

 吹填土往往具有含水率高、初始孔隙比大、压缩性大等特点,加固过程中渗透系数、压缩系数及渗流路径都会发生较大变化,加固过程中砂井以下土体在砂井排水通道和真空压力下也会发生固结。基于大变形固结理论,在流动柱体坐标系下,通过建立渗流连续方程,进而推导了能够同时考虑砂井加固层及下卧土层的未打穿砂井大变形固结控制方程,并采用有限差分方法对建立的方程进行了求解。结合黏土渗透压缩模型,利用研究成果对一吹填地基浅层加固工程进行了分析,计算结果与实测结果吻合较好,证明了计算方法的可行性。     

EKG电极真空–电渗处理软黏土室内试验研究

针对真空–电渗法在软基处理中存在金属电极易腐蚀,试验后期排水效率低等问题,利用自主研发的装置试验了EKG电极在电渗法、真空预压法、真空–电渗法、阴极直排式真空–电渗法下的排水效果,通过监测排水量、电流、pH值、沉降和处理后的强度等指标将上述方法进行比较,结果表明:(1)真空–电渗法处理后排水量最大,沉降更明显,土体强度更大;(2)阴极直排法在前8 h,排水量高于双侧排水真空–电渗法,土体内pH值更稳定,土体表面更均匀;阴极直排法能在一定时间内改善传统真空–电渗法在阳极真空预压与电渗相互抑制的情况,如果将阴极直排法与双侧排水真空–电渗法相结合,能够为扩大真空–电渗联合法的应用范围提供新的研究思路。     

新型水平排水体在真空预压处理软基中的应用

南京威孚金宁有限公司第二联合厂房用于生产精密设备,对沉降要求较高.其软基采用真空联合堆载预压法加固处理.根据场地条件和土层特性,采用软式透水管与薄层砂垫层组成的新型水平排水体,并进行精心设计和施工.与单纯用厚度较大砂垫层组成的水平排水体相比,新型水平排水体可大幅度降低工程造价,并能有效地·保证真空预压所需真空度,促使地基发生持续有效的固结变形和强度增长.     

真空预压地基出水量现场试验研究及分析

通过中山造船基地真空预压软基加固工程的现场试验观测成果,从软土的微观固结机理角度定性分析了真空预压期间加固区内的出水量变化情况,以及地表沉降、地下水位与出水量之间的内在联系。研究结论如下:①真空加固期间的出水量分为两个阶段,加载初期主要为加固区内土体大、中孔隙中的自由水,恒载后以土体的中、微孔隙中能克服自身抗剪强度发生渗流的弱结合水为主。②由于自由水比弱结合水更容易发生渗流,因此抽真空初期的日出水量远大于恒载期的日出水量,但是受到场地地质条件影响,不同区域的出水量多少不均。③总出水量与地下水位降深、地表沉降的关系表现出相似的规律,即加固初期随着总出水量的增大,地下水位降深和地表沉降变化较快,后期变化较慢并逐步趋于稳定。     

吹填区软土真空预压加固效果对比测试分析

为研究真空预压加固在温州沿海吹填区软土地基的适用性与加固效果,结合温州沿海某吹填区道路工程软土地基真空预压处理实例,通过室内土工试验和现场原位测试对加固前后吹填区软土物理与力学指标进行了对比分析。结果表明:真空预压能有效加固温州吹填区软土地基,预压加固后在地表15 m深度范围内土体物理力学指标有明显提高,但加固效果沿深度基本呈线性衰减; 加固后室内土工试验指标有一定改善,含水量和孔隙比降低约10%,压缩模量提高约10%; 同时现场原位测试指标提高更为明显,现场十字板剪切强度和静力触探侧阻平均增幅分别约为45%和40%,但加固前后土体灵敏度指标变化并不大,即真空预压加固对土体的灵敏度改善不明显; 采用传统真空预压法加固温州沿海吹填区软土地基在技术可行,经济上合理,其有效处理深度可达15 m; 受温州海相软土低渗透性和高黏性的影响,在竖向排水体周围出现明显的“土柱效应”,从而使真空预压加固效果在平面上呈现一定的不均匀性。     

软基处理中土体抗剪强度与压缩模量的研究

以福州江阴港铁路大型货场的软基处理项目为背景,对四种常用的软基处理工法(包括排水板堆载预压、砂桩堆载预压、真空联合排水板堆载预压、搅拌桩联合排水板堆载预压)进行了工程适用性研究。通过对现场监测、原位测试与室内试验数据的分析,在现有规范公式的基础上引入了两个新参数,提出了东南滨海相欠固结软土的抗剪强度与压缩模量随上覆荷载增长的经验公式。这种反映软土主要力学指标随上覆荷载发展的规律,可以为东南沿海地区类似条件下的软基处理工程提供借鉴与参考。     

真空–电渗联合加固技术的固结试验研究

针对真空预压与电渗联合加固时存在水流方向相互干扰的问题,在室内试验中开展真空预压与电渗不同联合方式对淤泥脱水效果的研究。试验结果表明:真空预压与电渗异步加固时能够获得比其他联合方式更好的加固效果,而真空预压与电渗交替加固的时间对加固效果也有显著的影响。若交替时间太短,真空预压与电渗将不能充分发挥排水作用,若交替时间太长,真空预压与电渗所提供的能量将不能被充分利用。在现场实际应用中,应根据实测排水量或排水速率的变化不断调整真空预压与电渗交替加固时间。     

Improvement of silty clay by vacuum preloading incorporated with electroosmotic method

A laboratory test was performed to assess the effectiveness of vacuum preloading incorporated with electroosmotic (EOM) treatment on silty clay (combined method) for reclamation projects like new disposal ponds, where the horizontal electrode configurations beneath the soil layer were possible and the drainage pipes and the prefabricated vertical drains (PVDs) system could be easily installed in advance before the sludge dragged from sea bed or river bed was filled into the site. Three groups of tests were conducted on the silty clay from Qinhuai River in Nanjing, China. The model is able to apply vacuum pressure at the bottom of the soil layer and a direct current electric field simultaneously. It is also possible to measure the pore pressures at different depths of soil column, and the changes in settlement and volume with the elapsed time. In this study, the vacuum preloading method, vacuum preloading applied at the bottom (VAB method), was applied and the cathodes were installed beneath the soil layer. The results obtained indicate substantial reduction in water content, and increases in dry density and undrained shear strength in comparison with those obtained by the vacuum preloading only, particularly at the positions close to the anode. The combined method utilizes the vertical drainage flow created by the electroosmosis integrating the horizontal drainage flow created mostly by the vacuum pressure. The total drainage flow can be calculated as a result of the vertical drainage flow by electroosmosis only and the horizontal drainage flow by the vacuum preloading only. The way of placement of the cathode and the anode in the combined method also overcomes the disadvantage of EOM method itself, i.e. the appearance of cracks between the anode and the surrounding soil. Moreover, it is observed that the vacuum preloading plays a primary role in earlier stage in deduction of free pore water; meanwhile, the electroosmotic method is more efficient in later stage for absorbing water in the diffused double layers o     

真空预压法中地下水位研究

根据真空预压法的加固机理,探讨了真空预压过程中的地下水位情况。将加固区内的出水量按照孔隙水排出机理的不同分成三个部分,并分别就这三部分孔隙水排出对地下水位的影响进行了分析,得到了地下水位基本不变的结论。