远洋吹填珊瑚砂岛礁机场建造关键技术研究与应用

远洋吹填珊瑚砂岛礁机场建造关键技术研究与应用依托于马尔代夫维拉纳国际机场改扩建工程,形成了开敞式无围堰珊瑚砂岛礁吹填技术、远洋岛礁地貌条件下新吹填陆域护岸工程技术、机场跑道吹填珊瑚砂地基处理及变形控制技术、机场跑道水泥稳定基层珊瑚砂砾应用技术等四项关键技术,实现了远洋珊瑚砂吹填岛礁机场的高效建造,为同类珊瑚砂地质条件下岛礁机场建造工程提供了可供借鉴的工程案例.     

细粒含量对岛礁吹填珊瑚砂最大动剪切模量影响的试验研究

岛礁工程现场调查资料表明,吹填地层中部分区域的珊瑚砂颗粒级配曲线分布较宽,其粒组是由粗、细颗粒混合构成,比例也不尽相同.南海位于我国地震多发、频发海域,掌握珊瑚砂的动力特性对于开展岛礁场地地震反应分析就显得尤其重要.针对取自南海某岛礁的珊瑚砂-细粒混合物,开展一系列共振柱试验,探明密实度、固结压力和细粒含量对吹填珊瑚砂...     

K0固结珊瑚砂的应力-应变模型及变形参数研究

珊瑚砂作为岛礁吹填地基的填料，在填筑期的应力路径具有K₀固结的特点。利用三轴试验系统对不同初始相对密度的珊瑚砂进行了一系列的K₀固结试验，研究了珊瑚砂的应力–应变特性，测试了珊瑚砂的K₀系数和颗粒破碎率。基于广义虎克定律，建立了幂函数形式的非线性弹性模型来描述K₀固结珊瑚砂的应力–应变关系，提出了变形参数的函数表达式，并将模型计算结果与试验曲线进行了对比。结果表明：K₀固结珊瑚砂的应力-应变关系可用幂函数表示。随着轴向有效应力的增加，K₀减小，颗粒破碎率增大。在相同的轴向有效应力条件下，珊瑚砂的初始相对密度越小，K₀越大，颗粒破碎率越高。在K₀状态下，随着轴向有效应力的增加，珊瑚砂的切线模量增加，切线泊松比减小。珊瑚砂的初始相对密度越大，相同轴向有效应力下的切线模量越大，切线泊松比越小。幂函数模型合理地预测了一定应力范围内K₀固结珊瑚砂的应力–应变关系，模型及变形参数反映了K₀     

循环三轴应力路径下钙质砂颗粒破碎演化规律

钙质砂广泛分布于中国南海区域,是吹填造陆的重要材料。钙质砂颗粒容易破碎,使得其力学特性相比于普通的陆源硅质砂有显著差异。对取自中国南海西沙群岛某岛礁的钙质砂开展了三轴排水循环剪切试验,研究了围压、循环应力比、循环振次对钙质砂颗粒破碎发展过程的影响。在试验所采用的围压范围内,钙质砂在固结过程中产生的颗粒破碎较少,但是在随后的循环剪切过程中产生了显著的颗粒破碎。在循环剪切作用下,钙质砂的颗粒破碎形式主要是尖角的磨损,剪切后试样的颗粒中出现了一些碎屑和微细颗粒,大颗粒的棱角有一定程度的磨圆,但粒径无明显减小。在常围压下的等幅循环剪切中,颗粒破碎程度随着循环剪切次数的增大而增加,增长速率逐渐降低,可以采用对数曲线来描述相对破碎指数的发展过程。再考虑围压和循环应力比的影响规律,初步建立了一个描述颗粒破碎演化过程的数学模型。     

马尔代夫吹填珊瑚砂地基现场试验研究

随着人类活动向海洋深入,岛礁工程建设涉及到越来越多的吹填珊瑚砂地基.本文以马尔代夫某吹填珊瑚砂房建工程为研究背景,利用现场载荷试验和标准贯入试验,探究并分析了吹填珊瑚砂地基的承载特性和评价方法.试验结果表明,吹填珊瑚砂地基的荷载—沉降曲线可分为两个阶段:比例变形阶段和破坏阶段,地基承载力特征值为130kPa,变形模量为...     

开敞式无围堰珊瑚砂岛礁吹填施工技术

开敞式无围堰珊瑚砂岛礁吹填施工不修建临时围堰,直接吹填珊瑚砂,该工艺排水路径短,通过合理损失一部分粉细珊瑚砂,避免细颗粒累积,有效降低吹填体含泥量。通过在马尔代夫机场岛工程中应用无围堰珊瑚砂岛礁吹填施工技术,总结施工工艺流程、挖泥船选型原则、吹填工效控制措施、地基处理技术等。该工艺海上作业量少,安全环保,工程风险与成本低。     

珊瑚砂岛礁新吹填陆域钢板桩护岸工程监测分析

基于珊瑚砂岛礁新吹填陆域钢板桩护岸施工过程中的沉降、位移、应变和应力监测数据,分析钢板桩变形和受力演变规律。利用ABAQUS软件"南水双屈服面模型"对钢板桩与珊瑚砂相互作用进行有限元分析,并将结果和工程监测值进行对比,二者一致性较强,揭示珊瑚砂条件下桩-土相互作用规律。     

长期循环荷载下珊瑚砂累积变形特性试验研究

对取自南海的珊瑚砂进行等向和K_0固结的三轴排水剪切试验,发现固结路径对珊瑚砂的剪切行为有显著影响。在此基础上,采用K_0固结条件,设计一系列不同围压和循环动应力比的长期排水循环加载三轴试验,研究得到珊瑚砂具有门槛颗粒破碎循环动应力比,安定性理论可用于解释不同动应力比长期循环加载下珊瑚砂的累积变形发展模式。基于静力和动力试验结果,引入相对偏应力水平,建立能反映初始固结状态和循环动应力比的珊瑚砂排水循环加载轴向残余累积应变显式计算模型,对预测循环荷载下珊瑚砂地基长期沉降有积极意义。     

细粒含量对饱和珊瑚砂动力变形特性影响试验研究

为了满足南沙珊瑚岛礁及近岸军事与民事功能设施建设对珊瑚砂动力特性参数的急迫需要,系统而深入地研究珊瑚砂动力变形特性已是一项紧迫的科学任务。利用共振柱对取自南沙群岛某岛礁的珊瑚砂开展了系列动剪切模量和阻尼比特性试验研究,探究相对密度D_r、初始有效围压σ’_m、细粒含量F_C对南沙珊瑚砂动力变形的影响。试验结果表明:反映σ’_m对最大动剪切模量G_max影响程度的应力指数n是与土性相关的常数;结合文献中3类砂类土的G_max试验数据,发现随等效骨架孔隙比e_sk~*的增大各砂类土的应力修正最大动剪切模量G_max/(σ’_m/p_a)~n单调减小,且两者呈现较好的幂函数关系;在同一应变水平下,珊瑚砂动剪切模量G随Fc的增大而减小,随D_r、σ’_m的增大而增大;当剪应变γ<10^-4时,F_C、D_...     

珊瑚砂液化后再固结体应变试验研究

南海岛礁建设作为我国"海上丝绸之路"的战略工程,其上覆建构筑会遭受波浪、地震等环境循环荷载,地面沉降将会产生严重的地震灾害.利用GDS三轴仪,研究了珊瑚砂动加载液化后的再固结体应变的变化规律.试验结果表明:珊瑚砂液化后再固结体应变随着有效围压的增加、颗粒级配平均粒径的增加也逐渐增加,而循环应力比对于珊瑚砂的再固结体应变...     

初始浓度对南海珊瑚泥沉积浊液面沉速特性影响试验研究

珊瑚泥是由细粒珊瑚碎屑组成的钙质软泥,在南海岛礁的吹填地基中因颗粒分选以夹层形式分布。在整个吹填场地形成过程中,珊瑚泥的沉积特性会对吹填后形成岛礁的地基稳定性产生一定影响。因此,从影响地基稳定性最初阶段的吹填沉积特性出发,探求初始浓度对珊瑚泥浊液面沉速特性影响。利用扫描电镜观察絮凝体尺寸,根据Stokes定律推得浊液面在等速沉积阶段的理论沉速,并与颗粒组成相近的海相沉积土和同塑性指数的芜湖粉质黏土的沉积特性展开对比分析。试验结果表明:三种土浊液面出现的高度随初始浓度减小而减小;在等速沉积阶段,浊液面沉速随初始浓度增大而减小,其变化逐渐减缓并趋于稳定。区别在于,珊瑚泥浊液面出现时间最早,其沉速远高于其他两种土,等速沉积阶段所用时间仅为其他两种土的1/3,且初始浓度对珊瑚泥等速沉积时间的影响最为明显。最后推导得到了初始浓度与浊液面沉速关系公式,这对于南海海域吹填施工及地基的安全稳定具有一定的现实意义。     

不同应力路径下钙质砂力学特性的排水三轴试验研究

钙质砂的力学性质既有强度低、易破碎的特点,又有应力路径依附性的特性。为了研究不同应力路径对钙质砂的颗粒破碎和力学性质的影响,对不同固结压力的钙质砂进行了5种应力路径下的排水三轴压缩试验。结果表明:不同应力路径对钙质砂的应力–应变关系、抗剪强度和颗粒破碎特性有较大的影响。相同固结压力下,等轴向应力试验的剪胀现象最为明显,颗粒破碎率最小,峰值内摩擦角最大;等围压试验的剪胀现象最不明显,颗粒破碎率最大,峰值内摩擦角最小;等平均主应力试验的这些性质介于上述两种试验之间。等主应力比和等向固结试验在加载过程中主要表现为试样的体积压缩,因此与另外3种应力路径试验差别很大。不同应力路径对钙质砂应力–应变关系和强度的影响,除了砂土具有应力路径依附性的特性外,主要来自于应力路径和固结压力的不同产生的颗粒破碎程度不一致造成的影响,使得在不同的应力路径试验中钙质砂的力学性质表现出更大的差异。     

三轴剪切下珊瑚砂颗粒破碎规律及强度特征

珊瑚砂广泛分布于我国南海岛礁,其性质与普通砂有明显的差异,主要体现在颗粒具有显著的破碎特征。为进一步研究珊瑚砂的破碎特征和破碎对其强度特征的影响规律,本研究通过控制相对密实度、含水率和围压等多种初始条件展开三轴固结排水(CD)的剪切试验。结果表明:珊瑚砂颗粒破碎会根据相对密实度以及围压的逐渐增大而增大,随着含水率的增大而先增大后减小,但是随围压的增大,颗粒的破碎不会无限制增大,当到达一定程度时会逐渐趋于停止;在相对密实度保持一定时,珊瑚砂的内摩擦角会依据含水率的增大而先增大后减小。珊瑚砂大颗粒破碎形成小颗粒并嵌固在孔隙中,大小颗粒之间的相互作用及级配趋于良好,颗粒的破碎一定程度上增大了珊瑚砂的强度。此试验成果可以为岛礁珊瑚砂工程建设提供参数依据,为深入研究珊瑚砂颗粒破碎的理论提供借鉴。     

三轴排水剪切下钙质砂的颗粒破碎特性

颗粒破碎是影响粒状土的变形和强度机理的重要因素。为了研究钙质砂在剪切过程中的颗粒破碎特性及其对变形和强度性质的影响,对3种不同初始分布的钙质砂进行了不同围压下的三轴排水剪切试验。结果显示:初始分形的粒径分布在三轴剪切过程中始终保持着较为严格的分形特性,该现象与各粒组中的破碎颗粒主要向相邻的下一级粒组中迁移的机制有关。钙质砂的应力–应变特性与围压大小和初始粒径分布有关,围压越低,初始粒径分布越不均匀,钙质砂的剪胀效应越显著。随着围压的增大,钙质砂的剪胀倾向减少,并逐渐过渡到剪缩状态。钙质砂的破碎率随剪切过程中的应力和应变的增长而增大,其峰值内摩擦角随着破碎率的增大而降低,最后趋于定值。用非线性的指数函数来描述峰值内摩擦角与破碎率的相关关系,揭示了颗粒破碎对钙质砂抗剪强度的影响规律。     

吹填珊瑚砂压缩特性和地基处理与变形控制技术

依托印度洋马尔代夫维拉纳国际机场改扩建工程,通过室内试验和原位沉降监测揭示了珊瑚砂地基的压缩特性和长期沉降变形规律、机理及影响因素,提出珊瑚砂地层长期沉降计算公式和参数确定方法。指出可以采用重型动力触探指标用于地基处理深度检测,原位干密度测试指标用于地基处理质量控制。最后阐明珊瑚砂地层沉降变形的分类和工后沉降组成,形成机场跑道吹填珊瑚砂地基处理与变形控制技术体系。     

吹填珊瑚砂场地高层建筑复合地基工程实践与沉降估算

针对马尔代夫胡鲁马累岛礁灰岩吹填珊瑚砂场地7000套16栋25层高层社会保障性住房项目,基于珊瑚砂(钙质砂)及礁灰岩的工程特性,首次提出采用素混凝土桩复合地基处理方案,探究并改进长螺旋钻孔压灌混凝土成桩工艺,其工程实践成效为单桩静荷载试验与单桩复合地基静荷载试验以及建筑物沉降监测结果所验证。根据建筑物沉降监测结果,对比分析《建筑地基处理技术规范》(JGJ 79—2012)和《高层建筑岩土工程勘察标准》(JGJ/T 72—2017)中复合地基沉降计算方法,并进行有限元分析验证。分析结果表明：后者计算结果较符合该工程实际,且规避前者在吹填珊瑚砂地基压缩模量较难准确取值的问题;此外,在类似重大工程项目中,可采用基于载荷试验反演计算参数的有限元法对规范法沉降计算结果进行校验,以优化工程设计。     

钙质砂剪切特性试验研究

 对取自南沙群岛永暑礁附近海域的钙质砂进行了不同围压下的三轴排水剪切试验,试验结果表明,钙质砂在三轴剪切试验中的应力–应变关系随围压而发生变化,在低压时与普通陆源砂相近,而在中、高围压时表现出陆源砂高围压时的力学性质。在剪切过程中由于颗粒破碎导致封闭的内孔隙释放,体积应变要比石英砂大得多,剪切过程中发生的变形几乎全为不可恢复的塑性变形,其剪胀性与峰值应力比与围压密切相关,峰值应力比与剪胀性随着围压的升高而下降。     

南海岛礁珊瑚砂砾混合料动力特性试验研究

在南海岛礁实际建造工程中,上部吹填地基材料以大小砂砾共存、混杂无序的状态分布。地层中砂砾混合分布状态使地基在地震等动荷载下呈现出复杂的力学响应。通过开展一系列不同含砾量、密实度、围压和初始剪应力条件下的不排水循环三轴剪切试验,研究珊瑚砂砾混合料在不同工况下的动力特性。试验结果表明,无论是在松散还是密实状态,含有珊瑚砾的混合料试样在循环荷载下表现出更缓的轴向应变增长和孔隙水压上升的变化趋势。与单一珊瑚砂所构成的试样相比,珊瑚砂砾料试样具有更高的抗液化能力。珊瑚砂砾混合料抗液化强度随着含砾量、密实度和初始剪应力的增大而显著提高。密实珊瑚砂砾料的抗液化强度随围压的增大而减小,而针对松散试样没有发现明显规律,这可能是围压和密实度耦合影响引起的。试验结果表明含砾量对试样抗液化强度的影响主要受混合料骨架结构所控制,混合料骨架大致可分为粗颗粒（珊瑚砾）和细颗粒（珊瑚砂）结构主导两种状态。二元介质属性是开展砂砾混合料力学特性研究所必须考虑的影响因素。     

钙质砂莫尔-库仑强度特性三轴试验测试

随着近海工程建设的不断发展,作为建筑基础材料的钙质砂越来越重要,其强度特性对工程设计和建造具有主要影响,研究其力学性质具有工程意义。对取自我国某海域钙质砂进行了同一干密度、不同围压下的常规三轴试验,并分析整理数据,得到了其应力应变规律及强度参数,对珊瑚地基建筑结构物的地基设计具有借鉴意义。     

三轴试验条件下钙质砂颗粒破碎影响因素研究

针对钙质砂颗粒易破碎的特点,对取自南海某礁的钙质砂进行大量三轴试验,研究钙质砂在不同围压、粒径、级配、密实度、排水条件和含水率条件下的颗粒破碎情况,分析以上因素对钙质砂颗粒破碎的影响。试验结果表明:钙质砂颗粒破碎受围压影响显著,与粒径并没有明显相关性;级配越好的钙质砂破碎越小;密实度增大会导致颗粒破碎加剧;不同排水条件下钙质砂颗粒破碎受有效围压影响;颗粒破碎随含水率增加而变大。