淤填黏土铺盖裂缝大变形固结试验研究

Gibson的一维大变形固结理论存在很大的局限性,为符合特定的需求,不断对Gibson理论进行修正。本文针对黏土铺盖裂缝的淤填处理问题,对渗压作用下的淤填黏土的固结机理进行了研究。首先,推导出有限应变渗压固结理论模型,再基于有限应变固结理论分别推导出以超孔隙水压力和孔隙比表示的有限应变渗压固结偏微分方程,并通过设计模型试验模拟了裂缝处淤填固结的全过程,同时对理论模型和固结偏微分方程进行了验证,最后以模型试验结果为依据指导了现场试验。     

基于GDS固结仪的吹填淤泥非线性渗透性及参数测定

 吹填淤泥具有高含水量、高压缩性、低渗透性等特性,因形成条件与应力历史等不同,表现出与一般软黏土不同的渗透特性,很难利用常规渗透试验仪测定渗透系数。GDS固结仪可克服现有渗透试验仪的缺陷,在吹填淤泥非线性渗透特性研究及参数测定方面具有很大的优势。采用GDS固结仪对深圳前湾吹填淤泥进行固结渗透试验,对软黏土常见的4种渗透系数与孔隙比之间的非线性关系进行回归拟合,获得相应的拟合参数。结果表明：(1) 在6～400 kPa的固结压力下,吹填淤泥的渗透系数随固结压力的增加呈非线性变化,降低1～2个数量级;(2) 4种渗透系数与孔隙比之间的非线性渗透关系对于深圳前湾吹填淤泥都是适合的,其中渗透系数与孔隙比之间的幂函数关系,拟合程度最好,形式简单,成为吹填淤泥等超软土大变形与非线性固结性状数值分析首选的非线性渗透关系。     

自重和真空负压下吹填淤泥固结性状分析

利用吹填淤泥造地能够解决建设用地紧缺及吹填淤泥对环境污染等问题。联合IFCO BAT系统和TDR系统,设计大型模型试验对吹填土在自重及真空负压下固结特性进行研究。试验得到吹填淤泥在固结过程中孔隙比、渗透系数、孔隙水压力和土面沉降的变化情况,并整理得到孔隙比和渗透系数随有效应力的变化关系,发现与Tiller(1984,1985)模型接近,同时得到了Tiller模型中各项参数。还在Gibson一维大变形固结理论和Tiller模型基础上建立了以有效应力为控制变量的吹填淤泥在自重和负压作用下的固结模型,并用差分法对其进行求解。讨论了孔隙水压力在固结过程中的变化情况和固结度随负压的变化情况。最后,采用所提出的固结模型对吹填淤泥模型槽试验进行了分析,理论计算结果与试验结果相近。     

吹填夹砂黏土的固结特性及孔隙结构研究

吹填造陆工程的地基主要由吹填土组成,由于其强度较低,需经地基处理后才能满足施工要求。吹填土固结特性以及孔隙结构的不明确导致吹填地基处理方式的不确定性和施工盲目性,进而影响工期进度,极易造成工程安全隐患。为研究吹填造陆形成的夹砂黏土的固结特性和孔隙结构变化规律,以某滨海特殊吹填土工程为背景,通过常规固结试验,评价含砂量对吹填夹砂黏土的孔隙比和渗透系数的变化影响,采用压汞试验,明确其孔隙结构特征。     

重塑黏土次固结性状的变化规律与定量评价

通过对6种不同的天然沉积土重塑样进行一维压缩次固结试验,明确了重塑黏土次固结变形的主要影响因素为孔隙比与对应于液限的孔隙比,得出了重塑黏土的次固结系数随着固结压力的增大和孔隙比的减小而减小,且相同孔隙比下次固结系数随液限的增大而增大的规律。定义了ln(1+e)-lnt双对数坐标下的次固结系数CαL,提出了双对数坐标次固结系数与液限孔隙比的定量关系表达式,为重塑黏土提供了简便实用的次固结变形计算方法,也为进一步完善Burland等提出的固有压缩概念与压缩理论奠定试验基础。     

软黏土在卸荷作用下孔隙水回流规律的试验研究

通过改装后的三轴仪进行室内试验,研究武汉地区软黏土在卸荷作用下孔隙水回流的规律。试验结果表明:①软黏土在卸荷作用下存在临界卸荷比R,临界卸荷比R约为0.28和0.91;②当0﹤R﹤0.28和R0.91时,软黏土不发生回弹变形,固结过程中排出的孔隙水不能回流到孔隙中;当R在0.28和0.91之间时,软黏土发生回弹变形,并且在回弹过程中吸水;③孔隙水回流量不大,约占固结作用下孔隙水排出量的10%。     

吹填软土一维大变形自重固结的有限差分数值解

吹填软土发生自重固结的物理本质在于超孔隙水压力的消散与有效应力的增长,以往有关土体大变形自重固结问题的求解方法多基于Gibson大变形固结理论,未从物理本质上反映土体的固结过程。文章基于Gibson大变形固结理论的有关假定,推导建立以超孔隙水压力为变量的一维大变形自重固结控制方程,该方程的形式简单,系数的物理意义明确。结合吹填软土自重固结的边界条件及初始条件,采用修正隐式差分格式的有限差分法求解得到方程的有限差分数值解,该数值解能够求解任意e-σ′和e-k函数关系下吹填软土的自重固结过程。通过与Lee和Sills求得的解析解及SWC模型解对比,从超孔隙水压力、孔隙比及沉降3个方面对数值解的正确性进行验证。利用文章所提方法分析初始厚度、初始孔隙比及土粒比重对自重固结性状的影响。分析表明,土体自重固结过程中的沉降固结度始终大于孔压固结度,初始厚度对孔压固结度的影响更大,初始孔隙比及土粒比重对沉降固结度的影响更大。     

长期反复荷载作用下软黏土地基的变形特性

软黏土地基在长期反复荷载作用下容易产生变形大、沉降时间长且难于预测等问题。针对该问题,通过太沙基一维固结理论,求解了矩形及梯形反复荷载作用下软黏土地基的一维固结解析解;利用ABAQUS有限元软件,提出了一种反复荷载作用下软黏土地基长期固结变形的数值分析预测方法。利用该方法结合工程实例详细分析了反复荷载下软黏土地基沉降、孔隙压力和有效应力及孔隙比等随时间的长期发展变化规律,发现沉降量与反复荷载的水平加载段时间成正比;孔隙水压力的最终发展趋势是围绕0值上下波动;有效应力随着加载次数逐渐增加;孔隙比的变化与土层深度、加载大小与加载次数有关,并将不同荷载类型下的模拟值、理论值和实测数据进行了分析比对,发现等效的反复荷载下的沉降曲线与实测值吻合较好。     

两种吹填超软土压缩固结特性试验研究

吹填超软土含水量高、压缩性高、低强度、低渗透性等特点,压缩固结过程不同于一般的软土,表现出非线性变化的特点。对上海两种吹填超软土采用压缩固结试验,通过试验研究其压缩、固结特性,试验结果表明:①两种吹填超软土第一级荷载压缩量最大,压缩系数最大,而且随着固结压力增大压缩系数逐渐减小,同时孔隙比与荷载的对数近似呈线性关系。②两种吹填超软土其固结系数随着所加荷载的增加而增大,而其渗透系数随着所加荷载的增加而减小。③渗透系数随孔隙比呈非线性变化,采用非线性函数拟合lgK_v-e关系,为类似吹填超软土非线性固结提供参考。     

渗透诱发固结中高塑性粘土固结参数的确定

软粘土在渗透压力作用下 ,孔隙比e,压缩系数a ,渗透系数k随固结过程中应力—应变状态的变化而变化 ,具有大应变、非线性等特点。本文通过渗透固结模型实验 ,对渗透压力下高塑性粘土一维非线性固结特性进行研究 ,确定了固结过程中压缩性关系 (e-σ′)、渗透性关系 (e-k)表达式 ,从而为该渗透固结机理应用到土坝水平防渗措施中粘土铺盖裂缝的淤填、淤积铺盖防渗性能的提高等方面提供理论依据     

水力梯度对黏土渗透性影响的试验研究

渗透性是土体的重要工程性质之一,其受孔隙率、颗粒粒径及流体性质等诸多因素影响,但通常认为与水力梯度无关。现采用研制的刚性壁固结渗透装置,对经不同固结压力固结的黏土试样,进行先逐级施加水压、后逐级卸除水压条件下的固结和渗透试验。试验结果表明,水压加载时,受渗透力的影响,孔隙比和渗透系数均随水力梯度增大而减小,理论分析验证了递增水力梯度下渗透系数测试值变化趋势的合理性。水压卸载时,孔隙比不变,但渗透系数随水力梯度减小而继续减小,主要与颗粒堵塞和弱结合水相关,水力梯度较大时弱结合水处于流动状态,水力梯度递减后,弱结合水处于黏滞状态,孔隙导水能力下降,渗透系数降低,基于试验数据的线性拟合式显示降幅可达初始值的一半。     

软土压缩模量计算方法及其应用

采用双曲线函数对固结试验中e-p数据进行拟合,得到关于孔隙比和压缩应力的双曲线模型。在渗透系数与孔隙比关系的基础上,利用e-p双曲线模型推导软土在压缩过程中软土固结系数与有效固结应力的关系式。通过室内渗压试验的数据验证了本文计算模型的正确性。本文计算模型较好的反映了固结系数和有效固结应力之间的关系,可以为工程设计提供有益的参考。     

压缩过程中软土固结系数与有效固结应力的关系

采用双曲线函数对固结试验中e-p数据进行拟合,得到关于孔隙比与有效固结应力的双曲线模型。在渗透系数与孔隙比关系的基础上,利用e-p双曲线模型推导出软土在压缩过程中固结系数与有效固结应力的关系式,并通过室内渗压试验的数据对该计算模型进行验证。结果表明,该模型较好地反映了固结系数与有效固结应力之间的关系,可以为工程设计提供有益的参考。     

饱和软黏土渗透特性及对一维大变形固结影响

 通过室内渗压试验对广州南沙饱和软黏土在不同固结压力和不同渗透压力下的渗透特性进行系统研究,分析影响土体渗透性的各种加卸荷条件;归纳渗透系数与固结压力、渗透系数与孔隙比的经验关系;揭示了软黏土的渗透规律和渗透破坏特征。在试验成果分析基础上,根据大变形固结理论中以位移为控制变量的物质描述方程,进一步研究初始渗透系数对大变形固结的影响以及在软土地基大变形固结计算中考虑压缩系数和渗透系数的非线性的必要性和合理性。     

从流动到可塑状态软黏土的一维固结特性试验研究

软土在固结过程中含水率的减小将导致其物理状态从流动态进入可塑态,为研究物理状态变化对软黏土的压缩性和渗透性的作用影响,采用饱和重塑黏土,配制高于液限含水率和接近液限含水率的试样,分别开展不同压力作用下的一维固结试验,依据位移和孔压测试数据,对比分析了固结过程中的位移发展、孔压消散、压缩系数以及渗透系数的变化特性。结果表明:在流动状态下,位移快速发展,而孔压却存在明显的滞消现象;进入可塑状态后,压缩系数和渗透系数的对数随孔隙比的变化关系均发生明显的转折。这意味着,在软土固结问题的理论分析中,应考虑物理状态的变化对土体压缩性和渗透性参数变化规律的影响。     

软黏土一维非线性大应变固结解析理论

给出了软黏土一维大应变固结中土体总应力、有效应力、孔隙水压力、孔隙比和沉降等一般相互关系,通过对土体压缩性和渗透性的假定得到了拉格朗日坐标下以超静孔压为变量的一维非线性大应变固结方程及其解析解。利用此解分析了土体一维非线性大应变固结性状,并与传统的小应变固结理论作了比较。此解也可用于对大应变固结问题的各种数值解法的验证。     

高压下饱和黏土B系数研究

为了对高压与常压固结后饱和黏土B系数之间存在差异性与否,及其影响因素展开研究,利用GDS三轴试验机开展了固结压力为2 MPa的饱和黏土等向固结试验,其中特别设计进行了高压固结前后的B系数检测试验。试验结果表明:"饱和"黏土高压固结B系数明显小于1的原因在于试样无法达到饱和度100%的理想饱和状态,而并非先前研究报道的高压固结后黏土样内孔隙水以物理性质明显不同于自由水的结合水为主。另外,饱和黏土高压固结过程中,孔压完全消散明显滞后于常规体积变形–时间对数曲线上主固结完成点的出现;高压固结后饱和黏土B系数达到稳定的时间明显长于常压相应值。     

饱和高庙子膨润土的渗透特性

在核废料深层地质处置工程中,膨润土的渗透特性是需要考虑的重要因素之一。对浸水饱和的高庙子钙基膨润土压实试样进行压缩试验,利用时间平方根法测定压缩试验中每级荷载下的固结系数,然后用太沙基一维固结理论计算土的饱和渗透系数。试验研究表明:在弹塑性阶段,计算所得饱和渗透系数随竖向应力的增大而减小,在双对数坐标下,计算渗透系数与竖向应力呈线性关系;孔隙比对渗透性起着主导作用,在半对数坐标下,计算渗透系数随孔隙比的减小而线性减小,由该线性关系得到的某一孔隙比下的计算渗透系数与公开发表的相同孔隙比的高庙子钙基膨润土的渗透系数接近。研究结果及相关文献证明应用固结理论方法间接推算膨润土饱和渗透系数的方法是可行的,该方法适用于低渗透性黏土的饱和渗透系数的量测。