海积软土渗透性变化及固结分析

如何提高软土地基固结沉降计算的准确性是当前急需解决的难题之一。海积软土性状特殊,具有固结变形量大,固结过程中压缩性、渗透性发生较大变化的特性。针对海积软土,研究其固结过程中渗透固结性质的变化规律是提高其地基固结沉降计算准确性的关键。本文以深圳前海湾海积软土为例,通过试验和分析,对目前常用的软土渗透性计算公式是否适用于海积软土进行了检验,提出了适合海积软土渗透系数计算的经验公式,在此基础上进行了考虑固结系数变化时的一维固结计算,用试验数据对计算得到的固结曲线的合理性进行了验证,并将计算结果与工程中基于Terzaghi固结理论的分析结果进行了比较。试验结果和计算结果表明,所提出的渗透系数计算公式对海积软土合理,方法实用;海积软土固结过程中固结系数变化较大,应发展考虑固结系数变化时的固结分析方法;工程中进行海积软土固结分析时应根据实用固结压力情况及不同的试验方法合理地取用固结系数。     

竖井地基热排水固结本构模型及试验验证

考虑饱和土体先期固结压力随温度变化情况,对非等温条件下土体e–lgp曲线上点的移动规律进行研究,建立了饱和黏土的非线性热弹性本构模型,并开发编制了TSDSS有限元程序。同时,开展了竖井地基热排水固结模型试验,将试验结果与模型试验的TSDSS模拟结果进行对比,两者较为吻合,从而验证了该本构模型的正确性,且能从机理上反映热排水固结过程,数值模拟结果进一步表明:土体导热系数越大或渗透系数越小,热排水固结过程中产生的孔隙水压力峰值越大;渗透系数越小,热排水固结越慢;导热系数越大,热排水固结越快。     

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。     

基于孔压静力触探的连云港海相黏土的固结和渗透特性研究

针对连云港海相黏土,分别进行室内试验和孔压静力触探原位测试,并通过现场监测资料进行反分析,比较固结参数的差异性。不同方法得到的结果比较表明:孔压静力触探消散试验确定的水平固结系数为(3.0～6.5)×10-3 cm2/s,通常比竖向固结系数高2～4倍;变水头渗透试验得到的水平渗透系数和孔压静力触探测试现场得到的水平渗透系数值一致性很好;反分析得到的水平固结系数值略低于孔压静力触探测试得到的的水平固结系数值。对连云港海相黏土,地基处理设计采用孔压静力触探方法确定的固结参数能很好地符合工程实际。     

萧山饱和软粘土的渗透性试验研究

0引言土体的渗透系数是表征土体被水透过的能力,是土体基本力学性质之一,同时也是研究土体的非线性固结特性的重要参数之一,许多学者对其进行了研究。根据太沙基固结理论对于单层地基土可以只测定固结系数对其进行分析,对于成层地基情况则不尽然[1,2]。土体的渗透系数可以通过室内渗透试验测定,也可以通过现场渗透试验测定,有时也可采用经验公式估算[3]。由达西定律Q=kiAt,可以通过测定在一定水头差H下某一时间t内流过试样的渗流量Q,或者测定时间t=0时的水头h1与时间t=t’时的水头h2,计算得到土体的渗透系数。另外,可以根据一维固结理论,利用固结试验确定固结系数cv值后由其定义cv=kv(1+e0)/     

地面沉降过程中固结系数的试验研究

根据渗透系数和孔隙比、孔隙比和有效应力的关系推导出固结系数与有效应力的关系公式。利用自行研制的试验装置,模拟释水条件下地面的沉降过程,通过对试验数据的分析,得出固结系数随着土体的压缩而逐渐变小的结论。考虑固结系数的非线性,修正了 Terzaghi 理论,将解析解与实测值进行对比,结果表明考虑了固结系数的非线性能更准确的计算地面的固结沉降。     

考虑初始固结状态影响的软基固结计算方法研究

按Terzaghi一维固结理论计算的软基固结过程与实测值存在较大误差,其部分原因是该理论假定固结系数为常数,忽略了初始固结状态和固结过程对渗透系数的影响。根据达西渗透系数公式和柯森–卡门渗透系数公式以及3种固结状态土的e-lgσ关系,推导同时考虑初始固结状态和固结过程中应力状态影响的软基堆载预压过程中的渗透系数预测公式;利用室内固结–渗透试验和已有研究探究预测公式的适用性和可靠性;将预测公式代入固结系数表达式,进而获得考虑初始固结状态和固结过程中应力状态影响的修正的Terzaghi一维固结方程;借助工程应用分析探讨了修正的Terzaghi一维固结方程的合理性。研究发现,预测公式能够快捷准确地预估软基堆载预压过程中的渗透系数变化过程;当上覆荷载较小时,修正的Terzaghi一维固结方程与原方程的计算结果相近;但当上覆荷载较大时,固结过程对土体孔隙比和渗透系数的影响较大,修正后的Terzaghi一维固结方程计算的固结度明显滞后于修正前的计算结果,更符合工程实际。旨在为不同初始固结状态的软基提供一种较为准确的固结计算方法。     

动力排水固结软基处理模型试验研究

介绍了动力排水固结室内模型试验,并从室内模型试验出发,对动力排水固结加固效果进行研究,建立了一个相似比1:2的室内动力排水固结加固淤泥质软土的试验模型,严格控制试验条件和工艺参数,研究了动力排水固结淤泥质软土的效果.通过室内模型试验研究,总结了动力排水固结加固软土地基效果的影响因素,被加固土体的变形规律,超孔隙水压力的消散规律和加固过程中软土地基振动液化安全稳性系数变化规律,提出了动力排水固结软土地基有效加固深度确定方法和动力排水固结加固效果评价方法.     

堆载预压径竖向固结等体积应变解答

现有的含竖向排水体地基固结问题的解析解答大都是在传统的等竖向应变假设基础上建立的,而且在考虑涂抹区土体的渗流和压缩作用方面,还没有真实地体现出涂抹区土体的竖向渗透系数和体积压缩系数,其对地基固结的影响也尚不明确。为此,针对含竖向排水体地基径竖向同时固结的轴对称问题,采用等体积应变假设,考虑井阻作用、涂抹作用、随时间线性堆载预压以及地基附加球应力任意分布,推导了完整的径竖向固结微分方程的解答,给出了超静孔隙水压力和固结度的显式表达式,分析了侧向变形即泊松比效应以及涂抹区土体的竖向渗透系数和三维体积压缩系数对地基整体平均固结度的影响。结果表明,泊松比效应较为明显,基于传统的等竖向应变假设的解答高估了地基的固结速率;不考虑涂抹区土体体积压缩的解答虽然也高估了地基的固结速率,但影响有限;而涂抹区土体的竖向渗透系数对于地基固结的影响则几乎可忽略不计。     

应力变化的真空-堆载预压下竖井地基固结分析

考虑真空度沿竖井线性减小、堆载所引起的附加应力随深度变化以及地基涂抹区水平渗透系数呈线性变化,推导了附加应力变化的真空-堆载预压下竖井地基固度的一个解析解,并分析了地基固结性状。分析结果表明,在荷载瞬时施加时,真空预压的大小及沿竖井的衰减快慢对地基的固结速度没有影响;在单面排水条件下,竖井地基顶面的附加压力越大,固结越快;在地基井径比和水平渗透系数与竖向渗透系数之比较小时,地基的竖向渗流对地基的固结度有较大的影响。     

基于位错理论的饱和土渗流特性CPTU评价研究

孔压静力触探（CPTU）测试数据通常用于土层划分和岩土工程设计参数评价。国际上CPTU测试技术的最新进展之一在于采用测得的锥尖阻力、侧壁摩阻力和孔隙水压力快速、连续地获得饱和土的渗透系数,以避免孔压消散试验费时的缺点。首先简要回顾了基于CPTU测试资料确定饱和土渗透系数的的研究成果,并进行了分析与改进,提出了基于位错理论和圆柱面径向流模型的水平向渗透系数预测新方法。选取典型场地进行了CPTU测试,并在黏性土场地采用薄壁取土器获得无扰动的原状试样,进行室内水平向渗透试验,在无黏性土场地进行现场钻孔抽水试验。以室内渗透试验和现场抽水试验的结果为参考,对3种基于CPTU连续评价饱和土渗透系数的方法进行了对比分析。研究表明,位错理论适用于评价饱和土的原位渗透系数,然而准确性与所采用的渗流模型有关。对国际标准CPTU探头,孔压过滤环位于锥肩（u₂）位置时,采用圆柱面的径向流模型能够获得最为准确的水平向渗透系数预测结果,采用球面流或半球面流模型时趋于低估土层的渗透性。     

Apparent clogging effect in vacuum-induced consolidation of dredged soil with prefabricated vertical drains

The improvement efficiency of a dredged slurry by vacuum preloading is greatly affected by the apparent clogging effect arising during the consolidation process, where the apparent clogging effect refers to the combined impacts of filter clogging and particle blinding around the drain due to particle migration and non-uniform consolidation. Three laboratory model tests with different types of soils were performed to investigate the apparent clogging effect. First, the filter clogging effect was investigated by scanning electron microscopy and cross-plane permeability tests. Second, changes in the particle size distribution due to particle migration were analysed at the micro- and macro-levels, and the particle migration induced blinding effect was assessed through the results of the compressibility and permeability tests. The test results indicated negligible particle migration in pure clay and relatively higher blinding effect in mixture soils. Finally, the effects of blinding due to particle migration and non-uniform consolidation on the overall consolidation rate were theoretically quantified. Both the analytical and tests results implied that the apparent clogging effect is predominantly by non-uniform consolidation rather than the particle migration-induced blinding effect, especially for cohesive marine clay.     

基于CPTU测试的高速公路改扩建新老地基土工程特性评价研究

软土地基上进行高速公路扩建项目面临着极大的挑战,必须对新老地基土体的工程特性进行全面的评价。传统室内试验方法会对土体产生扰动,而且时间长、成本大。孔压静力触探(CPTU)技术作为一种新型的原位测试方法,可以测试锥尖阻力、侧壁摩阻力与孔隙水压力等参数,而且具有多功能、连续性、高精度等优点,在国外得到广泛的应用。采用多功能CPTU技术对京沪高速公路扩建工程新老地基土体进行原位测试,基于承载力理论与孔穴扩张理论分别解译了新老地基土体的应力历史、变形与固结特性参数。研究发现:该方法可以更准确地确定软土层的分布、厚度和深度,可为进一步分析新老路基差异沉降的计算提供科学依据,更好地指导路基拼接相互作用与地基处理的设计和施工。     

蠕变黏性土固结沉降计算的新简化方法及验证

针对黏性土的固结与蠕变之间的关系,目前存在两个观点:假设A认为固结期间黏性土不会发生蠕变变形,蠕变变形发生在固结变形之后;假设B则认为黏性土的蠕变是土骨架的固有属性之一,它与固结变形同时发生。室内单元体试验结果和现场监测数据表明假设A常常低估了黏性土的总变形。然而,基于假设B的精确解常需要将土体弹黏塑性本构模型导入有限元软件才能进行固结沉降的分析,因而限制了该观点的应用。提出了一个考虑多级变荷载作用下蠕变与固结近似耦合分析的新简化方法。该简化方法具有形式简洁,参数明确的优点,可适用于黏性土的各种应力–应变状态和加载—卸载—再加载的复杂受力情况。选取瑞典的典型填筑工程,将新简化方法计算的沉降变形与有限元模拟结果、46 a的现场监测数据进行了对比分析,验证了新简化方法的正确性、精确性和广泛的应用范围。     

黏土铺盖裂缝淤填固结的理论与试验研究

针对渗透力作用下黏土铺盖裂缝的淤填固结问题,对其固结机理进行阐述。在充分考虑了孔隙比与有效应力、孔隙比与渗透系数的非线性关系条件下,提出了以孔隙比为控制变量的大变形固结微分方程。通过渗透诱发固结试验确定微分方程中的待定系数,该系数综合反映了软黏土初始孔隙比、压缩性、渗透性等随时空变化的影响。采用数值方法求解微分方程,得出了孔隙比在固结过程中随时空的变化规律。采用模型试验模拟了淤填黏土的固结过程并对数值计算结果进行了验证。选择渗漏问题严重的水库进行了现场试验。     

基于扩展卡尔曼滤波的岩石流变模型参数识别

针对岩石材料本身复杂性及观测条件引起的室内外试验数据中存在的不确定性,引入卡尔曼滤波方法,将岩石流变模型参数视为某随机过程的状态估计量,构造相应的卡尔曼滤波方程进行参数识别。以构皮滩水电站岩石工程黏性软岩的单轴压缩蠕变试验为例,对广义开尔文模型的有关参数进行识别,结果表明该方法具有很高的识别精度。同时探讨不同观测误差对滤波过程及参数识别结果的影响,数值试验表明该算法具有较强的抗噪声干扰能力,为解决岩石力学参数识别中的不确定性问题提供一个有效的理论方法。     

大面积堆载作用下软土地基变形特性

通过在大面积堆载场地设置监测仪器,进行历时 3 a 的现场监测,对大面积堆载作用下软土地基的变形特性和加载条件、地层条件、排水条件、时间效应等的相关性进行分析研究,揭示了大面积堆载作用下软土地基变形特性不同于常规荷载作用下软土地基变形特性的规律,总结了在不同边界条件下软土地基变形和固结沉降的规律,为软土地基的固结沉降分析计算提供依据。     

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。     

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。