荷载与化学组分对填海区软土力学性质与细观结构影响的试验研究

发布时间：2020-03-21 02:48

【摘要】：以港口、码头、城市建设和工业用地为目的的填海造地,具有填海面积大、造陆速度快、施加荷载重等特点,使得填海场地软土赋存物理化学环境发生了根本的变化,软土宏观力学性质与细观结构随之受到重要影响。全面认识填海造地工程对软土性状的影响是进行工程建设的重要基础。本文以钦州和防城港填海场地软土为研究对象,从宏观力学性质和细观结构两个方面,较为系统全面地研究了填海造地工程对软土性状的影响。主要研究工作与研究成果如下:1)环境扰动分析与模拟装置研制以港口、码头、城市建设和工业用地为目的的填海造地工程对软土赋存物理化学环境变化将产生多方面的影响,从岩土工程地质的角度分析,填海造地使得软土上覆荷载与孔隙水化学场两方面发生了根本性的变化。研制了填海场地软土上覆荷载与孔隙水化学组分变化的室内模拟装置“一种土的浸泡荷载联动装置”。采用该装置模拟了填海场地软土上覆荷载与孔隙水化学组分的变化,获得了“印记”有上覆荷载与孔隙水化学组分变化“痕迹”的人工软土。2)试验研究基于人工软土物理力学性质试验研究,揭示了上覆荷载与孔隙水化学组分Ca2+与Mg2+对软土性状影响的变化机理。结论如下:①孔隙比随荷载增加而减少,随Ca2+与Mg2+浓度增加略有减少。②压缩系数随荷载、Ca2+与Mg2+浓度增加呈减少趋势。③粘聚力随荷载、Ca2+与Mg2+浓度增加呈增大趋势。④内摩擦角随荷载增加而增大,随Ca2+浓度增加而略有增大,而随Mg2+浓度增加变化不明显。⑤人工软土在荷载与化学组分共同作用下,两者之间存在某种相互影响的耦合效应,对孔隙比、压缩系数、粘聚力和渗透系数有较为明显的耦合效应,而对内摩擦角的耦合效应较弱。基于人工软土 SEM试验和MIP试验研究,揭示了上覆荷载与化学组分Ca2+与Mg2+对软土性状影响的细观机理。结论如下:①荷载和Ca2+与Mg2+浓度增大对土颗粒圆形度、平均等效粒径、颗粒投影轮廓线分维数影响并不明显。②荷载对颗粒排列定向角有一定程度的影响,颗粒排列定向角(与水平方向夹角)随荷载增大呈变小趋势,而Ca2+与Mg2+浓度增大对颗粒排列定向角影响并不明显。③荷载和Ca2+与Mg2+浓度增大对孔隙平均圆形度影响并不明显。④荷载和Ca2+与Mg2+浓度增大,孔隙孔径呈变小趋势。3)理论分析发现人工软土在荷载作用下,因孔隙比变小使得胶结联结强度增大;随着化学组分Ca2+与Mg2+浓度增大,因部分Ca2+与Mg2+析出结晶形成胶结物,使得胶结物增多,颗粒之间胶结联结增强,胶结联结强度增大。宏观与细观呈现出了极为明显的一致性,宏观是细观的具体量化体现。在本文采用的最大荷载180kPa范围内,荷载作用下土颗粒的形状、大小变化不明显,土颗粒主要是发生位移,重新排列,土的孔隙变小。化学组分Ca2+与Mg2+浓度增大,部分Ca2+与Mg2+析出结晶形成胶结物,使得土颗粒之间的胶结联结增强。人工软土宏观力学性质与细观结构参数之间呈相关性,其中压缩系数、粘聚力和渗透系数与细观结构参数之间呈明显的相关性,内摩擦角与细观结构参数之间呈一定程度的相关性。
【图文】：

钦州港临海园区地方铁路支线大榄坪至保税港区吹砂填海工程，吹填砂层厚度高达逡逑１５米。该地区的潮型为不正规全日潮型，，吹填层顶面位于高潮水位以上约２米，位于海逡逑平面基面以上约４．５米。该填海工程的某一吹砂断面图如图２－３所示。逡逑砂层顶标高：５米逡逑１：邋１０逦＿＿＿＿＿逦Ｖ——＿＿＿＿＿＿逦１：邋１０逡逑一逦？逦Ｉ：邋－８．２８／ｆｃ邋．｛ｉＵ邋底标岛：－５９懫＇？逦逦逡逑图２－３吹砂断面图逡逑Ｆｉｇ．２－３邋Ｓｅｃｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｈｙｄｒａｕｌｉｃ邋ｆｉｌｌ邋ｓａｎｄ逡逑本填海工程的海平面基面以下吹填砂层的饱和容重约为２0ｋＮ／ｍ３，海平面基面以上逡逑吹填砂层的容重约为丨８ｋＮ／ｍ３，海水容重约为１０．３ｋＮ／ｍ３，该填海层对下伏软土形成的逡逑上覆荷载可高达１８０ｋＰａ。本次模拟试验的竖向荷载应力最人取值为１８０ｋＰａ。逡逑１５逡逑

防城港为９种工况组合，共２４种工况组合。逡逑２．３．４试验步歘逡逑浸泡加载过程如下图２－５所示。逡逑．．．．．．逡逑图２－５邋土样的浸泡荷载联动试验逡逑Ｆｉｇ．邋２－５邋Ｔｈｅ邋ｓｏａｋｉｎｇ－ｌｏａｄ邋ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ邋ｏｆ邋ｓｏｉｌ邋ｓａｍｐｌｅｓ逡逑试验步骤如下：逡逑１）
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU447

【参考文献】

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本文编号：2592618