塑料排水板处理软土地基的离心模型试验研究

发布时间：2020-05-29 03:38

【摘要】：大连某机场在原机场基础上填海造地扩建而成,主要由软土地基、护岸、跑道区和填筑区等几个部分组成。根据地质勘测资料显示,该工程所在位置软土地基相对较厚,因此难以采用大开挖的方式将软土地基全部清除,工程设计时采用打设塑料排水板的措施加快软土地基的排水固结进程。因此,如何采取科学有效的方法对设计方案提出的采用塑料排水板处理软基后地基最终沉降进行预测以及对运行期间软土地基中超静孔隙水压力消散情况进行模拟,对该机场的建设与运行至关重要。土工离心机利用离心力场和重力场相似的原理,同时考虑土工材料的非线性和自重应力对土工结构物的影响,使模型中各点的应力状态与原型一一对应,从而满足各类物理条件的相似性。采用离心模拟方法研究土体固结问题时,若模型与原型采用相同土体,根据相似比尺,模型中孔隙水压力消散时间为原型的1/N2,利用这一特点,可以在实验室条件下模拟土体在较长时段的固结过程。本文以大连某填海扩建机场工程为背景,采用离心模拟方法对塑料排水板处理软土地基及支撑机场跑道的海堤进行了试验研究,重点考虑了运行期地基的沉降和孔隙水压力消散情况,为工程前期论证和设计方案的优化提供参考。本论文主要介绍了以下几方面的工作：(1)采用离心模型试验模拟原型工程设计主断面,模型使用的地基材料一淤泥和粉砂,直接取自于现场。模型中采用粉细砂模拟原型砂垫层,采用粒径1-5mm碎石土模拟原型碎石垫层。原型海堤材料主要有开山石料和块石,模型试验时采用相似级配法对原型材料缩尺。选用粒径1-5mm的碎石土模拟原型开山石料、粒径5-10mm的碎石土模拟原型块石。原型采用打设塑料排水板的方法处理软土地基,模型中则根据固结过程相似的原理,换算成等效圆截面排水体,然后在制作模型时采用透水滤芯进行模拟。试验采用停机加载法模拟原型海堤分级加载的过程。(2)试验采用激光位移传感器(LS)测量模型表面沉降,由于离心机吊篮和模型箱空间有限,不可能布置很多测点。为了克服离心模型试验传统测量方法的缺点,本文介绍了由中国水利水电科学研究院与德国Innowep公司联合研发的G200光学位移测量系统。该系统通过支架上的摄像头获取试验过程中模型表面的图像,然后通过表面重建计算,可以获得所测模型表面任意时刻的位移。文中对该套设备的理论背景、工作原理和操作方法进行了详细介绍,并在1g条件下进行了试验,接下来将进一步应用于离心模型试验。(3)孔隙水压力传感器(PPT)分别布置于模型淤泥层和粉砂层中部,用于观测地基分级加载阶段的孔隙水压力。观测结果显示：孔隙水压力在每级加载初期达到最大值,然后随时间进行逐渐消散。(4)根据激光位移传感器LS1-LS3的实测数据,计算得到对应原型地基的沉降特性。运行五年时,LS1、LS2和LS3测量位置对应原型沉降大小分别为2.01m、2.76m和2.38m。根据实测的沉降数据,分别采用Asaoka法和经验双曲线法对LSl、LS2和LS3所在位置最终沉降进行了预测,并对两种方法的预测结果进行了对比分析。(5)根据试验实测的孔隙水压力和地基沉降,计算得出淤泥地基按孔隙水压力计算的固结度Up及按沉降计算的固结度Us。与理论计算的平均总应力固结度Urz进行对比,可以得出以下结论：①根据沉降计算得到的固结度Us是淤泥层和粉砂层地基固结度的平均值,运行初期沉降发展较快,Us大于Up和Urz；②运行五年时,根据埋设于淤泥层中部的孔隙水压力传感器PPT1-2观测数据,计算得到淤泥地基Up大小为95.9%,LS1观测断面的Us大小为98.1%,Urz大小为99.3%,试验结果与理论计算结果相差较小,说明离心模型试验中采用透水滤芯模拟塑料排水板是可行的。
【学位授予单位】：中国水利水电科学研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU447

【参考文献】