分级真空预压法加固吹填土物质、结构变化时效特性及沉降预测分析

发布时间：2017-03-23 03:21

  本文关键词：分级真空预压法加固吹填土物质、结构变化时效特性及沉降预测分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着经济发展，临海国家及城市对土地资源的需求日趋迫切，因此，如何获得更多的土地资源成为了人们关注的重点问题之一。针对这一现状，众多沿海国家、城市通过围海造陆的方式解决土地资源紧缺的问题。在围海造陆过程中，将疏浚出来的淤泥吹填至围堰内，经沉积而形成吹填土，当以这种吹填土作为建筑地基时，需进行加固处理，而常用的加固方法有真空预压法、堆载预压法、换填法、强夯法等。 但是，由于吹填土“三高两低”（高含水率、高孔隙比、高压缩性、低渗透性和低强度）的特性，使其在加固过程中面临以下问题，（1）吹填土的表面形成硬壳通常需要2-3年的时间，这样在时间和财力上耗费较大，使这些加固方法的使用得到了一定的限制；（2）常用的固结法在减少固结沉降量、降低不均匀沉降上仍存在很大的问题；（3）在对含有较高粘粒含量的吹填土进行加固时，巨大的真空吸力使细小颗粒迁移到塑料排水板周边，形成泥膜而阻碍其排水固结。 针对之上提到的吹填土加固过程中遇到的难题，本文中将首先对连云港地区吹填土进行基本性质的分析，争取为之后的深入研究提供一定的理论基础；并结合现有的吹填土加固方法，提出采用10kPa--20kPa--40kPa--60kPa--80kPa五级式分级真空预压（Step Vacuum Preloading）的加固方案，该方法是利用软土在低压力下形成初始结构强度、再进行低压力下排水固结的原理，使超软土逐级加固，最后形成具有一定强度的地基。通过分析加固模拟试验中的监测数据、各阶段所取土样的粒度成分、易溶盐成分变化的时效特性以及其与取样深度、到排水板距离的关系，可知五级式分级真空预压法加固吹填土的过程中较小的颗粒向一定的方向迁移，且易溶盐的含量发生规律性的减少。 其次，以“扫描电镜试验（SEM）”和“压汞试验（MIP）”为技术手段，对吹填土中的微观结构进行了定性、定量分析。可知，连云港地区吹填土在加固过程中表现出孔隙率降低，大孔隙减少，小孔隙增加的时效特性；与此同时，孔隙率、孔径分布区间与深度、到排水板的距离有密切的关系；加固过程中，随着时间的增长，孔隙和结构单元体逐渐被压扁，细长的结构随之增多，定向性趋于不明显，并且结构单元体形态的变化比孔隙更为复杂。这都从侧面反映了土体的固结情况。 本文中除对粒度成分、易溶盐成分以及微观结构进行了分析外，还针对沉降监测数据进行了最终沉降量的预测。结合沉降数据中的噪音问题，引入了小波降噪方法；并区别于前人常用沉降量误差的平方最小等确定组合模型中各单一模型的权重，综合考虑多个预测模型的多项评价指标的计算结果，引入变异系数法计算单一预测模型的权重，使建立的组合模型更加合理。通过实例证明：优化后的组合模型在使用过程中不限制单一模型的个数，不会因为模型个数的增加而提高计算难度，且拟合的精度高，，更加满足工程需要。 最后，针对连云港吹填土粒度组成和固结排水的特点，采用颗粒流数值模拟软件建立分级真空预压作用下的模型，结合模拟过程中土体颗粒的运动情况、位移变化以及孔隙率分布等的时效特性说明不同阶段固结的效果，并通过对其中颗粒位移进行监测来反映加固过程中土体的沉降变化情况，以实现对最终沉降量的预测。对比分析数值模拟的结果与室内试验结果验证分级真空预压加固法的可行性，争取为增加吹填土的施工工法提供一定的理论基础。
【关键词】：吹填土 分级真空预压 粒度成分及易溶盐成分 微观结构 时效特性 沉降拟合预测 三维颗粒流数值分析
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU472.33;TU433
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-14
• 第1章 绪论14-28
• 1.1 选题依据和研究意义14-15
• 1.2 国内外研究现状及存在的问题15-24
• 1.2.1 吹填土加固方法研究现状15-17
• 1.2.2 土体微观结构研究现状17-20
• 1.2.3 土体沉降计算预测研究现状20-22
• 1.2.4 颗粒流分析法的研究现状22-24
• 1.3 主要研究内容和技术路线24-26
• 1.4 主要创新点26-28
• 第2章 连云港地区吹填土的物理化学特性28-36
• 2.1 连云港连云新城概况28-29
• 2.1.1 连云新城地理位置28
• 2.1.2 连云新城工程地质条件28-29
• 2.2 连云港地区吹填土物质成分29-31
• 2.2.1 粒度成分29-30
• 2.2.2 矿物成分30-31
• 2.3 连云港地区吹填土物理化学特性31-33
• 2.3.1 物理特性31-32
• 2.3.2 化学性质32-33
• 2.4 小结33-36
• 第3章 分级真空预压法加固吹填土36-50
• 3.1 引言36
• 3.2 模型箱模拟试验36-38
• 3.2.1 试验设备36
• 3.2.2 试验步骤36-38
• 3.3 试验数据监测及分析38-48
• 3.3.1 沉降量监测及固结度38-42
• 3.3.2 孔隙水压力监测与固结度42-46
• 3.3.3 排水流量监测及分析46-48
• 3.4 小结48-50
• 第4章 各阶段吹填土物质及微观结构变化时效特性分析50-98
• 4.1 引言50
• 4.2 取样设备及试样制备50-53
• 4.2.1 取样设备介绍50-52
• 4.2.2 试样制备介绍52-53
• 4.3 粒度成分变化特征53-57
• 4.4 易溶盐成分变化特征57-68
• 4.4.1 易溶盐总量57-58
• 4.4.2 HCO-3含量58-60
• 4.4.3 Cl-含量60-61
• 4.4.4 Ca~(2+)和 Mg~(2+)总量、Ca~(2+)含量、SO_2-4含量61-64
• 4.4.5 Na~+含量64-66
• 4.4.6 K~+含量66-68
• 4.5 基于压汞试验孔隙分布特性分析68-83
• 4.5.1 试验简介68
• 4.5.2 各阶段孔隙特征分析68-80
• 4.5.3 加固过程中孔隙演化的时效特性80-83
• 4.6 微观结构图像（SEM）分析83-95
• 4.6.1 微观结构图像定性分析83-84
• 4.6.2 微观结构图像定量分析及时效特性84-95
• 4.7 小结95-98
• 第5章 连云港地区吹填土沉降拟合预测98-126
• 5.1 引言98
• 5.2 小波降噪数据处理98-102
• 5.2.1 小波降噪原理99-100
• 5.2.2 小波降噪结果100-102
• 5.3 常用的拟合预测方法分析102-118
• 5.3.1 Logistic 模型102-104
• 5.3.2 Gompertz 模型104-107
• 5.3.3 Weibull 模型107-109
• 5.3.4 指数模型109-112
• 5.3.5 各模型拟合结果分析112-118
• 5.4 优化的组合模型分析118-123
• 5.4.1 优化的组合模型原理118-120
• 5.4.2 组合模型的操作步骤120-121
• 5.4.3 吹填土工后沉降预测121-123
• 5.5 小结123-126
• 第6章 分级真空预压法加固吹填土的颗粒迁移数值模拟126-142
• 6.1 引言126
• 6.2 颗粒流数值模拟理论126-133
• 6.2.1 颗粒流的运动理论127-129
• 6.2.2 颗粒流的液相流动理论129-132
• 6.2.3 孔隙率的计算132-133
• 6.3 模型的建立133-134
• 6.4 模拟结果及分析134-141
• 6.4.1 吹填土颗粒的沉降变化134-138
• 6.4.2 吹填土颗粒的位移变化138-139
• 6.4.3 吹填土颗粒的运动变化139-140
• 6.4.4 吹填土的孔隙率变化140-141
• 6.5 小结141-142
• 第7章 结论及建议142-146
• 7.1 结论142-143
• 7.2 建议143-146
• 参考文献146-158
• 作者简介及在学期间所取得的科研成果158-160
• 致谢160-161

【参考文献】

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