吹填珊瑚礁砂地基处理方法适用性与加固效果应用研究

珊瑚礁砂是珊瑚礁、贝壳等经侵蚀、破碎后沉积在近岸环境中的一种生物碎屑,吹填珊瑚礁砂作为地基土可就地取材、大幅降低工程造价、缩短施工时间。然而,吹填珊瑚礁砂地基处理工程实践中一般采用基于陆源砂的地基处理与加固效果评价方法,具有很大的不确定性。本文在苏丹、沙特、南海某试验区分别采用振动碾压、强夯、振冲法对吹填珊瑚礁砂场地进行地基加固处理,依据载荷试验、标准贯入、动力触探、静力触探等原位测试对珊瑚礁砂场地进行加固效果与有效深度评价,采用平板载荷试验获取珊瑚礁砂场地处理后的地基承载力,结果表明:(1)珊瑚礁砂场地振动碾压法的有效加固深度约1.0 m,加固深度十分有限;(2)500~3000 kN·m夯击能下强夯法的有效加固深度2.0~4.0 m,明显低于相同条件下陆源砂的有效加固深度;(3)珊瑚礁砂场地振冲后可达到中密、密实状态,132 kW振冲的最大有效加固深度为8.0~10.0 m;(4)平板载荷试验获取的珊瑚礁砂承载力特征值与动力触探击数存在良好的经验关系,地基承载力特征值多数超过500 kPa,最高可达2000 kPa,与陆源砂的承载力特性存在显著差别,珊瑚礁砂具有“珊瑚礁砂变形大、高压缩性”的特点易出现于高应力情况下,加固后的珊瑚礁砂地基在常压应力下,往往具备较高的强度与承载能力。     

新吹填软土地基复式负压固结技术开发

新吹填土含泥量大、含水率大、渗透性差、零承载力,常规地基处理工法无法开展,地基处理面临诸多困难。针对该问题,提出了复式负压固结技术,该技术包括3道工序:改性真空预压、电渗降水和强夯动力固结。改性真空预压使地基得到初步固结,具备一定强度,为后序工作做准备;电渗降水可有效降低夯前地下水位和土体含水率,并促进夯后超孔隙水压力的消散;电渗降水和强夯动力固结多遍耦合,共同对吹填土进行地基加固。现场开展了复式负压固结技术工艺试验、土性试验和沉降变形监测。结果表明,应用于吹填泥的地基处理,改性真空预压可快速提高承载力,电渗法可迅速降低地下水位,有效避免强夯时"弹簧土"现象的发生,从而提高了最佳夯击能。复式负压固结技术可以有效地应用于新吹填软土地基。     

饱和大厚度砂土地基中长短碎石桩屏蔽效应及其抗液化评价

针对阿喀公路AK-3标段饱和大厚度砂土地基存在的地震液化问题,虽然工程中采用强夯法处理但抗液化检测表明并不能解决地基液化。碎石桩是一种有效的地基液化处理措施,但采用经济的长短碎石桩在处理饱和大厚度砂土地基中抗液化性能评价的相关研究较少。本研究提出了经济、合理的长短碎石桩加固大厚度砂土地基的方案,基于弹塑性动力固结理论和三维动力固结有限元程序FEMEPDYN,对比分析了天然地基和长短碎石桩加固地基的震陷、动孔压分布及超静孔压比。研究结果表明,采用长短碎石桩加固处理后的饱和大厚度砂土地基震陷降低了86. 7%,动孔压降低了89. 3%,超静孔压比降低了89. 5%,路基两侧长碎石桩对地震波传播具有一定的屏蔽效应。长短碎石桩加固方案对砂土地基抗液化效果明显,长短碎石桩处理饱和大厚度砂土地基是一种经济有效的处理措施。     

双控动力固结法加固软粘土地基的应用研究

饱和软粘土含水率大、渗透性差,强夯处理时,超孔隙水压力不易消散,常规的排水措施效果不佳,而电渗降水已经被证明是一种有效的软粘土排水措施。本文提出了将电渗降水和强夯法相结合的地基处理方法——双控动力固结法,进行了双控动力固结法的处理试验,并与不降水强夯法和井点降水强夯法进行对比分析。结果表明,电渗法可迅速降低地下水位和地基土含水量,有效避免"弹簧土"的产生,提高单点夯最佳夯击能;可有效抑制夯后超孔隙水压力的急剧上升,并促进超孔隙水压力快速消散;在降水速度和土性改良方面,电渗降水优于井点降水。因此,应用双控动力固结法处理软粘土,有着很显著的加固效果。     

岸边填土地基的强度与稳定性加固

岸边混杂填土结构松散,易受地表水流等外界因素的影响,常产生地面沉陷、崩塌和整体滑移等破坏现象.对于这类地基,可先设置散粒材料增强体使其初步硬化,再利用高置换率的复合地基抗滑坝体形成护坡和阻止整体滑移的作用,最后通过低能级强夯处理,将碎石桩复合地基的单一结构改变成具有碎石二合土硬壳层的三层结构,从而可较大程度地提高地基的强度和稳定性.通过对碎石桩夯击破坏性状的分析,提出了确定抗滑复合坝体宽度和夯击处理深度的设计计算方法.     

吹填砂粉煤灰复合土力学特性试验

粉煤灰被广泛应用于铁路和公路路基填筑,实现"绿色施工"和"变废为宝"。近年来,随着吹填筑路技术的运用,粉煤灰也被用作外掺剂同吹填砂一起混合填筑路基,但对此类人工复合土的力学特性研究还不够深入。为进一步提高吹填砂粉煤灰路基安全性和粉煤灰的利用效率,结合哈尔滨松花江防洪大道吹填砂粉煤灰筑路工程需要,基于三轴试验研究了不同配合比吹填砂粉煤灰复合路基土的物理力学性能,对包括最佳含水率、最大干密度、破坏强度、黏聚力、内摩擦角等变化规律进行了系统研究,确定了最佳灰砂比为1∶9,为实际吹填筑路工程提供了技术参考。     

强夯置换法在高填方地基处理中的应用

工程实践证明强夯置换法对于软弱地基的处理具有较好的加固效果,但目前尚无成熟的设计施工方法。本文以四川九寨黄龙机场高填方地基处理工程为背景,介绍了强夯置换法加固软弱土层的现场试验,对实测夯沉量、地表隆起量等试验结果进行了分析。同时,运用动力触探测试及室内土工试验等手段对夯后地基的加固效果进行了检测分析。综合试验及检测结果表明,应用此法处理机场工程软弱地基达到了预期的加固效果,原地面以下6m范围内动探击数均大于5击,物理力学指标也均有相当改善。目前,该试验成果已用于指导机场地基处理与高填方填筑体施工,对于其它类似工程亦有一定的借鉴意义。     

太阳能热排水固结模型试验研究

太阳能热排水固结技术是利用太阳能对软土地基进行加热,再结合竖井排水固结,由此达到提升软基处理效果的目标。为检验该技术加固效果,开展竖井地基排水固结模型试验,对比测试常规堆载预压和太阳能热排水固结加固软基的沉降和孔压发展规律,结果发现：太阳能在模型地基中形成温度场,使地基土温度平均上升了 15 ℃; 太阳能循环变温引起土中孔压波动,其幅度达 10 kPa;太阳能加快了软土地基排水固结过程,使模型地基土体固结系数提升了 1.54 倍,土层固结度达到 90% 所需时间减少 34%;太阳能加热还使模型地基最终沉降增大 12%,这对于加速软基沉降稳定、减小工后沉降有积极意义。     

饱和砂土地震液化后地面大位移特性研究

地震引起的地基液化常会造成地基大的侧向变形而导致灾难性的破坏,饱水砂土液化后的变形特性是地震液化大位移研究的基础。通过全自动多功能三轴仪的空心样动加载液化后的静扭剪试验,对饱水砂土液化后大变形特性进行了试验研究。结果表明,与常规静加载特性不同,饱水砂土液化后静加载时表现出单调剪胀的特性,加载初始阶段孔压基本不变,应变达到一定幅度后孔压一直减小,液化后变形曲线可分为低强度段和强度恢复段。低强度段模量近乎为零,强度恢复段试样强度不断增长。低强度段是液化后大变形发生的主要阶段。     

堆载吹填淤泥并同步真空预压地基固结解析分析

针对软土地基堆载吹填淤泥并同步真空预压加固技术,考虑吹填淤泥的堆载作用在吹填时线性增长、在同步抽真空预压时指数形非线性衰减的变化过程,考虑地基附加应力沿深度的抛物线形非线性衰减变化、以及竖向排水体施工引起的涂抹效应,基于等应变假设,推导了软土地基在径竖向同时固结时任意点的超孔隙水压力和地基整体平均固结度的显式解析解答。运用该解答对某工程现场试验中软土地基的固结过程进行了计算,通过计算结果与实测结果的对比分析发现,采用所提出的解答,可以得到与实测固结度随时间变化趋势相一致的计算结果,验证了所提出的解答的适用性·同时也发现水平向渗透系数是决定计算结果准确性的关键参数。     

高含水率疏浚泥堆场动态沉积计算模型

基于高浊度水的动态沉积原理,堆场疏浚泥被划分为清水层、浑水层和底部淤积层,考虑吹填中疏浚泥泥量、水量的动平衡,建立堆场疏浚泥动态沉积计算模型,预测施工期泥面、浑液面及水位随时间的变化关系,确定所需的围埝高度、沉积区面积及存储容积。通过算例分析泥浆初始颗粒浓度、吹填流量与浑液面沉速对围埝高度、沉积区面积及存储容积的影响。结果表明:吹填流量、浑液面沉速对沉积区面积的影响较大,而泥浆初始颗粒浓度对沉积区面积的影响很小;围埝高度与吹填流量无关,而泥浆初始颗粒浓度、浑液面沉速对围埝高度的影响较大;吹填流量对沉积区存储容积的影响最大,浑液面沉速的影响次之,而泥浆初始颗粒浓度的影响最小。     

碎石桩处理液化地基抗液化研究现状及存在问题

就目前国内外碎石桩处理液化地基抗液化理论、动力分析以及液化判别等方面的研究作简要的归纳和评述。在加固机理研究方面,主要认为碎石加固砂土有以下几种作用:(1)挤密作用;(2)振密作用;(3)排水减压作用;(4)预震作用;(5)加筋作用。其次,在理论研究方面如排水效应和桩体效应方面的研究也取得了长足进展,已经从总应力法深入到有效应力法,从只对孔压的研究发展到对水土共同作用的研究。并且随着计算机的发展,数值计算为复杂条件下的问题解答开辟了一个新的途径,现在已经可以模拟地震时土体的变形和孔压变化情况。但是在碎石桩处理液化地基的判别标准研究方面发展较慢。最后,对高速公路碎石桩复合地基抗液化研究方面的一些不足之处提出了解决的思路,主要包括:(1)上部荷载对复合地基的影响;(2)碎石桩处理深度设计时应考虑的影响因素;(3)碎石桩加固区与周围环境的相互作用;(4)考虑碎石桩排水、应力集中和附加应力共同影响下的液化判别标准。     

砂-聚苯乙烯颗粒轻质混合填料的剪切强度特性

砂-聚苯乙烯颗粒填料是一种以砂土和聚苯乙烯颗粒组成的轻质混合填料。通过轻质填料的直剪试验,研究其剪切强度的特性、强度影响因素及其机制。研究发现,轻质填料的剪切强度具有最优含水率(本文为10%),若大于或者小于最优含水率,剪切强度都将减小;轻质填料的剪切强度主要由4个分量构成:颗粒滑动、剪胀、挤碎和重新排列,以及因聚苯乙烯收缩而引起的颗粒移动和重排分量;轻质填料的剪切强度还受聚苯乙烯含量及法向应力(或围压)的影响,其剪切强度随聚苯乙烯含量的增加而减小,随法向应力的增加而增加;轻质填料的内摩擦角随着配比的增加而减小,凝聚力随配比的增加而增大。     

基于动强度试验确定饱和砂土弱化参数的方法∗

对于可液化土层,若土体发生液化则认为土体强度完全丧失;而对于没有发生液化的土层,一般不考虑超孔隙水压力对土体强度的影响。实际情况下,具有超孔隙水压力的饱和砂土在地震荷载作用下强度会发生弱化,以往对于可液化土层中桩土相互作用问题的研究都是针对土体完全液化的情况展开的,忽略了液化过程中超孔隙水压力对其强度的影响。通过竖向-扭转双向耦合剪切仪对福建标准砂进行循环扭剪动强度试验,结合MohrCoulomb强度理论,计算得到不同孔压比下饱和砂土的弱化参数,并根据有效应力原理建立了弱化状态下土体弱化参数与孔压比之间的数学关系。结果表明:液化过程中超孔隙水压力对土体强度弱化的影响可以用土体弱化参数来表示;孔压比越大,土体强度弱化越严重,相应的弱化参数也越小,反之则越大。     

循环荷载下温州超固结软土动强度与变形分析

通过循环三轴试验对循环荷载作用下温州超固结软粘土的动力特性进行了研究.重点分析正常固结、轻超固结和强超固结软粘土在循环荷载作用下动应力、孔压及轴应变随循环次数变化的规律.研究结果表明,循环荷载作用下超固结软粘土将产生负孔压.对于轻超固结软粘土,负孔压将发生转向;而对于强超固结软粘土,孔压始终向负孔压方向发展.随着超固结比的增大,土体的动应变累积速度减慢,转折应变随之减小,而临界循环应力比随之增大.随着超固结比的增大,土体的动强度增加.与正常固结比相比,超固结软粘土的动强度曲线更平缓,强度衰减速率更小.     

干湿循环作用下吹填固化轻质土蠕变特性研究∗

采用新型固化技术对高含水率吹填土进行固化处理,通过三轴流变仪,考虑干湿循环次数、围压和初始静偏应力等因素研究其对吹填固化轻质土蠕变变形和抗剪强度指标的影响规律。试验结果表明：吹填固化轻质土具有密度小、质量轻及强度高等优点。在一定程度上,增大围压可有效缓解吹填固化轻质土的蠕变变形,而初始静偏应力对其影响较小,前7 次干湿循环对土体破坏应力的影响最大,而后基本保持不变。抗剪强度指标c、φ 值均随初始静偏应力的增加而逐渐降低,随干湿循环次数的增加呈现出先减小而后逐渐稳定的趋势,且前7 次干湿循环,二者均呈指数函数降低;7 次以后,变化均较小并逐渐稳定。基于c、φ 值与时间关系曲线,分别构建了不同偏应力作用下吹填固化轻质土c、φ 值的预测公式。根据蠕变曲线发展态势,通过回归分析,引入围压、初始静偏应力和干湿循环次数等因素,建立了吹填固化轻质土蠕变变形预测模型,并验证了其可行性。研究结果可为实际工程场地提供理论依据。     

天津滨海吹填场地震陷评价方法及应用研究

震陷是导致地基失效的主要震害形式之一,选取天津滨海三个典型吹填场地,开展循环荷载下吹填土震陷特性研究,建立吹填软土震陷量计算模型;依据分层总和法提出了吹填场地震陷评价方法,并给出震陷等级划分标准,进行了吹填场地软土震陷评价方法研究。利用提出的评价方法,对天津滨海吹填场地进行了50年超越概率10%和2%地震影响下的震陷评价和分区。研究结果可为场地地基处理、土地规划和防灾减灾对策提供依据。     

水泥土桩复合地基场地地震效应分析

将复合地基加固区视为均质体,采用课题组提出的基于Davidenkov骨架曲线的土体动弹塑性模型描述复合地基加固区和非加固区土体的动应力-应变关系,基于大型有限元软件ABAQUS的操作平台,开发了土体动粘弹塑性模型的子程序。选择南京某典型软弱场地为研究对象,采用ABAQUS软件进行了复合地基二维弹塑性地震反应分析,研究了输入地震动强度和频谱特性、水泥土桩加固宽度和深度、复合地基模量对复合地基场地地震效应的影响。结果表明:输入地震动强度和频谱特性对复合地基地震效应影响较大;复合地基加固区地表的峰值加速度反应较自由场的反应明显减小,而加固体区外侧地表的峰值加速度反应较之自由场的反应可能增大;复合地基地表的峰值加速度反应随着水泥土桩加固深度和复合模量的增加而减小,而与加固宽度无关。     

不同温度条件下高分子固化剂改良砂土的强度特性∗

近年来城市热岛效应越加明显,温度变化对土体性质的影响程度备受关注。通过一系列无侧限抗压强度试验,对高分子固化剂改良砂土在不同温度条件下的抗压强度特性进行了研究,并结合微观扫描电镜对改良砂土的微观结构和改良机理进行了研究。结果表明：在相同温度条件下,高分子固化剂改良砂土的强度和弹性模量随高分子固化剂含量的增加而增大;随着温度的升高,高分子固化剂改良砂土的强度和弹性模量一直保持增强趋势,且当温度达到 35℃后,加入 3% 和 4% 含量的高分子固化剂改良砂土的强度增幅变缓;高分子固化剂溶液均匀分散在砂土中,随着水分挥发,在砂粒之间形成了空间网状固化膜,使得分散的土体连接成为一体,从而提高砂土强度;且随着温度的增加,形成的固化膜强度增强,使得改良砂土强度进一步增加。高分子固化剂在高温条件下对砂土依然具有较好的加固效果,可为高温地区防风固沙加固提供新途径。     

土体环境对微生物诱导碳酸钙沉积加固海相粉土的影响研究

生物地基处理技术利用微生物诱导碳酸钙沉积来加固土体,符合环境保护和可持续发展的要求,具有良好的发展前景。目前已取得的研究成果主要是针对简单离子化学环境下的松散砂土,对不同环境下的细粒土研究的较少。以江苏东部沿海地区的海相吹填粉土为研究对象,选用巴氏芽孢杆菌进行微生物注浆试验,定量分析温度、pH值、氯化盐含量、土体中胶结阳离子含量等土中的环境因素对加固效果的影响规律。结果表明:随着温度的升高、试样中生成的碳酸钙增加,但无侧限抗压强度并不是呈现出一直提高的趋势,而是存在一个峰值。偏碱性的环境有利于巴氏芽孢杆菌的工作,但过高的pH值会影响加固效果。土中的氯化盐含量过高时会抑制细菌的活性从而对加固产生不利影响。土中的胶结阳离子含量对微生物注浆的影响很小,可忽略不计。本次试验研究结果能为现场环境下采用MICP技术加固粉土提供有效的依据。