增压式真空预压处理吹填淤泥地基加固机理及固结理论研究

In view of shortage of the study on the dredged fill treated by pressurizing vacuum preloading. The laboratory model test, theoretical analysis, numerical calculation and the combination metod of field test and test measurement were employed in this project, to indicate the mechanism of the pressurizing vacuum preloading method on the dredged fill. Firstly, typical dredged clay was subjected to microstructure image description and quantitative analysis, the analysis of soil particle composition, mineral composition and salt, analysis of the pore changing and arranging under vacuum load, and statistical analysis to establish the relationship between the microstructure and macro properties. Secondly, comparing with the relative index of the pure vacuum preloading and pressurizing vacuum preloading, highlighting the control target of pressurization, and optimizing the pressurization technology, and revealing the mechanism of the pressurizing vacuum preloading method. Thirdly, synthesize the distribution of every relatived index and sensitivity analysis, and based on Hansbo consolidation theory, the pressurizing vacuum preloading consolidation model was established and subjected to numerical solution. Finally, the centrifuge model test and field test of vacuum preloading were carried out, and conducting the comprehensive evaluation and optimization design on reinforcement effect, and giving further revision to the consolidation model. Then providing an actual analysis method and the design law on dredged clay foundation treatment in tideland reclamation.

针对当前增压式真空预压法处理吹填淤泥研究的不足，本项目拟采用室内模型试验、理论分析、数值计算、现场试验及测试相结合的方法，揭示吹填淤泥增压式真空预压法加固机理。首先对典型吹填土的微观结构进行图像描述和量化分析，分析土体中的粒度成分、矿物成分及盐分，并分析真空荷载下孔隙变化及排列特征，统计分析建立微结构与宏观特性之间的关系。然后通过与未增压真空预压的各相关指标进行对比，明确增压机制中的控制指标，优化增压工艺，并揭示增压式真空预压加固机理，其次，综合各指标的分布规律及敏感性分析，基于Hansbo固结理论下，建立增压式真空预压固结模型并数值求解，最后，开展增压式真空预压的离心机模型试验及现场试验对加固效果进行综合评价与优化设计，以及对固结模型给予进一步修正。进而为海涂围垦吹填土地基处理提供更符合实际的分析方法和设计依据。

本项目针对当前增压式真空预压法处理吹填淤泥研究的不足，采用室内模型试验、理论分析、数值计算、现场试验及测试相结合的方法，揭示吹填淤泥增压式真空预压法加固机理。首先对典型吹填土的微观结构进行图像描述和量化分析，分析土体中的粒度成分、矿物成分及盐分，并分析真空荷载下孔隙变化及排列特征，统计分析建立微结构与宏观特性之间的关系。然后通过与未增压真空预压的各相关指标进行对比，探究了增压式真空预压法对超软黏土的加固效果，并针对土体微宏观特性，不同滤膜对加固效果的影响和现场试验对比，以及增压式真空预压法所存在的增压位置、增压时间、增压时机等参数不明确的问题进行对比研究，明确增压机制中的控制指标，优化增压工艺，并揭示增压式真空预压加固机理，其次，综合各指标的分布规律及敏感性分析，最后，开展增压式真空现场试验对加固效果进行综合评价与优化设计，进而为海涂围垦吹填土地基处理提供更符合实际的分析方法和设计依据。采用上述方法得到以下重要结论：1）采用 120 μm 滤膜孔径排水板适合于温州地区吹填滩涂淤泥，渗透能力良好且土颗粒流失较少，真空度沿程损失更少；2）新型防淤堵真空预压能够加速土体固结沉降，其加固后土体平均总沉降量比直排式真空预压增加了近 50%；3）通过现场试验表明与直排式相比，采用该方法大大降低含水率，提高地基承载力，满足大型机械无砂、石垫层进场的要求；4）底部增压更有利于促进深层土体的加固并使土体的加固更加的均匀，而竖向增压则对土体中上部有进一步的加固效果的促进，但是其对土体深层加固效果的促进作用则远小于底部增压；5）当土体达到 40%的固结度时进行增压，其增压效果要好于其他时间。当增压时间为 1.5 小时时，其对土体加固效果的促进要远大于其他增压时间。6）建立增压式固结理论，并得到验证。最后，通过本项目的研究，发表论文10篇，获得专利授权3项，培养研究生6名。