天津滨海吹填土结构强度演化机理与力学效应

A large amount of various engineering disasters, caused by low strength and large long term deformation of dredger fill, have now become the urgent problems in the engineering construction since the large-scale of goble land reclamation.This project takes the dredger fill of Tianjin binhai new area as the research object, combining macro and micro experiment with theoretical analysis to carry out indoor and outdoor reclaimed sedimentary simulation test, so as to find out causes of structural formation and strength growth through material composition and microstructure characteristics. We carry out stress path test simulating vacuum-surcharge preloading and excavation unloading to reveal the evolution law of structure strength and its influence on the strength and deformation of soil in the process of reinforcement and foundation construction. Along with one dimensional compression tests and triaxial shearing creep tests, as well as microstructure tests on soil samples in different creeping stage, we shall clarify the damaged conditions of strength, with the effect of time .Based on the framework of critical state theory and stress theory, the project introduces micro structural parameter into the classical constitutive model to establish structural creep model of dredger fill, clarifying the distribution and development laws of deformation and structure strength failure which is due to structural evolution in the long period of reclamation.The results of this project will provide theoretical and technical support for designing methods, based on structural potential and principles on the disaster prevention of reclamation engineering.

随着全球填海造陆的大规模兴起，吹填场地地基土强度低、长期变形量大而引起的各类工程灾害已成为工程建设中急需解决的问题。本项目以天津滨海新区吹填土为研究对象，采用宏微观试验与理论分析结合的手段，开展室内外模拟吹填沉积试验，结合物质组成及微结构特征查明其结构性形成成因与强度增生本质；开展模拟真空堆载预压和开挖卸荷的应力路径试验，揭示加固过程与基础施工过程中结构强度渐变演化规律及其对强度与变形的影响；开展一维压缩与三轴剪切蠕变试验，并对不同蠕变阶段土样进行微结构测试，弄清时间效应影响下吹填土的强度破坏产生条件与结构损伤响应；从临界状态理论和过应力理论的框架出发，将微结构性参数引入到经典的本构关系模型中建立吹填土的结构性蠕变模型，阐明吹填造陆工程较长营运期内因结构渐变演化引起的变形与强度破坏分布发展规律。成果为建立利用吹填土结构性潜能的设计方法框架与提出预防吹填工程灾害原则对策提供理论技术支持。

天津滨海新区进行了大规模的吹填造陆工程，其吹填软土含水量高、粘粒含量高、强度低、长期变形大，已成为工程建设中急需解决的问题。基于以上问题，项目采用宏微观试验与理论分析结合的手段，开展模拟吹填土沉积过程试验，以结构屈服应力作为表征吹填土结构性的宏观力学指标，系统研究了包括k0固结（自然条件下）、等向固结（真空地基处理）条件、蠕变条件下（真空预压地基处理）吹填软土结构屈服应力形成及其形成机理；通过设计多种应力路径（增P、等P、减P、卸荷），模拟真空堆载预压和开挖卸荷工程实践，开展了不同应力路径下吹填软土应力-应变关系、强度和结构性等影响研究，得到结构土强度参数的合理取值方法，为充分利用土体力学性能提供理论支撑；开展了三轴剪切蠕变以及不同应力路径条件下蠕变试验，以修正剑桥模型作为屈服函数，并对其进行考虑结构性影响的修正，建立了考虑结构强度影响的吹填软土流变模型，可以更为准确地预测吹填场地长期变形；通过对不同蠕变阶段土样进行微结构测试，研究得到流变过程中微结构变化特征，从本质上揭示流变微观机理；为了进一步研究结构性对吹填土力学特性的影响，以天津滨海新区吹填软土为材料，人工制备了含水率相同、物质成分接近但结构强度不同的吹填软粘土，深入分析不同结构强度吹填软土动静力学特性与结构强度之间的关系，建立了考虑结构强度弱化的动静长期变形与长期强度预测关系式；为了更好地利用吹填土作为其场地路基填料，研发了吹填软土新型轻质固化技术，该技术得到的轻质固化土密度低、透水性好，是吹填场地较为理想的路基填料材料；最后，在前人研究的基础上，对低位真空预压技术进行了改进研究，通过试验与数值模拟等多种手段，结果表明处理效果得到明显改善，可为新近高含水量吹填场地地基土处理提供新技术。总之，本项目取得的成果比较丰富，为建立利用吹填土结构性潜能的设计方法框架与提出预防吹填工程灾害原则对策提供理论技术支持。