复杂动载作用下超软土变形特性及双层地基沉降控制理论研究

Newly dredger fill could reach use requirement after soil improvement but still belongs to muddy soil. This super soft soil has many differences comparing with natural soil after millions of year sediment. According to the practical investigation and engineering cases, in order to run operation safely and avoid negative effects after construction, it is very meaningful to conduct the research about the engineering properties of super soft soil in the field of dreger fill. This research focuses on the behavior of foundation deformation under various working and loading conditions. The different behaviors between super soft soil foundation and natural foundation could be explained through the tests of macro mechanics and micro observation. The relevant classical soil mechanics could be developed and improved, which is more appropriate for the analysis of consolidation deformation of super soft soil. The change of micro structure could be used to explain the deformation mechanism of super soft soil and to build the relationship between micro structure of super soft soil and loading modes. Based on the dynamic softening theory, a calculation method is proposed for the deformation of foundation of super soft soil. According to the field measurement and model test, a numerical simulation is conducted and a computer program is developed. The relevant control theory is proposed to reduce and minimum the negative effects of settlement and earthquake, and thus to assure the long term stability and continuous development of reclamation land.

经地基处理达到使用要求的围海成陆吹填区域，一般仍属于淤泥或淤泥质土范围，这类超软土地基与历经数百万年形成的天然软土地基存在诸多差异。实际调查和工程实例表明，加强吹填场地超软土地基的工程特性研究对工程安全运营和工后不良工程影响有十分重要的意义。 本项研究针对处于不同工作状态、不同加荷条件下地基的变形特性进行研究，通过宏观力学和微细观测试技术，解释超软土地基与天然形成地基工程特性的差异，发展或完善经典的土力学理论，使其适用于分析超软土地基的固结变形。以土体的微细观结构变化来解释超软土地基的变形机理，建立荷载作用模式与微细观结构参数的关联性。基于动力软化理论，提出适合超软土地基的变形计算方法，结合现场实测资料和模型试验，对应开展数值模拟分析，实现计算程序的开发，提出超软土双层地基的沉降控制理论，将其对工程的危害性控制在最小范围内，保证围海造陆区的长期稳定和可持续发展。

吹填场地地基土在工程特性上与历经数百万年形成的天然地基存在较大差异，随着大面积的新近吹填软土地基投入建设和使用，这种差异性不仅为后续工程的建设使用带来了更大的难度和挑战，同时也导致了对新近吹填土工程特性的理论研究远远落后于工程实践。本项目主要针对吹填区域超软土地基，发展适用于分析超软土地基的固结理论，深入研究动荷载作用下超软土变形特性和双层地基沉降控制的基础理论，揭示超软土变形特性的理论根源，指出工程安全事故的形成机理和复杂的演化规律，从而为超软土地基的合理使用和其上构筑物的长期稳定提出更为有效的控制理论和方法的支持，为工程的长期安全性提供可靠的保障，具有重要的理论意义和实用价值。.研究得到吹填软黏土和正常沉积软黏土均符合Mitchell的应变速率与时间的双对数关系，两者之间具有很好的线性相关性；随荷载作用的增大，吹填软黏土的次固结系数变化较小，正常沉积软黏土呈现出先增大后减小的规律，最终趋于稳定；土体的结构性能够减小土体进入次固结阶段所需要的时间，当荷载较小时，土体的结构性能够阻碍土体的次固结变形；当荷载接近或者超过土体的结构屈服应力时，土体残余的结构性有利于次固结变形的发展。结构性土体趋于稳定的次固结系数随着土体结构强度的增加而增加，基于此提出了结构性土体趋于稳定的次固结系数计算模型，用于预测结构性吹填超软土的次固结变形；基于室内试验研究提出一个适宜压力在2.0至1000kPa下高含水量比值的新固有压缩曲线RICL。.与正常沉积软黏土相比，振动频率对吹填软黏土的软化指数影响明显，不同频率下软化指数的临界值不同。当频率超过8Hz后，软化指数的临界值不再受循环荷载频率的影响；根据吹填软黏土的应变破坏曲线，提出吹填软黏土的应变破坏标准为0.99%~1.6%；基于变频率下针对软黏土的循环三轴试验研究发现，变频率条件下应力-应变滞回曲线随振次的增加明显向横轴正向倾斜，低频作用下滞回曲线的面积明显小于高频作用下滞回曲线的面积，低频振动能量耗散更大；不同循环应力比条件下软黏土的长期沉降变化特征曲线划分为直线型、发展型和稳定型三种；在Mitchell的应变速率与时间双对数的关系基础上，建立了超软土双层地基一维固结应变经验模型。