典型南海粘土的固结变形分析模型

近年来近岸工程及各种填海工程中常常遇到地基失稳或变形过大的问题，迫切需要建立分析海洋粘土地基的变形和稳定性的有效方法。本项目围绕海洋软粘土的渗透及变形机理进行研究。拟在分析现有南海粘土研究成果的基础上，通过室内饱和海洋软粘土的扭剪、渗透及其它室内力学特性试验，建立适合我国南海粘土的本构模型；分析研究不同的加载时间/速率对确定蠕变参数可能造成的影响，比较在不同试验条件下确定的本构模型参数的一致性，探讨室内试验采用不同的应变率对地基变形预报的适用性；分析研究海洋粘土在固结过程中渗透系数的减小机理,并建立海洋粘土固结过程中渗透系数的变化规律；建立无条件稳定的一般三维有限元固结分析模型，同时进行实例研究，进而对地基稳定性或变形做出事前预报。通过本项目的研究，为南海海洋工程的设计、施工与工程处理措施提供相应的理论依据和技术支持。

本研究以深圳近海区海底的海洋土为对象，研究了海洋粘土的固结分析模型。通过试验分析表明，该南海粘土天然呈流塑状，属高压缩性土，处于欠固结状态，具弱膨胀潜势。扫描电镜图可见，粘土颗粒以边-边、面-边接触，形成特有的絮状结构。通过控制三轴试样上的压力差，逐级增加不同的水力梯度，得到原状样的渗流速度与水力梯度的关系。结果表明当水力梯度小于约10时，渗流速度与水力梯度明显偏离线性关系。在小水力梯度时，渗透系数约减少一个数量级或更多。这也解释了有的软土地基处理监测结果发现地基固结后期的超孔隙水压力基本上不消散的现象。通过控制不同的固结压力，得到土样在不同孔隙比下的渗透系数。试验结果表明，孔隙比和渗透系数的对数成线性关系。试验研究了剪切应变率对抗剪强度的影响，得出了扭剪下南海粘土的力学反应。试验结果表明，应变率对抗剪强度的影响率约为10%。根据粘土的蠕变性，改进了粘土蠕变模型，在模型中增加了反映膨胀性质的项。改进的模型能更好地模拟加卸载时出现的滞后圈，且能更合理的模拟后期的蠕变。从而建立了海洋粘土的固结分析模型。对一维情况下土性参数随深度变化时的固结问题，得到了解析解。