真空动力排水固结法处理大面积超软土地基加固机理、固结理论和优化设计研究

Facing with more and more ultrasoft soils formed by dredged sludge and dredged fill in the large-scale construction, the study on consolidation mechanism and design theory of the vacuum-dynamic drainage consolidation method, which is challenging and new topic. The referred method is the combination of vacuum pressure and dynamic load by the help of a covering layer of a certain thickness and vertical drainage system. Due to the complexity and coupling of the factors, for instance the object itself, load form, the initial conditions, boundary conditions and contact conditions et al. it has to solve the coupling action of the internal mechanism and corresponding quantitative relationship of the vacuum load dynamic loading - drainage system, and give the solutions in theory. This topic will perform to study by using the test and theoretical analysis, numerical simulation and field observation, and gain the consolidation mechanism and theory of vacuum-dynamic drainage consolidation method, and establish settlement calculation methods of the ultrasoft clay by vacuum- dynamic consolidation method and evaluation system of foundation reinforcement effect. It would provide a theoretical support and scientific criterion for reinforcement design and construction on the large area ultrasoft soil foundation, and have important theoretical value and engineering significance.

大规模建设中面临着越来越多的疏浚和吹填淤泥等所形成的超软土地基,在一定厚度的覆盖层下真空负压结合冲击荷载、并设置竖向排水体系的“真空动力排水固结法”的加固机理及设计理论的研究是工程界面临的挑战性很强的新课题。由于对象本身及荷载形式、初始条件、边界及接触条件等因素的复杂性及耦合性，须解决真空荷载-动力荷载-排水体系三者耦合作用的内在机制及相应定量关系，并从理论上给出解答。本课题将通过试验和理论分析、数值模拟和现场实测等方面开展研究，获得真空动力排水固结法的加固机理及固结理论，并建立超软土真空动力固结法处理的沉降计算方法和地基加固成效的评价体系，为大面积超软土地基加固处理的设计和施工提供理论支撑和科学判据，具有十分重要的理论价值与工程意义。

港口和河道的疏浚淤泥和海涂围垦的吹填淤泥统称为超软土，这类软土地基使用前必须进行软基处理，如何对大面积的超软土地基进行合理而高效的处理是当前岩土工程界面对的重要而现实的课题。现阶段对超软土地基处理方法的研究较多，如排水固结法、换填法、化学加固法等，其中适合于超软土地基处理的主要有排水固结法和深层搅拌法等。深层搅拌法由于高昂的造价，大面积应用并不适合。排水固结法中考虑到经济、工期等因素最普遍采用的为真空预压法。然而，采用真空预压法处理高含水量超软土地基往往效果不佳，必然存在承载力不足，频频造成工程事故。因此，提出了一种新型的地基处理方式—真空动力排水固结法。该方法是一种动静耦合的固结过程，是将排水固结的思想引入到动力加固方法中，使之适合于超软土地基的加固。真空动力固结法通过 破坏土柱的形成，起到缓解淤堵目的，提高真空预压处理效果。此外，通过施加冲击荷载，形成残余应力和水柱效应，促进弱结合水释放出来， 实现缩短排 水固结时间、提高排水速率和土体抗剪强度等目的。本项目从超软土的微宏观结构性质和真空动力模拟下渗透固结特性和缓解淤堵效应入手，通过模型试验和单元体试验，分析真空动力下真空压力的衰减规律和孔压消散规律，以及不同冲击荷载与 塑料排水板共同作用下的相关内在响应规律和淤堵缓解机制；探索真空负压、冲击荷载与排水体共同作用下超软土地基的加固机理，以及三者耦合的优化设计方法；建立超软土地基真空动力排水固结法的设计理论及关系式。基于真空动力固结法大型足尺试验并结合现场实测优化真空动力固结法工艺，实现对超软土地基承载力的综合评价，为大面积超软土地基加固处理的设计和施工提供理论支撑和科学判据，具有十分重要的理论价值与工程意义。