真空预压联合逐级动力压实和电渗法处理疏浚淤泥试验研究

真空预压联合电渗法常用于疏浚淤泥地基处理,但存在排水板淤堵及电极腐蚀严重、能耗大等问题,导致该方法在实际应用中受限。提出利用真空预压-逐级加能动力压实联合电渗法,克服传统联合法的缺陷,通过5组室内模型对比试验,采用孔压消散比PPDR确定动力压实启动时间,研究最优动力压实启动时间点。试验过程中监测土体的孔隙水压力、排水量、土表沉降和电流强度,在试验前后测量土体含水率、十字板剪切强度及阳极腐蚀量。结果表明:与真空预压联合电渗法相比,在真空预压阶段启动动力压实可使淤堵土柱开裂,有效提高真空预压的排水效率;动力压实后土体表面裂缝减少,更加平整,电渗固结过程产生的阳极腐蚀量和能耗降低;在PPDR为70%时启动动力压实,土体的排水量最大,土表沉降增幅最大,处理后的十字板剪切强度达到65 kPa,获得了更好的处理效果。

筋—土界面循环剪切刚度和阻尼比的试验研究

为了研究筋—土界面在遭受动力作用时的表现,利用大型直剪仪对土工格栅、土工编织布、土工无纺布和砂土界面进行了一系列循环剪切试验,得到了不同工况下界面的剪切刚度和阻尼比,并探究了循环次数与剪切刚度和阻尼比之间的规律。研究结果表明,同一循环次数时格栅—土界面的循环剪切刚度最大,土工编织布—土界面的阻尼比最大;剪切位移幅值为3 mm时3种竖向应力下界面都呈现出循环剪切硬化的特征,随着循环次数的增加,各竖向应力下的界面阻尼比有趋于某一值的趋势;砂土密实度越大,同一循环次数对应的剪切刚度越大,阻尼比越小,且随着循环次数的增加3种砂土密实度的界面阻尼比有趋于同一值的趋势;循环剪切位移幅值为5 mm的界面发生循环剪切软化现象,剪切位移幅值越大,界面同一循环次数的阻尼比也越大。

三明治形加筋土筋-土界面动力剪切特性

三明治形加筋土是一种在黏土中加入加筋砂层形成的混合填料形式的新型加筋土。为了研究不同条件下三明治形加筋土筋-土界面的动力剪切特性,采用大型直剪仪对三明治形加筋土进行了一系列循环剪切试验,研究了不同薄砂层厚度、循环剪切幅值和竖向应力对界面剪切特性的影响。试验结果表明:筋-土界面的剪应力峰值随着循环次数的增加而增加,循环周次为10时,薄砂层厚度为5、6、7、8、9 mm的条件下,筋-土界面的剪应力峰值分别为24.84、27.4、27.94、26.33、24.68 kPa,表明薄砂层厚度为7 mm时,筋-土界面在循环剪切阶段的峰值剪应力最大;剪切幅值越大,界面循环剪切的最终剪缩量越大,同一循环次数对应的剪切刚度和阻尼比越小;在不同竖向应力下,界面在循环剪切过程中都发生了循环剪切硬化现象,循环周次为10时,竖向应力为30、60、90 kPa的条件下,筋-土界面的剪应力峰值分别为20.4、25.14、32.96 kPa,表明剪应力峰值随竖向应力的增大而增大,同一循环次数对应的剪切刚度也随竖向应力的增大而增大。

水平双向荷载耦合对饱和软黏土动力特性的影响

地震过程中剪切波可用大小和方向上相互耦合的水平两向剪切来模拟。以温州典型软黏土为对象,采用多向动单剪系统(VDDCSS)进行不排水应力控制的循环单剪试验,重点研究了水平双向耦合荷载作用下循环剪应力比(SSR)和相位差?对饱和软黏土动力特性的影响,试验组数共计19组。试验结果表明:在单向循环剪切荷载作用下温州正常固结饱和软黏土的门槛循环应力比SSR_(x,menkan)为0.096,临界循环应力比SSR_(x,limit)为0.15;水平双向耦合荷载作用下,双向循环应力比SSR(SSR_x(28)SSR_y)的提高以及循环次数N的增加会促进剪应变?的增加和孔压u的发展;当SSR稍微大于SSR_(x,menkan)时,?的增加也会阻碍?和u发展,在临界循环应力比SSR_(x,limit)附近,?的存在会急剧加快土样总应变和孔压的发展,当SSR>SSR_(x,limit)时,相位差?的存在对土样总应变和孔压发展的影响基本可以忽略。

水泥土搅拌桩软土地基土体动力特性的共振柱试验研究

开展对水泥土搅拌桩软土地基土体试样的GDS(Global Distribution System)共振柱试验,研究不同剪应变、围压、水泥土置换率对土体动力特性的影响。结果表明,水泥土搅拌桩软土地基土体的动剪切模量G和阻尼比D随剪应变γ变化趋势与软黏土一致,在小应变范围内围压和置换率对土体的动剪切模量G和阻尼比D的影响显著,随着剪应变γ增大,围压和置换率的影响减弱;水泥土搅拌桩软土地基土体的最大动剪切模量G_(max)与围压表现出良好的线性关系,围压越大,提高水泥土的置换率对土体最大动剪切模量G_(max)增强效果越明显。研究结果可为地区水泥土搅拌桩软土地基土体动力参数的取值提供一定的参考。

匀速等量堆载的真空联合堆载预压下吹填土工程特性试验研究

针对温州滩涂围垦区吹填土处理难度大、强度低、工期长等问题,在真空-堆载联合预压下,采用5 k Pa/d匀速堆载的方式进行室内模型试验;同时设立真空预压对照组。对真空度、孔隙水压力、表层沉降进行监测并分析变化原因。通过加固后的土体含水率和十字板剪切强度对加固效果进行对比分析。试验结果表明:真空-堆载联合预压处理技术能够又快又好地加固温州吹填土。匀速堆载时真空度、孔压和土体表面沉降有明显变化;但随着时间推移而减弱。加固效果优于真空预压。

不同固结度真空预压联合堆载加固吹填土室内试验研究

针对滩涂围垦区吹填土处理困难,真空预压处理后无法满足强度和标高要求,传统真空联合堆载处理工期长,效果不尽如人意的问题,通过对五种不同固结度下堆载的联合加固法进行室内模型试验研究,探究堆载时土体固结度对真空联合堆载预压处理效果的影响。通过对试验过程中的数据分析和试验结果检测表明,在土体固结度为27.8%的时候堆载,处理时的出水速率快、出水量大、表层沉降明显,处理后的土体固结度达97.3%,十字板抗剪强度大、含水率低、处理效果较优,说明在固结度较低时堆载,提高了堆载荷载的利用率,改善了处理效果。

絮凝–真空预压加固吹填淤泥试验研究

针对目前真空预压法加固吹填土地基中存在的真空传递效率低,排水板易淤堵,深层土体排水固结困难,工期较长的问题,提出一种新型化学絮凝联合真空预压法,其方法在于加固前,先在吹填土样中加入一种化学药剂,通过有效的化学絮凝作用使细小土颗粒凝聚成团,同时降低土颗粒黏性,增大渗透性以利于排水,之后再采用真空预压进行加固处理。为此,设计一组絮凝剂在不同掺量下的真空预压室内模型桶试验,结果表明,掺入絮凝剂的吹填土土中真空度明显上升,孔隙水压力下降更多且消散速率更快,出水量趋于稳定所需时间大大缩短,十字板强度大幅度提升,且沿深度递减幅度大为减小,证明采用絮凝联合真空预压法能使吹填土获得更好的加固效果;絮凝剂的使用存在一个最佳掺量,掺量过多或过少都不能使吹填土加固效果达到最优;通过加固后的效果对比,得到温州地区吹填淤泥(含水量300%)的絮凝剂最佳掺量为1.5%。

阳极灌浆溶液对电渗加固软土地基的影响

为改善土体电渗处理效果,研究了电渗期间在阳极处添加化学试剂对地基加固处理的影响。试验采用自制模型箱,共设置5组试样,电势梯度为0.5 V·cm^(-1)。通过电渗过程中在土体与阳极电极板脱离处灌入等量氢氧化钠、氯化钠、氢氧化钙和氯化钙溶液,进行室内试验研究。试验控制添加的阴离子数量相同,钠溶液浓度为2.0 mol·L^(-1),钙溶液浓度为1.0 mol·L^(-1)。当电渗进行到15 h时,各试验组试样添加50 mL相应溶液。比较分析排水、电流、能耗及处理后抗剪强度、含水率、电导率等参数。试验结果表明:添加化学试剂能明显改善排水效果和土体强度,相比对照组,灌浆处理后抗剪强度提升了27.3%～44.6%,平均含水率降低了10.5%～34.7%;羟基与土体成分反应生成的物质填充孔隙,增大土体密实度和强度,同时会堵塞排水路径等;氯盐综合处理效果较好,但电极腐蚀和平均能耗较大;钙离子较钠离子能更好地改善排水和导电效果;在4种化学试剂中,氯化钙处理效果最佳。

初始剪应力下剪切方向角对软黏土软化特性的影响

边坡、挡土墙等结构中的土体一般存在初始剪应力的作用,同时在地震、波浪等动荷载作用下,土体的初始剪应力与动荷载之间往往会存在一定的夹角。为了研究初始剪应力与循环荷载之间的夹角（剪切方向角）对土体软化指数的影响,采用多向循环单剪仪对温州软黏土进行一系列的循环单剪试验研究。研究结果表明,在特定剪切方向角下,随着循环应力比rc的增加,软化指数？逐渐降低,且在相同软化指数条件下,相邻循环应力比对应的循环圈数相差的幅度逐渐减小;循环应力比一定时,当剪切方向角在0°-90°范围内增加时,软化指数依次递增,当90°〈θ≤180°时,软化指数的变化趋势与0°-90°时相反;循环应力比rc=0.15时,在加载初期,θ=120°,150°,180°时,软化指数均分别较θ=60°,30°,0°时大。对试验数据进行回归分析,建立土体的软化指数模型和孔压–软化模型。

基于3D打印的立体格栅网筋土界面剪切特性研究

在传统平面土工格栅基础上增加横肋厚度构成立体格栅网,其增强型横肋产生的被动阻抗作用可有效限制土体变形。为了研究立体格栅网中增强型横肋对筋土界面剪切特性的影响,基于3D打印技术,制作了5种不同横肋厚度(t=3,6,9,12,15 mm)的土工格栅模型,通过室内大型直剪试验分析不同横肋厚度和竖向应力(σ=20,40,60 kPa)对立体格栅网界面直剪特性的影响;并在试验基础上,进一步探讨了剪切模式下增强型横肋厚度对被动侧阻力的影响,提出横肋侧阻力的理论计算公式。结果表明:不同竖向应力下立体格栅网界面(t=6,9,12,15 mm)的破坏剪应力平均值较平面土工格栅(t=3 mm)分别提高了4.2%、19.3%、29.7%和39.1%,界面最终剪胀量分别增加了0.093、0.192、0.282、0.337 mm;增强型横肋的存在提高了界面的似黏聚力和摩擦角,似黏聚力和摩擦角值随着横肋厚度的增加而呈现出递增趋势;建立了横肋对土颗粒提供的被动侧阻力计算公式,并通过直剪试验结果对侧阻力计算公式进行了修正,修正后的理论计算值与试验结果吻合度较好。

土工布与砂土界面循环剪切动力特性

利用室内大型循环直剪仪进行了一系列筋土界面循环剪切试验,筋材采用土工编织布和无纺土工布,土体采用中国ISO标准砂,在竖向应力分别为30、60、90kPa,剪切位移幅值分别为1、3、5mm,砂土密实度分别为22%、52%、75%时,研究了竖向应力、剪切位移幅值、砂土密实度对筋土界面循环剪切特性的影响,分析了循环剪切过程中2种土工布与砂土界面的剪切应力峰值和剪切应力-剪切位移的变化规律。研究结果表明:2种土工布与砂土界面均会发生循环剪切软化现象,但软化规律不同;竖向应力从30kPa增大到90kPa时,土工编织布与砂土界面循环剪切应力峰值增大了72.9%,无纺土工布与砂土界面循环剪切应力峰值增加了167.5%,表明竖向应力对土工编织布与砂土界面的循环剪切特性影响明显;剪切位移幅值分别为1、3、5mm时,土工编织布与砂土界面剪切应力峰值分别为25.9、27.9、29.8kPa,无纺土工布与砂土界面剪切应力峰值分别为21.8、23.8、22.6kPa,表明随着剪切位移幅值增大,土工编织布与砂土界面剪切应力峰值随之增大,而无纺土工布与砂土界面剪切应力峰值先增大后减小;在3种砂土密实度下,土工编织布与砂土界面剪切应力峰值之间的最大差值不超过2kPa,无纺土工布与砂土界面剪切应力峰值之间的最大差值不超过3kPa,表明砂土密实度对2种土工布与砂土界面的循环剪切特性影响不明显。

椭圆应力路径下饱和软黏土循环单剪试验

为了研究水平剪切应力对土体动力特性的影响,采用多向循环单剪仪模拟地震时土体所受的水平剪切作用,对温州饱和黏土进行一系列不排水剪切试验,分析在双向应力幅值为1∶2时,当X向和Y向加载波形的相位差分别为0°,30°,60°和90°,循环应力比分别为0.14,0.20,0.25时,相位差和循环应力比对土体动应变、动孔压、动剪切强度及剪切后再固结变形特性的影响。试验结果表明:在循环应力比较小时,应变和孔压比发展较慢,且再固结后产生的沉降也较小;当循环应力比为0.20时,相位差的增大会加快应变和孔压比的增长,X向应变的发展会受到Y向应变的影响,且相位差越大,土体达到破坏所需的圈数越少;当循环应力比为0.25时,相位差对应变、孔压比和强度的影响不明显;循环次数相同,随着循环应力比的增加,应变及孔压的发展速度增快;在一定的循环应力比下相位差越大,双向所产生的应变也就越大,且X向应变的发展会受到Y向应变的影响;当循环应力比为0.14时,再固结后的轴向变形很小;当循环应力比为0.20时,相位差越大产生的轴向变形也越大;当循环应力比为0.25时,相位差对再固结后的轴向变形影响不大。