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水下真空预压中真空产生机制、预压加固机理及其应用技术研究

张敬  
【摘要】: 将真空预压技术拓展于水下软基的处理即水下真空预压一直未能实现,其主要原因是水下真空预压加固机理尚不甚清楚以及水下施工工艺存在诸多难题。而随着沿海滩涂的开发和港口建设向深水发展,水下真空预压加固软土地基技术在水下开挖工程、高桩码头的岸坡处理工程和防波堤工程等领域有着广阔的应用前景和适用性。为发展和推广水下真空预压预压,本文采用模型试验、理论分析和数值模拟等研究手段,对水下真空预压技术的真空产生机制,加固机理、和施工工艺和监测手段等进行了系统的研究。 通过理论计算和试验研究对抽真空设备和真空产生机制进行了研究,研究表明抽水系统中射流泵部分可作适当改进,改进后的抽真空设备可产生75-95kPa的真空度,可以应用于水下真空预压。当阀门关闭时随着设备入水深度的增加,水头损失增大,因此所获得的真空度呈降低的趋势,随着入水深度的增加抽真空设备内的流量明显增大,其变化趋势与实验获得的观测数据基本相符。 室内模型试验表明,在水深10m下,通过室内水下真空预压和真空联合堆载预压的对比模型试验(水深逐级增加至10m),证实了膜上水压可以作为预压荷载,水下真空预压的预压荷载等于预压前的孔隙水压力和预压后(完全固结)的孔隙水压力之差,当膜下砂垫层中的孔隙水压力小于0时,膜上水可全部作为预压荷载起作用,这时水下真空预压的预压荷载等于膜上水压和膜下真空度之和。在水下真空预压过程中,加固区边界外的水产生向边界内渗流不会引起土体破坏。 提出了水下真空预压加固地基渗流计算和固结计算的基本方程,介绍了采用有限元方法进行水下真空预压加固地基固结计算的基本过程;论述了真空预压加固地基数值分析中对土体本构方程的选择、位移和孔压边界条件处理、密封膜的处理等问题;对水下真空预压加固过程进行了数值模拟。 针对水下施工的特点,对水下真空预压中的关键性技术滤管铺设、膜的铺设和射流泵的安装等进行了系统的研究,并对水下真空预压的关键施工工序—水下铺膜技术进行了研究,提出了水下铺膜车的设计构想。技术经济分析证明,水下真空预压具有较好的适用性和良好的经济效益。对水下真空预压监测技术和手段进行了研究,提出用液体压差沉降仪来测量地表沉降和分层沉降的方法,即通过不同测点处孔隙水压力的差值来观测地表沉降和分层沉降。


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