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软土的固结和渗透特性原位测试理论研究及应用

林政  
【摘要】:固结系数和渗透系数是地基设计及计算中的关键参数。它们的准确获取具有重要的工程实践意义,采用孔压静力触探或BAT系统能够准确快速地测取土的固结系数和渗透系数。另外采用淤泥吹填造地技术可以解决建设用地紧张和疏浚淤泥处理问题,而真空固结是加速吹填淤泥固结的有效方法,因此研究真空作用下吹填淤泥的固结特性有重要意义。本文在总结前人研究成果的基础上,通过模型建立、理论分析和模型试验等方法对土的固结系数及渗透系数的原位测试理论和吹填淤泥真空固结特性进行了研究。 结合Vesic的空腔扩张理论和一维径向固结方程,解得考虑剪切应力的孔壁处任意排水条件下圆柱型和球型空腔固结的解析解。利用空腔固结解析解建立透水元件分别位于探头不同部位的孔压静力触探和BAT系统测取地基固结系数的解析解模型。同时介绍了IFCO BAT系统测试地基原位固结系数的原理及步骤。工程实例分析表明,考虑剪切应力的空腔固结解析解计算得到的孔压消散曲线与现场实测的孔压消散曲线较为吻合;本文解析的固结系数估算方法得到的固结系数与原状土样室内结果接近,说明了该解析解和估算方法的可靠性和合理性。 本文介绍了IFCO BAT系统测试地基原位渗透系数的原理及步骤,总结了IFCO BAT系统测试地基原位渗透系数的分析理论。建立了同时考虑针的流阻和滤头及容器内水柱影响的渗流分析模型,并得到线性流阻下地基渗透系数与容器内压力的解析关系。现场测试分析表明,同时考虑针的流阻和滤头及容器内水柱影响计算得到压力曲线与实测的压力曲线吻合,用IFCO BAT系统测试的原位渗透系数与原状土室内试验结果接近,说明了计算分析的正确性。 最后,联合IFCO BAT系统和TDR测试系统,设计了模型槽试验研究了吹填淤泥在底部负压作用下固结特性,得到了固结过程中渗透系数及孔隙比随有效应力的变化规律。另外建立了以有效应力为控制变量的吹填淤泥在自重和负压作用下的一维固结模型。对模型试验的分析表明,本文的固结模型计算的孔压和沉降与实测的结果接近,证明了该固结模型的合理性。同时说明真空负压是加速吹填淤泥固结的一种有效的方法。


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