考慮土性和初始含水率影響的真空預(yù)壓室內(nèi)試驗(yàn)

沈 杰

(東南大學(xué)交通學(xué)院，江蘇 南京 210096)

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考慮土性和初始含水率影響的真空預(yù)壓室內(nèi)試驗(yàn)

沈 杰

(東南大學(xué)交通學(xué)院，江蘇 南京 210096)

基于傳統(tǒng)的真空預(yù)壓室內(nèi)模型試驗(yàn)，對試驗(yàn)中需加入的不同初始含水率和不同土性兩個(gè)變量進(jìn)行了研究，分析了兩個(gè)試驗(yàn)因素對真空預(yù)壓加固效果的影響，主要包括加固后土體徑向強(qiáng)度和含水率的分布規(guī)律，為同類問題的研究提供了依據(jù)。

真空預(yù)壓，淤泥土性，加固效果，物理指標(biāo)

1 選題背景

1.1 工程背景

近些年來，國內(nèi)的圍海造地工程發(fā)展迅猛，我國沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)活躍，然而城市可用土地卻日益飽和，建設(shè)用地十分緊張。圍海造陸和灘涂開發(fā)用于城市建設(shè)和工業(yè)生產(chǎn)，為解決土地稀缺問題和利用沿海豐富的海涂資源提供了有效的途徑。沿海地區(qū)，如天津、寧波、溫州等地，都在進(jìn)行大面積的圍海吹填造陸工程。由于砂料的日漸缺乏,采用海底淤泥或疏浚淤泥吹填造陸技術(shù)得到長足發(fā)展，該技術(shù)將本應(yīng)成為廢棄物的疏浚淤泥作為圍墾填料，形成大量新的土地資源，可謂一舉兩得。由于吹填淤泥填海造陸技術(shù)在環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)效益上均具有巨大的優(yōu)勢，目前已被廣泛應(yīng)用于沿海地區(qū)的圍海造陸工程中。

1.2 室內(nèi)試驗(yàn)研究現(xiàn)狀

真空預(yù)壓技術(shù)處理疏浚淤泥時(shí)，出現(xiàn)不同處理效果的工程實(shí)踐屢見不鮮，這方面的理論研究相對滯后。對于為什么會出現(xiàn)處理效果不同，以及在何種條件下會出現(xiàn)處理失敗均不明確。因此為了探索真空預(yù)壓在高含水量疏浚淤泥中的應(yīng)用范圍，對真空預(yù)壓法處理高含水量疏浚淤泥的效果進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)研究是非常有意義的。

在真空預(yù)壓室內(nèi)模型試驗(yàn)研究方面，馮軍、劉愛民等對黃驊電廠試樁區(qū)進(jìn)行了研究，經(jīng)過150 d的真空預(yù)壓加固后，土體加固效果并不理想。雖然雙曲線法計(jì)算應(yīng)變固結(jié)度滿足85%的設(shè)計(jì)要求，但是地基承載力卻達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。他們認(rèn)為是由于該土粘粒含量較大，透水性較差，部分水分通過真空預(yù)壓的作用無法排出造成的。通過大連地區(qū)大窯灣港區(qū)等實(shí)際工程及室內(nèi)模型的研究發(fā)現(xiàn)：真空預(yù)壓對于不同土性的淤泥處理表現(xiàn)出不同的處理效果，即有的處理效果理想，而有的處理效果不理想。說明不同土性的疏浚淤泥對真空預(yù)壓處理效果是有影響的。然而這方面的理論研究相比工程實(shí)踐而言比較滯后，所以有必要進(jìn)一步研究不同土性的土對真空預(yù)壓固結(jié)的影響。

2 室內(nèi)真空預(yù)壓模型試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

本試驗(yàn)基于傳統(tǒng)真空預(yù)壓法進(jìn)行試驗(yàn)研究，考慮不同的淤泥，不同的初始含水率對真空預(yù)壓模型試驗(yàn)的過程和試驗(yàn)結(jié)束后土體物理性質(zhì)的影響。結(jié)束抽真空后，對試驗(yàn)進(jìn)行徑向分組取樣，測定各測點(diǎn)的不排水強(qiáng)度和含水率，初步得出各不同試驗(yàn)條件作用下的土體徑向十字板剪切強(qiáng)度和含水率的分布規(guī)律曲線，并將各組試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行對比，觀察不同土性，不同含水率會對真空預(yù)壓產(chǎn)生怎樣的處理效果。

2.2 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)裝置如圖1所示。

整套試驗(yàn)裝置主要由真空泵、飽和缸和沉降柱組成，它們之間由塑料軟管、銅質(zhì)球閥和套箍連接。真空泵必須得有兩臺，為了防止真空泵長時(shí)間工作而損壞，所以平均每12 h換一次泵。同一組試驗(yàn)裝置可以同時(shí)進(jìn)行兩種不同含水率試驗(yàn)，也可以單獨(dú)進(jìn)行一種含水率的試驗(yàn)，所以飽和缸和沉降柱可以連接兩套或是一套。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1 不同初始含水率對加固效果的影響

試驗(yàn)結(jié)束后，將試樣表層密封膜拆除，徑向取樣測取含水率，測點(diǎn)高度位于試樣中間層。為了研究初始含水率對真空預(yù)壓處理效果的影響，將各試驗(yàn)條件作用后的土體徑向含水率繪制在同一表格中，初始含水率為2.0 LL的泰州淤泥在真空預(yù)壓加固后其含水率均比初始含水率為1.4 LL的高，初始含水率為1.4 LL的白馬湖淤泥加固后含水率比初始含水率1.0 LL的高，即初始含水率越高，真空加固后土體中的含水率也越高?？梢哉J(rèn)為每一種試驗(yàn)條件都對應(yīng)著一種極限狀態(tài)，土中水并不是被無限抽出的，當(dāng)真空度向土中的傳遞作用與被加固并吸附在排水板周圍的土對真空度的傳遞的阻礙作用，兩者達(dá)到平衡狀態(tài)后，土中孔隙水便難以隨排水板吸出，尾水無法再收集到，沉降趨于穩(wěn)定。而初始含水率高的淤泥在達(dá)到極限狀態(tài)后其土中含水率比初始含水率低的試樣高。

3.2 不同土性對試驗(yàn)后物理指標(biāo)的影響

將泰州淤泥和白馬湖淤泥的試驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總到一起，淤泥的土性對試驗(yàn)后土體含水率的影響是很顯著的，淤泥中粘粒的含量會影響到滲透系數(shù)，進(jìn)而影響淤泥在真空負(fù)壓作用下的排水速率。雖然泰州淤泥和白馬湖淤泥都表現(xiàn)出初始含水率高的樣在抽真空后含水率大于初始含水率低的樣這種定性規(guī)律，但是這種規(guī)律是根據(jù)淤泥土性的不同而有差異的。不同的土性，即使初始含水率相同，在真空預(yù)壓穩(wěn)定后，其強(qiáng)度是完全不一樣的。

泰州淤泥的加固后強(qiáng)度明顯高于白馬湖淤泥，這是因?yàn)樘┲萃练哿：慷?，在相同試?yàn)條件下，泰州淤泥的排水速率比白馬湖淤泥快，所以泰州淤泥達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間以及穩(wěn)定后的土體強(qiáng)度明顯優(yōu)于白馬湖淤泥。因此在工程中，尤其是對于用排水固結(jié)法處理軟弱地基的時(shí)候，土性是不得不考慮的重要因素，不同的土性應(yīng)該有不同的最優(yōu)處理方法。在工程中，類似于泰州淤泥這樣的低液限黏土用傳統(tǒng)真空預(yù)壓工藝可以較快地排水固結(jié)，對于類似于白馬湖淤泥這樣的高液限黏土，僅是采用大應(yīng)力作用下的真空預(yù)壓技術(shù)，其處理效果可能并不是特別好，建議采用真空聯(lián)合堆載預(yù)壓的技術(shù)或是分級加真空荷載的技術(shù)來加快排水。

4 結(jié)語

1)初始含水率對真空預(yù)壓技術(shù)處理高含水率疏浚泥的影響較大，淤泥中孔隙水對真空預(yù)壓的加固效果起反作用，這也是新近吹填淤泥的真空預(yù)壓處理工程效果不及天然軟土的原因之一。

2)淤泥的土性對真空預(yù)壓技術(shù)處理高含水率疏浚泥的影響較大，高液限黏土的粘粒含量多，滲透系數(shù)小，嚴(yán)重影響排水速率，一般認(rèn)為用傳統(tǒng)真空預(yù)壓工藝處理低液限黏土，其效果好于高液限黏土，對于高液限黏土，應(yīng)該在傳統(tǒng)真空預(yù)壓工藝的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)。

3)作為排水固結(jié)法的一種，真空預(yù)壓技術(shù)有其自身的局限性，在處理像疏浚泥這種工程性質(zhì)較差的軟弱地基時(shí)，有時(shí)僅用傳統(tǒng)真空預(yù)壓技術(shù)是達(dá)不到理想效果的，需要根據(jù)不同的處理對象而適當(dāng)改變真空預(yù)壓技術(shù)的手段或是用真空預(yù)壓方法聯(lián)合其他軟基處理方法。

[1]徐 元.港口建設(shè)與疏浚之間關(guān)系淺議——兼談第6屆世界疏浚大會有關(guān)情況.中國港灣建設(shè),2001(6):65-68.

[2]程萬釗，關(guān)云飛，唐彤芝.某圍海造陸地基處理技術(shù)探討.土工基礎(chǔ),2010,24(5):1-3.

[3]程萬釗.吹填淤泥真空預(yù)壓快速處理技術(shù)研究.南京：南京水利科學(xué)研究院博士學(xué)位論文,2010.

[4]陳平山，董志良，張功新.新吹填淤泥淺表層加固中“土樁”形成機(jī)理及數(shù)值分析.水運(yùn)工程,2012(1):158-163.

[5]馮 軍,劉愛民.土性對真空預(yù)壓加固效果影響的室內(nèi)試驗(yàn)研究.水運(yùn)工程，2010(3)：67-68.

The vacuum preloading indoor test considering of the soil and initial moisture content influence

Shen Jie

(JiaotongInstitute,SoutheastUniversity,Nanjing210096,China)

Based on traditional vacuum preloading indoor model test, this paper researched adding different initial moisture content and different soil two factors in test, analyzed the effect of two test factors to vacuum preloading reinforcement effect, mainly including the distribution law of soil radial strength and moisture content after reinforcement, provided basis for the research on similar problems.

vacuum preloading, silt soil, reinforcement effect, physical index

1009-6825(2015)01-0070-02

2014-10-22

沈 杰(1989- ),男，在讀碩士

TU472.

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