辽东湾地区吹填土电渗加固实验及模拟研究

【摘要】由于经济发展对土地资源的迫切需求，我国沿海地区广泛开展围海吹填造陆工程，特别是长三角、珠三角、天津沿海地区等地，吹填土面积已有很大规模。近年来，由于城市发展需要，辽东湾地区也开展了较大规模的吹填造陆工程。由于吹填土具有高含水率、高孔隙比、高压缩性、抗剪强度低等特点，如果处理不当，吹填软基易发生沉降过大、沉降时间长、地基失稳等问题。排水固结法和化学加固法等常见地基处理方法虽然已发展较成熟，但也暴露出很多不足，面对新形势，对吹填软基处理技术适应性和效果性提出了更高要求。基于以上现实问题，本文对辽东湾吹填土的分布和工程性质进行了调查研究，提出了电渗+堆载联合预压法的处理措施，并通过建立室内模型箱试验深入研究。本文的主要工作和研究内容包括：1.经过资料搜集分析和野外地质调查，辽东湾吹填土分布面积约192.52km2，其中盘锦辽滨经济区144.59km2，锦州沿海地区47.93km2。按照颗粒成分划分，区内吹填土主要为粉土、粉质轻亚粘土、粉质中亚粘土、粉质重亚粘土、粉土质砂等类型，含水率15.23-33.68%，孔隙比0.503-1.10，压缩系数a1-2为0.11-0.9936MPa-1，矿物含量及微观结构也表现为多样性，原生矿物含量54-88%。通过分析，研究区吹填土虽然符合含水率高、孔隙比大、压缩性高、渗透性差的典型特点，但由于吹填物源多样、时间跨度大、地层结构复杂等因素，不同场地工程性质有一定差别。2.建立电渗+堆载预压模型箱进行室内试验模拟研究，并进行堆载预压模型箱平行试验。监测加固过程各项指标，分析固结规律并对比加固效果。研究表明电渗+堆载联合预压法对辽东湾地区具有良好适用性。一、加固效果更好，沉降量和排水量比堆载法提高1/3，不排水抗剪强度比堆载法提高1.05倍，排水更彻底。二、效率更高，电场对土体孔隙水形成有效驱动，排水固结更快。三、不受土颗粒限制，加固影响深度更深，适应性更强。3.通过监测的各项指标处理，分析电渗有关参数变化规律。电渗透系数逐渐降低；在稳压条件下，电流不断降低；土体导电率逐渐降低；单位能耗排水量降低；在一维电渗模型和忽略界面电阻条件下，土体电势基本均匀分布。进一步探讨电渗施工工艺：电化学反应造成电极腐蚀，间歇通电和交换电极可有效降低电能消耗并减小电极腐蚀，电渗与传统真空预压联合应用，效果更佳，电动土工材料替换传统电极等等。4.在一维电渗固结理论基础上，利用FLAC-3D软件建立试验模型箱的数值模拟模型，并提出通过平行试验排水效率之差，计算不同时段平均电渗透系数，在数值模型中加入动态电渗透系数进行优化。根据数值模拟结果，模拟沉降能很好匹配实际监测沉降曲线，表明在实际工程条件下，该方法获得的阶段性平均电渗透系数更有实际意义，以此优化电渗+堆载联合预压固结理论，用于指导实际电渗+堆载联合预压工程设计和沉降预测可以达到满意效果。通过以上研究，表明电渗固结法具有良好前景，不仅使土体固结效率高、加固效果好，而且不受土颗粒粒径限制，适应性更强，影响深度更大。通过对电渗固结理论的研究，认为平行试验法测定的不同时段平均电渗透系数，能够很好地反应实际堆载+电渗联合预压施工中复杂条件下的电渗透系数变化规律。以该动态平均电渗透系数进行堆载+电渗固结理论的优化，并建立数值模拟模型进行工程设计和沉降预测，可以满足工程要求。
【作者】周炳强；
【导师】张延军；
【作者基本信息】吉林大学，地质工程，2014，硕士
【关键词】辽东湾；吹填土；电渗+堆载联合预压；电渗固结机理；

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