吹填软土固结特性的试验研究

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软土在工程建设中经常遇到,其物理力学性质非常复杂,具有含水率高、孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低,渗透性差、结构性显著等特点。软土中具有代表性的有淤泥和淤泥质土,它们主要是由极细的黏土颗粒、有机物、氧化物等固相物质和水组成。用挖泥船等疏浚设备,通过泥浆泵和管道将淤泥等软土输送到江、河、湖或海岸边指定区域,形成的吹填淤泥或淤泥质土等吹填软土属于未经初始固结、无初始结构的特殊重塑软土,其加固前的初始含水率等因素将对加固后土体的压缩沉降和强度产生影响。吹填土场地所具有的承载力低、沉降量大、沉降稳定所需时间长等特点,都将直接影响工程的造价、进度以及安全性。因此,对吹填土的固结特性的研究一直是土力学研究中的一个热点和难点,是软土压缩特性和沉降预测等重要内容的理论基础。
  本文以取自武汉后湖湖底的淤泥质土为研究对象,依据吹填土的形成过程进行土样的制备,以探明其固结特性为目标,开展了一系列具有不同初始含水率软土的单向固结试验,重点弄清初始含水率对吹填淤泥及淤泥质土等固结特性的影响和小固结压力阶段吹填淤泥及淤泥质土的压缩固结特性,研究成果丰富了重塑软土固结特性的内容。
  论文主要包括以下几个方面的研究内容:
  (1)对常规的单向压缩仪进行改进,使其既能够在同一台单向固结仪上既能施加小荷载(最小荷载为0.5kPa),又能施加常规荷载(12.5kPa~800kPa),进而对配置后的重塑土进行一系列的单向固结试验。
  (2)在各级固结压力作用下,试样的压缩变形随固结时间的增长而持续增长,变形与固结时间的关系曲线呈现出明显的“S”形。在逐级荷载作用过程中,试样的变形-时间的关系曲线呈明显的阶梯状,且变形主要发生在第一级压力下。
  (3)试样压缩曲线的变化率随着初始孔隙比的增大而增大,且当固结压力较高时,具有不同初始孔隙比试样之间的压缩性差异减小。此外,试样的压缩系数、压缩指数、体积压缩系数随着初始孔隙比的增大而增大。
  (4)固结压力是影响试样固结系数的重要外在因素,固结系数随着固结压力的逐级增加而增加,最终趋于稳定。当固结压力≤12.5kPa时,固结系数与固结压力间存在明显的线性关系;而当固结压力≥12.5kPa时,二者之间则存在着较为显著的二次函数关系;初始含水率是影响固结系数的重要内在因素,固结系数随着初始含水率的增大而减小,固结所需时间越长。
  (5)渗透系数随压缩系数、初始孔隙比和体积系数的减小而增大,随固结系数的增大而减小。通过对拟合曲线的分析,发现当固结压力大于12.5kPa时渗透系数的对数值与孔隙比之间具有良好的线性关系。
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