辽东湾地区吹填土电渗加固实验及模拟研究

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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。
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