分级真空预压下影响高粘性吹填土渗透特性的土质因素研究

作     者：单文宠 

作者单位：吉林大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈慧娥

授予年度：2019年

学科分类：081401[工学-岩土工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：分级真空预压 高粘性吹填土 渗透系数 粘粒含量 含水率 微观结构 T型灰色关联度 

摘      要：吹填土是由水力冲填泥砂形成的填土,是我国沿海一带常见的人工填土之一,吹填土的主要目的是用高压泥浆泵将挖泥船挖出的泥砂填平或者填高海湖附近某些地段,用作工程地基。但吹填土有机质含量较高、含水率较高、易溶盐含量较高、压缩性较大,这些性质对吹填土的排水固结有着极大的考验。目前常用的加固技术手段是真空预压,虽然真空预压方法能缩短固结初期的工期,但是在强大、持续的真空吸力作用下,土体中的细颗粒在真空吸力和孔隙中水分作用下迁移至排水板附近,堵塞排水板孔口或者堆积在排水板附近,使得排水板透水能力变差甚至丧失排水能力,尤其当土中粘粒含量较高时,排水板附近的淤堵效应更加明显。在以往研究基础上已知采用分级真空预压方法对高粘性吹填土进行加固,可以较大程度的减少细颗粒的迁移,且有效保证土体排水固结的进行。在分级真空预压加固过程中,土体的土质因素在时间与空间上一直处于动态的变化中,土质因素的改变是土体渗透特性改变的根本原因,并进一步对加固效果产生影响。因此,有必要对分级真空预压作用下与高粘性吹填土渗透特性相关的土质因素进行研究,分析加固过程中土体渗透特性的变化规律,以明确加固机理,从而为后续优化加固方案提供参考及依据。研究以国家自然科学基金项目“分级真空预压加固高粘性吹填土微观结构时效特性和固结模型研究为依托,通过室内模型试验,采用分级真空预压法对高粘性吹填土进行加固。通过数据监测、物化试验、渗透试验以及微观结构参数数据,分析分级真空预压过程中土体不同部位性质在空间和时间上的规律,探讨孔隙率、孔隙溶液浓度、粘粒含量等因素与土体渗透系数的相关性,从而进一步分析分级真空预压过程中土体渗透特性的变化。主要包括以下研究内容:试验采用的天津吹填土粒度成分以粘粒、粉粒为主,其中粘粒占主导地位,属于高粘性吹填土;矿物成分中以石英含量最高,伊蒙混层次之,土体亲水性强;土样易溶盐含量较高,土体属于低液限粘土。分级真空预压加固过程中孔隙水压力及沉降监测数据表明随着真空吸力的增加,土体中心处和边壁处的累计沉降量一直在增加,中心处的总沉降量小于边壁处。孔隙水压力逐渐减小,排水板附近的孔隙水压力始终比边壁处的低。排水速度呈阶段性变化,在自重沉淤刚开始的时候和每级真空压力刚施加的时候,排水速度较快,而后减慢。分级真空预压加固过程中试验桶里不同位置处土体的物质成分、物理化学性质指标表明随着真空预压累积时间的增加含水率整体上逐渐减小,降至液限以下;中心上表面含水率最低,边壁下表面含水率最高,80kPa真空预压结束时趋于一致。试验结束后排水板附近粘粒含量和孔隙溶液浓度均较高。分级真空预压加固过程中土体的渗透性测试数据表明土体渗透系数随着真空预压累积时间的增加逐渐减小;孔隙水类型的变化、颗粒的迁移、孔隙溶液浓度会影响土体中水分渗流特征的变化。分级真空预压加固过程中对土体微观结构进行定性和定量的分析结果表明,在真空压力作用下,颗粒堆积方式向着更稳定的结构转变,平均孔径随着真空预压累积时间的增长而减小,孔隙形态的分形维数也随着时间增长逐渐减小。土体微观结构的改变影响土体的渗透特性。采用T型灰色关联理论对土体的渗透系数与孔隙率、大孔隙、中孔隙、小孔隙、微孔隙、孔隙分形维数、粘粒含量以及孔隙溶液浓度共8个因素之间的关联性进行分析,结果表明与渗透系数的相关度最大的是大孔隙百分含量,粘粒含量次之。