分级真空预压固结法在高塑性吹填土中物理模拟与颗粒运移规律的研究

采用高塑性的淤泥进行围海造陆时，最主要问题是土体沉降固结时间较长，加固效果差，如何寻找一种更合理、经济的快速加固技术，即在吹填的同时就进行加固，使吹填土尽快地从泥浆状态固结成为具有一定承载力的地基，是目前我们所关注的课题之一，以往尽管采取了添加剂等处理方法，但由于其工艺等问题，没能在工程中被广泛采用，制约工程建设的速度和使用。因此，本项目将选择我国三个不同海域即上海、大连大窑湾区、天津滨海新区为研究区，讨论不同类型吹填土颗粒运移、快速固结、结构强度中的4 个问题开展研究：1、吹填土体分级排水与结构强度的增长大型室内模型箱试验，确定吹填泥浆结构强度与时间的关系；2、吹填土体加固过程中工程地质性质与时间的关系；3、通过现场模拟，运用SEM 图像处理技术，分析吹填土加固过程中颗粒运移、结构强度机理；4、建立吹填土固化过程中的时间、压力、颗粒运移耦合模型；获得高塑性吹填土的固结过程控制。.本项目研究以室内模拟试验与现场监测相结合，围绕吹填与排水同步作业条件下快速固结问题，运用“室内模型—监测—原位测试—室外模拟、实验—理论分析—建模—验证”的全过程系统研究思路，解决了几个关键技术，实现了几个创新，第1设计了不漏气的吹填泥浆模型箱，能够进行吹填泥浆的室内模拟实验；其次，我们与中交水运规划设计院合作实现了直排式真空预压方法，极大地节省了能量，降低了工程造价；同时，采用不同的真空预压方式（传统式的和直排式）的大型室内模型箱试验和现场模拟试验，提出了分级压力作用下吹填泥浆存在着不同程度的稳定结构，进行稳定结构与流速、土水比、孔隙率、颗粒流、沉降、真空压力的关系分析，建立相关关系。建立稳定渗流模型，实现了研究手段的创新。通过我们大量的测试试验，我们最终确定了排水体的选择，结合国内外的滤膜特点，确定了适合我国工程上适用的滤膜；通过连云港工程、天津工程、大连大遥湾工程的现场试验，我们得到了不同成分的粘性土适用的排水板间距、真空压力的设计和实现，孔隙水压力计的大小及埋设；最后，我们通过大量的压汞试验、SEM测试，针对高粘性吹填土真空预压试验设计三维颗粒流数值模型，调整排水体间距参数，对试验结果进行反分析；针对高粘性吹填土微观结构特征，提出微孔隙大小划分的新方法；建立结构性固结时效耦合模型，提出基于时间效应的微观结构特征、水渗流的耦合非线性吹填土沉降模型。