软粘土变形特性及地基沉降控制理论研究

With the rapid economic development of the Southeast coastal area, there is an urgent need for land to constructe harbors, factories and other facilities. Large scale reclamation work has been carried out and over one hundred square kelometer new land is made each year. The commenly used technique for making land is to strengthen the hydraulic filled drege with the vacuum preloading method. Such formed soft clay foundation possesses some different engineering properites from the natural deposit sediment. Most of all, the deformation properties of the soft soil and the settlement control of the soft clay foundation are the key problems to be studied for properly making use of the reclamation land. In this project, the following research work is to be carried out:（1）Deal with the mechanism of deformation and plastic flow of soft clay during the period of construction, and put forward corresponding calculation theories, methods and controlling measures.(2) Based on the "energy equavilent effect" concept, deal with the deformation rate of soft soil on the stability of structures. (3) Study the long term deformation mechanism of soft clay foundation, and establish the constitutive model for the hydraulic filled soft soils. (4) Establish the relationship between the soft clay deformation and the characteristic values of the dynamic loads, such as earthquakes, traffic loads and wave loads. (5) On the basis of test results in lab and observation data in situ,develop the visco-elastic-plasticity model to predict the long term displacement of important structures on the reclamation land. Through the proposed research work, the deformation mechanism of the recently hydraulic filled soft soil foundation can be made clear, the corresponding calculation theories and methods can be developed and the deformation controlling measures can be suggested, which will provide theoretical and technical support to the short term and long term stability of sturctures constructed on the soft clay foundations.

我国沿海地区每年围海造陆面积超过100平方公里，真空预压法被广泛用于加固吹填土来形成陆域，经真空预压加固后形成的特殊软粘土地基其变形和变形控制问题对于后期的开发和利用至关重要。本课题的研究内容包括：揭示施工期该类软粘土塑性流动变形机理，提出计算理论、方法和控制措施；建立孔压均化理论，探讨施工期软土变形速率对构筑物稳定性的影响；揭示正常使用条件下软粘土地基的变形机理，建立吹填土地基特性的本构模型；基于地震、交通及波浪循环荷载的特征要素，建立荷载要素与软粘土动变形的对应关系；以室内试验及工程实测数据为基础，建立软粘土的粘-弹-塑性模型，实现对地基长期沉降的有效预测；基于以上研究，结合围海造陆的工程实践，编制有关控制软粘土变形的技术规程。通过以上研究，揭示新近吹填成陆的软粘土地基在不同应力状态下的变形机理，提出相应的变形计算理论方法和控制措施，为围海造陆形成陆域的长期稳定提供理论和技术支撑。

由于天津滨海新区的建设和发展对土地的迫切要求，进行了大规模的围海造陆工程，普遍采用真空预压加固吹填土来形成陆域，目前已造陆近百平方公里。这样形成的特殊软粘土地基的变形和变形控制问题与一般正常固结的粘土地基不同，对于其开发和利用是至关重要的，需要进行深入研究。为了解决这个问题，本课题从以下几个方面进行了研究。.i) 通过室内试验和理论分析揭示了施工期吹填形成的软粘土的塑性流动变形机理，并以此为基础提出了相应的计算理论和工程控制措施。这对于吹填土形成的地基的正常使用和结构物的选型具有重要的意义。.ii）基于地震、交通及波浪循环荷载的特征要素，建立了荷载要素与软粘土动变形的对应关系。.本课题的研究成果表明，与正常固结的软粘土地基不同，吹填土形成的软土地基对交变荷载更为敏感，动荷载使地基的孔隙水压力升高，使结构性的重塑强度降低，造成更为严重的后果。有些道路的路面形成波浪起伏，严重影响其使用功能。这些成果除了可以深化认识动荷载对吹填土形成的地基的变形特性的科学意义外，对于该种地基上面的道路、码头和防波堤的设计和建设具有重要的指导重要。.iii) 以室内试验及工程实测数据为基础，建立软粘土的粘-弹-塑性模型，实现对地基长期沉降的有效预测。.软粘土的粘-弹-塑性应力应变的关系是岩土学科的前沿课题，目前以剑桥模型为基础的相关研究尚在不断深入。本课题研究了剑桥模型对于吹填土的适用性，特别是在卸荷状态负值孔隙水压力的发展规律方面进行了深化的研究。研究成果可以用于对于基坑开挖、建筑物在复杂应力路径条件下的变形预测。.iv)编制了有关控制软粘土变形的技术规程。.基于以上研究，结合围海造陆的工程实践，通过以上研究，根据揭示的新近吹填成陆的软粘土地基在不同应力状态下的变形机理，提出了相应的变形计算理论方法和控制措施，为围海造陆形成陆域的长期稳定提供理论和技术支撑。在此基础上编制了相应的技术规程。