欠固结淤泥质吹填土加固前后变形特性及固结理论研究

Reclamation with hydraulic filled drege is the most effective and economical method to meet the urgent land requirment in the coastal areas. With the acceleration of the economic development in these areas, the dregerfill needs to be strengthened by vacuum preloading immediately after filling. The dredgerfill is in the flowable slurry state with the water content higher than 120% and the void ratio up to 2.8. Under the vacuum preloading, the dredgerfill will be turning into solid state to form a soil foundation with a certain bearing capacity. The constitutive relationship during the period of state change has not been studied up to now. Moreover, the void ratio changes greatly during the consolidation process, the conventional consolidation theories in which the coefficient of consolidation is treated as a constant cannot discribe the pore pressure dissipation and settlement development properly. The study plans to develop the constitutive relations during the process of the flowable slurry turning into the solid soil foundation and put forward the consolidation theory that considers the consolidation coefficient changing with the consolidation stress and time. The equations of the solid-liquid coupling for the dredgerfill are then derived by joining the constitutive relations and the consolidation equitions. The equations can be programmed and attached to the software ABAQUS to form a integrated calculation system, with which the entire consolidation process of the dregerfill under vacuum pressure can be well simulated.

围海造陆是解决沿海地区经济建设土地紧张的快速、经济的方法。目前围海造陆工程加固前吹填土为含水量高达120%以上、初始孔隙比为2.8以上的流塑态，属欠固结土，欠固结吹填土在真空预压加固过程中及加固后的本构关系、固结理论与天然沉积土存在较大区别。如何根据规划标高确定吹填标高以及加固后吹填土地基的变形特性是目前工程中遇到的两大难题，因此对填土加固前后固结变形理论的研究具有紧迫性，已成为国内外学者研究热点；本项研究通过自主研发的抽真空三轴试验设备和常规三轴仪对吹填土加固过程中及后期使用期的应力-应变关系进行试验研究，建立吹填土不同状态下的本构关系；利用渗流固结仪研究渗透系数和压缩系数随孔隙比、有效应力的变化规律，提出固结系数非线性的固结理论；建立吹填土流固耦合计算模型并在计算机上给以实现；通过真空预压模型试验对计算模型进行验证。研究成果可丰富吹填土在土力学理论上的内容并对工程具有较大的指导意义。

吹填土地基加固完成投入工程建设后，利用天然沉积土相关理论进行变形计算，其计算值远小于实际沉降值，结果导致了许多工程问题的出现，主要体现在:（1）吹填土上修建的建筑物周围吹填土地基出现了较大的整体沉降（最大整体沉降可达到50cm以上），导致建筑结构基础与周围土体出现较大的沉降差，影响了结构物的使用功能和安全性；（2）吹填土地基较大的整体沉降导致较大的不均匀沉降，另外由于不均匀沉降还造成了地下管线以及其他市政设施的破坏，带来了巨大的经济损失。以上工程问题都说明了吹填土地基的工程特性与天然沉积土存在着很大的差别，以往计算理论计算结果与实际情况存在着较大的区别，需要对加固后用于工程建设的吹填土地基的变形固结理论进行深入的研究。.本项目以欠固结的淤泥质吹填土为研究对象，对提出的关键科学问题进行相关研究，主要拟通过室内试验和理论推导对欠固结吹填土真空预压加固过程中以及加固后的本构关系和固结系数非线性的固结理论进行研究，提出吹填土不同固结阶段的流固耦合控制方程，编制有限元程序并通过模型试验对其验证。具体研究内容主要包括：（1）欠固结淤泥质吹填土在真空预压加固过程中及加固后的本构关系；（2）欠固结淤泥质吹填土固结系数非线性的固结理论；（3）建立新近吹填土的流固耦合计算模型，并进行程序开发；（4）吹填土流固耦合计算模型的验证。通过研究得到以下重要成果：（1）建立了欠固结淤泥质吹填土真空预压加固过程中以及加固后吹填土的本构关系；（2）提出了淤泥质吹填土加固过程中和加固后渗透系数、压缩系数随固结应力和孔隙比的变化规律，分别建立新近吹填土加固过程中的大变形固结理论和加固后固结系数为变量的固结理论；（3）建立了适合于欠固结吹填土不同固结阶段的流固耦合计算模型，编写计算程序，并对计算程序进行了验证。