考虑排水体淤堵及井阻作用的高含水量吹填淤泥质土固结机理研究

Due to clogging and well resistance, the treatment effects of vacuum negative pressure on the tideland reclamation do not work well. Hence, the treatment cannot meet the requirements of strength and deformation for the late constructions. Based on the existing researches, the consolidation mechanism of high water content hydraulic fill are studied. A series of laboratory and element tests will be performed to investigate the change law of the vacuum distribution, permeability, compression and consolidation parameters. The effect of soil properties, loading conditions, soil column restriction and settlement will also be researched. Then, non-linear change of clogging and well resistance will be revealed. Additionally, The characteristics of soil material nonlinearity and vacuum distribution are obtained. Finally, On the basis of Gibson large strain consolidation theory, large strain consolidation model of vertical drain will be established for high water content hydraulic fill under vacuum negative pressure considering the effects of clogging and well resistance. Corresponding numerical calculation method will be proposed and in-situ tests will be conducted for validation. It is expected that the methods and the results of this study can provide effective theoretical basis and technical support for the treatment efficiency of high water content dredger fill of tideland reclamation and guarantee the effect of treatment and late construction.

由于排水体淤堵及井阻作用原因，导致围海造地大面积吹填淤泥质土地基处理工程效果不佳，无法满足后期工程建设对强度和变形的要求。针对现有研究的局限性，本项目拟对高含水量吹填淤泥质土固结机理进行系统研究，通过模型及单元试验分析排水固结过程中真空度分布、土体渗透、压缩、固结系数等控制参数的变化规律，研究土体物理力学性质、加载条件、土柱形成、土体沉降变形等相关因素的影响，揭示排水固结中排水体淤堵过程及井阻变化规律，确定土体材料非线性及真空度衰减分布特征，并进行参数敏感性分析，引入Gibson一维大变形固结理论，在轴对称砂井固结模型的基础上，建立能够考虑排水体淤堵及井阻作用的真空负压下高水量吹填淤泥质土砂井大变形固结模型，并提出相应的数值计算方法，最终通过现场试验进行验证与完善。项目的研究方法和研究成果可以加深对软土固结机理的认识，可为海涂围垦高含水量吹填土地基处理提供理论依据及技术支撑。

近十年来，我国东部沿海以近海吹填淤泥为基础物源进行了大规模的海涂围垦工程。但由于淤堵的影响，导致吹填流泥地基的处理效果并不理想，无法满足工程建设要求。针对现有研究的局限性，本项目在吹填流泥的基本特性，淤堵形成的基本过程及吹填淤泥砂井固结模型方面展开了研究，主要结论如下：.（1）吹填淤泥基本物理力学特性。吹填淤泥物质组成由高粘性颗粒为主，不利于吹填土自重落淤，排水板淤堵区中吹填土全盐质量分数达到4.07%，其中阳离子含量以钠离子居多，阴离子含量以氯离子居多，此外依据土工试验规范，进行密度、含水量、液塑限、压缩性等试验。.（2）真空预压过程中土体水平移动变形特性。排水体之间的土体存在水平压缩及扩张区，水平位移随固结时间和固结距离而变化，在排水体附近存在最大的水平位移。固结过程中土颗粒随孔隙水水平移动，在排水体滤膜及附近聚集，在排水体周围形成致密土柱，造成淤堵。.（3）吹填淤泥砂井固结过程中不均匀特性究。由于固结距离的影响，靠近排水边界的土体快速固结，形成致密土层，对远离排水边界的土体造成淤堵，呈现明显的不均匀性。其中，土体含水量越高，土体不均匀性越严重，而土体中含盐量，低真空压力及絮凝会有效缓解淤堵，提高土体固结均匀性。.（4）考虑淤堵模式的吹填淤泥砂井固结模型。根据固结过程中的排水速率变化规律，确定了淤堵区的基本形成时间,并将土体划分为淤堵区及非淤堵区。结合e-logk及e-logσ模型，建立了考虑淤堵影响的吹填流泥非线性砂井固结模型。数值算例表明，吹填淤泥完成固结后的渗透系数越小，固结过程中的淤堵现象越严重；当淤堵区发展到一定程度后，淤堵区的后续变化对土体固结过程的影响减小。.项目的研究方法和研究成果，可以为国内围海造地吹填土地基处理提供理论支持，保障海涂围垦地基后续工程建设的顺利进行及安全使用。项目服务于国家沿海产业带，具有广阔的应用前景。