真空-堆载作用下吹填流泥PVD地基加固机理研究

For dredged slurry treatment under vacuum and surcharge loading, different loading patterns have obvious different effect on the consolidation and final reinforcement of the prefabricated vertical drains(PVDs) improved embankment. Due to the limitation of the current theory and method, this study will first aim at studying the behavior of PVDs improved dredged slurry (extra soft clay) subjected to varied patterns of vacuum and surcharge loading. The laboratory tests are conducted to analyze the variations of pore water pressure, void ratio and strains of the dredged slurry during the consolidation. Hence, effects of different loading patterns on the consolidation are investigated. And then, a finite element model considering the flowing ration and elasticity-plasticity of the dredged slurry under different loading patterns are established. The resolution is developed to simulate the variation process of settlements, lateral displacement and strength during the consolidation under different loading patterns. Control parameters of different loading patterns, including the ratio between vacuum and surcharge, the value of loading, loading rate and loading time, are chosen and the sensitivity effect to the reinforcement of the dredged slurry is investigated. And the optimized parameters are presented to achieve a specified settlement or strength of the dredged slurry, while reduce the consolidation time and lateral displacement. This research will be most timely and beneficial to foundation treatment in reclamation region of China.

真空联合堆载吹填流泥地基处理工程中，不同加载模式对吹填流泥PVD地基的固结过程以及最终加固效果影响明显。针对传统固结理论及计算方法在该方面的应用局限性，本项目拟采用单元试验，模型试验，理论分析及数值计算相结合的方法，对真空-堆载作用下吹填流泥PVD地基加固机理进行系统研究。通过单元及模型试验揭示不同加载模式下土体真实渗流规律，孔隙变化规律及应力应变关系，明确相应加载模式对固结过程的影响，建立吹填流泥PVD固结分析模型并开发相应计算方法，实现对不同加载模式下吹填流泥沉降变形、水平变形及强度发展的全过程模拟，分析加载速率，加载大小，加载时间及真空-堆载比例等控制参数对最终加固效果的敏感性，以沉降或强度为预期控制指标，通过参数回归分析对不同加载模式进行优化，以期达到减轻固结淤堵，增加沉降变形及最终强度，控制水平变形的目标，为我国垦区吹填流泥地基处理工程提供更符合实际的分析方法和设计依据。

随着我国对土地资源需求程度的逐步提高，如何快速有效的对吹填流泥进行处理，提升吹填流泥地基强度，控制地基变形，进而能够有效利用吹填流泥地基，是目前岩土工程研究应用的热点。针对传统固结理论及计算方法在该方面的应用局限性，本项目采用单元试验，模型试验，理论分析及数值计算相结合的方法，对真空-堆载作用下吹填流泥PVD地基加固机理进行系统研究：.（1）对高含水率淤泥质土基本性质展开研究，通过加载-卸载K0固结试验分析了土体应力历史对土侧压力系数的影响，发现超固结土侧压力比正常固结土要大，Mayne和Kulhawy模型所得卸载系数a适合Schmidt模型的经验公式，可较准确模拟软粘土侧压力系数，相关结果可用于海涂围垦区的岩土工程强度计算。.（2）揭示了吹填流泥PVD固结水土运动及应力应变关系的变化规律。发现固结开始后土颗粒随水迁移但是40分钟后几乎没有土颗粒的排出。不同初始含水量的土体在固结不同天数后分层级配组成差别不大，D50均处在7-9um，证实水土运动对固结过程影响不大。固结前的土体渗透系数随着孔隙比变化较快，固结后的土体整体渗透系数偏低，但e-k曲线斜率类似。.（3）揭示了吹填流泥PVD固结过程中越靠近竖井的土体先固结，以及淤堵形成后淤堵区土体基本不再继续固结的应变规律，建立了考虑不均匀应变的吹填流泥PVD固结模型。进而结合高含水率吹填淤泥孔隙比与有效应力、渗透系数关系的分段表达公式，获得了考虑不均匀应变与吹填淤泥固结特性的固结解。.（4）明确了加载速率，加载大小，加载时间及真空-堆载比例等控制参数对固结过程、沉降及水平变形的影响。研究发现较大的加载速率可以有效地抑制向内水平位移的产生，堆载速率越大，土体固结速度越快；超载比越大，土体的沉降、强度值越大，真空预压联合堆载法的加固效果越好；且该方法可以使预压过程中的侧向变形最小化，减少裂缝的产生和对周围构筑物的影响。