孔隙變化對(duì)吹填土地基真空預(yù)壓固結(jié)的影響

　　吹填地基真空加固過程中，吹填土由液體泥漿變?yōu)楣虘B(tài)土體，其孔隙降低非常大。由于土體的滲透性和壓縮性是孔隙比的函數(shù)，因此，吹填土在固結(jié)過程中固結(jié)系數(shù)變化很大，而現(xiàn)行設(shè)計(jì)方法中固結(jié)系數(shù)取為常數(shù)，這導(dǎo)致預(yù)測(cè)結(jié)果和實(shí)際結(jié)果差異較大。為考慮固結(jié)過程中孔隙變化對(duì)固結(jié)過程的影響，推導(dǎo)了真空荷載作用下土體固結(jié)系數(shù)與有效應(yīng)力的關(guān)系，并將該關(guān)系應(yīng)用于巴隆固結(jié)理論，從而建立吹填土地基真空固結(jié)分析模型。通過室內(nèi)模型試驗(yàn)，驗(yàn)證了該模型的合理性。計(jì)算結(jié)果表明，考慮孔隙變化的影響時(shí)，吹填土地基前期固結(jié)速度快，而在后期逐漸變慢。由于排水面附近土體滲透系數(shù)迅速降低，阻礙了周圍土體中孔隙水向排水面排出，因此，真空技術(shù)網(wǎng)(http://m.genius-power.com/)認(rèn)為與現(xiàn)行固結(jié)設(shè)計(jì)方法計(jì)算結(jié)果相比，吹填土地基后期固結(jié)速度慢，總體固結(jié)時(shí)間長(zhǎng)。

　　引 言

　　吹填造陸已經(jīng)成為天津造陸的主要途徑。吹填剛完成時(shí)，吹填淤泥孔隙比非常大，含水率很高，處于流動(dòng)狀態(tài)，需要進(jìn)行加固處理，而真空預(yù)壓是處理吹填土地基最有效的加固方法，且其施工工藝已相對(duì)成熟，因此，真空預(yù)壓處理吹填地基的方法廣泛應(yīng)用于天津沿海地區(qū)圍海造陸工程實(shí)踐，并取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

　　為了取得理想的預(yù)壓效果和控制施工質(zhì)量，在真空預(yù)壓軟土地基設(shè)計(jì)中需要分析真空荷載作用下吹填土地基的固結(jié)變形過程。目前的計(jì)算方法主要有解析法和數(shù)值法。陳環(huán)等、閆澍旺等提出負(fù)壓作用下地基固結(jié)度的計(jì)算公式與正壓作用下相同;葉柏榮等、董志良在砂井固結(jié)理論的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)了真空預(yù)壓以及真空聯(lián)合堆載預(yù)壓加固地基的固結(jié)解析解。在Biot 固結(jié)理論基礎(chǔ)上，陳環(huán)等利用差分法，閆澍旺等采用線彈性有限元法，沈珠江等、彭劼等、劉加才等、陳小丹等采用彈塑性有限元法，林豐等用邊界元法對(duì)真空預(yù)壓地基工程進(jìn)行了二維固結(jié)分析;劉加才等、董志良等、陳平山等、孫立強(qiáng)等采用彈性有限元，陳析等采用黏彈塑性有限元，劉漢龍等、徐立新等采用彈塑性有限元進(jìn)行了三維固結(jié)分析，并與監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。在這些計(jì)算方法中，軟土地基真空預(yù)壓固結(jié)計(jì)算的模型和參數(shù)基本是沿用堆載下的固結(jié)理論和參數(shù)，因此，計(jì)算過程中的滲透系數(shù)和固結(jié)系數(shù)等參數(shù)保持為常數(shù)，只是計(jì)算模型的邊界條件采用真空壓力。

　　為了考慮滲透系數(shù)對(duì)固結(jié)的影響，董志良等采用三維Biot 固結(jié)理論研究了真空預(yù)壓條件下考慮滲透系數(shù)變化時(shí)地基的固結(jié)過程，結(jié)果表明，在此情況下地基有沉降小、固結(jié)過程較慢、相應(yīng)的固結(jié)時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)。但該方法針對(duì)一般軟土地基，計(jì)算結(jié)果表明，考慮滲透系數(shù)變化時(shí)其效果不是很明顯，因此，在一般的軟土地基固結(jié)過程中考慮滲透系數(shù)變化的意義不是很大，且該分析結(jié)果沒有得到有效驗(yàn)證。

　　與一般的軟土加固不同，吹填土在加固過程中經(jīng)歷了從液態(tài)到固態(tài)的變化過程，孔隙比有顯著的改變。大量的試驗(yàn)結(jié)果表明，土體的滲透系數(shù)和固結(jié)系數(shù)等參數(shù)與固結(jié)壓力以及孔隙比有密切的關(guān)系，因此，吹填土在真空固結(jié)過程中的滲透系數(shù)和固結(jié)系數(shù)將發(fā)生顯著的改變，如果采用現(xiàn)行固結(jié)設(shè)計(jì)方法將無法得到正確的固結(jié)過程。吹填土現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的結(jié)果也表明，無論是固結(jié)沉降量還是沉降過程預(yù)測(cè)，理論計(jì)算值與實(shí)際沉降值都有較大的差異。因此，迫切需要建立合理的真空荷載作用下吹填土地基的固結(jié)模型。

　　為了解決理論與實(shí)際結(jié)果不一致的現(xiàn)象，本文通過研究真空荷載作用下吹填土的變形、滲流特性，在巴隆軸對(duì)稱固結(jié)理論基礎(chǔ)上，建立考慮固結(jié)參數(shù)隨孔隙比變化而變化的吹填土真空預(yù)壓固結(jié)計(jì)算模型，并通過室內(nèi)模型試驗(yàn)證明該模型的合理性。

　　結(jié)論

　　通過該模型和現(xiàn)行固結(jié)設(shè)計(jì)模型的分析、對(duì)比，得到如下結(jié)論：

　　(1)在固結(jié)的初始階段，由于土體的孔隙比較大，土體的滲透系數(shù)和壓縮系數(shù)都比較大，且土體的固結(jié)系數(shù)大，因此，土體的固結(jié)速度非常快。隨著固結(jié)的進(jìn)行，土體孔隙比減小，土體滲透系數(shù)和壓縮系數(shù)都降低，固結(jié)系數(shù)也在降低，因此，固結(jié)速度逐漸變慢。

　　(2)土體在固結(jié)過程中，隨著離排水板徑向距離的增加，土體的滲透系數(shù)逐漸增加。在離排水板距離非常近的位置，滲透系數(shù)降低非�？�，這相當(dāng)于在排水板附近形成一透水性較小的土層。

　　(3)由于排水板附近透水性較小的土層會(huì)阻礙周圍土體的孔隙水排出，變參數(shù)模型計(jì)算得到的固結(jié)速度總體要慢，固結(jié)時(shí)間更長(zhǎng)，計(jì)算的結(jié)果更符合模型試驗(yàn)結(jié)果。