真空預(yù)壓排水固結(jié)是吹填淤泥地基加固的主要方法,吹填土具有含水量高、壓縮性大、土體顆粒尚未形成穩(wěn)定土骨架等特性,使得土顆粒在水力梯度作用下向排水板遷移、堆積和壓實(shí),在排水板周圍形成“土柱”,導(dǎo)致深層土體排水困難、地基強(qiáng)度達(dá)不到預(yù)期目標(biāo)等問(wèn)題�，F(xiàn)有研究多從孔壓消散值、固結(jié)度和地基強(qiáng)度等宏觀指標(biāo)來(lái)揭示吹填淤泥地基排水固結(jié)淤堵特性,對(duì)真空荷載下吹填土顆粒的微觀運(yùn)動(dòng)特性及其導(dǎo)致“土柱”范圍變大、滲透系數(shù)減小等宏觀現(xiàn)象的研究相對(duì)較少。本文采用離散單元法(DEM)模擬排水板濾膜和土顆粒、計(jì)算流體力學(xué)(CFD)描述孔隙水,建立吹填淤泥排水固結(jié)的微觀數(shù)值仿真模型,分析真空負(fù)壓引起的孔隙水和土顆粒的相互作用,揭示土顆粒遷移與接觸、土體孔隙形態(tài)演化以及排水板濾膜中土顆粒滯留等吹填土排水固結(jié)的微觀淤堵機(jī)理。主要研究工作及成果如下:(1)總結(jié)了地基排水固結(jié)中排水板的淤堵問(wèn)題,討論了土體顆粒微觀數(shù)值模擬的研究現(xiàn)狀和不足;總結(jié)了計(jì)算流體力學(xué)(CFD)和離散元(DEM)基本原理,并對(duì)CFD-DEM耦合原理,相互作用力及相關(guān)軟件(SediFOAM)進(jìn)行介紹;(2)建立了單顆粒靜水中自由沉降模型和太沙基一維固結(jié)模型,通過(guò)數(shù)值模擬解與理論解的對(duì)比,驗(yàn)證了CFD-DEM耦合求解器SediFOAM的正確性;(3)采用離散元(DEM)模擬土體顆粒和排水板濾膜,計(jì)算流體力學(xué)(CFD)描述孔隙流體,建立排水板淤堵模型;采用六方堆積結(jié)構(gòu)模擬排水板濾膜,建立不同級(jí)配土體顆粒模型,在不同負(fù)壓壓差下再現(xiàn)土顆粒遷移運(yùn)動(dòng)以及濾膜淤堵過(guò)程。分析淤堵過(guò)程中土體顆粒在濾膜孔隙口的運(yùn)動(dòng)特性,統(tǒng)計(jì)濾膜表層各區(qū)域的孔隙比和滲透系數(shù)變化情況。研究表明,濾膜表面形成的致密土層(反濾層)是造成排水板濾膜淤堵的主要原因。在淤堵形成過(guò)程中,反濾層滲透系數(shù)和孔隙比在短時(shí)間內(nèi)急劇下降并趨于一個(gè)穩(wěn)定值,該值大小與施加的水力梯度大小無(wú)關(guān),與顆粒級(jí)配有關(guān)。反濾層的滲透系數(shù)與孔隙比在lg-坐標(biāo)中呈線性關(guān)系;(4)采用離散元(DEM)模擬土體顆粒和排水板濾膜,計(jì)算流體力學(xué)(CFD)描述孔隙流體,模擬排水板表面反濾層形成的過(guò)程。通過(guò)對(duì)不同高度和粒徑顆粒的統(tǒng)計(jì)研究發(fā)現(xiàn),在反濾層形成過(guò)程中,大粒徑顆粒先于小粒徑顆粒到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài),形成反濾層的主體結(jié)構(gòu);小粒徑顆粒在大粒徑顆粒形成反濾層主體結(jié)構(gòu)后,繼續(xù)在其孔隙中運(yùn)動(dòng),使反濾層愈發(fā)致密。
【學(xué)位單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TU447
【部分圖文】：

究背景著世界經(jīng)濟(jì)的高速增長(zhǎng)，用地需求量激增，土地資源已成為制約各國(guó)展的一大瓶頸。地勢(shì)低平、國(guó)土面積狹小的荷蘭自 13 世紀(jì)起就開始地，如今荷蘭五分之一的國(guó)土是人工填海而成的；人口稠密，土地資，近幾十年圍海造陸達(dá) 200 平方千米，包括著名的神戶人工島以及港。近年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的沿海地區(qū)如京津冀、長(zhǎng)三角、珠三角都的圍海造地，以緩解日益緊張的生活和生產(chǎn)用地需求，如唐山曹妃甸飛工程、上海臨港新城、澳門國(guó)際機(jī)場(chǎng)等都是近年來(lái)我國(guó)重要的圍海工程[1]。其中，國(guó)內(nèi)規(guī)模最大的單體圍墾項(xiàng)目溫州甌飛工程規(guī)模達(dá) 4溫州市建成區(qū)面積 2 倍。為緩解可持續(xù)發(fā)展的土地資源制約，可以和其他濱海國(guó)家將在人工吹填地基上大量進(jìn)行港口口岸和城市基礎(chǔ)

浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文淤泥一般含水量高達(dá) 80%~200%，黏粒含量高，塑性指數(shù)大，強(qiáng)度極低淤泥地基在吹填完畢后還需經(jīng)過(guò)幾年的晾曬，待其完成自重固結(jié)，形成穩(wěn)后，再進(jìn)行加固處理。但隨著城市發(fā)展和開發(fā)建設(shè)腳步的加快，要求新近不經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間晾曬而直接進(jìn)行加固處理。吹填土地基廣泛采用真空負(fù)壓技術(shù)[2]，即在土體中插入預(yù)制豎向排水板，在土體表面覆蓋密封的土工抽真空形成負(fù)壓，負(fù)壓沿豎向排水通道向下傳遞，在負(fù)壓作用下，土體中逐漸滲流到豎向排水通道中，超孔隙水壓力逐漸消散，從而達(dá)到土體排水增加的效果。已有工程實(shí)踐表明雖然在吹填地基土處理早中期，排水板的孔壓的消散及地表沉降等都有顯著變化，但依然存在深層土體排水困難達(dá)不到預(yù)期目標(biāo)、需要二次插板處理[3]以及加固工期較長(zhǎng)等問(wèn)題。

圖1-3土柱示意圖Figure 1-3. Schematic diagram of soil column2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀.1 吹填土排水固結(jié)研究現(xiàn)狀吹填土地基與自然沉積的軟土地基同屬軟弱地基，吹填土排水固結(jié)研究需傳統(tǒng)固結(jié)理論的研究經(jīng)驗(yàn)，但吹填土的高含水率、未形成穩(wěn)定土骨架的特性使研究不能簡(jiǎn)單的套用傳統(tǒng)固結(jié)理論。洪振舜[6]在 Gibson[7]提出的大變形固結(jié)理礎(chǔ)上，采用顯式與隱式差分相結(jié)合的方法對(duì)固結(jié)方程進(jìn)行離散，建立了吹填土大變形固結(jié)模型。劉瑩等[8]針對(duì)吹填土提出了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的概念，并通過(guò)壓縮試到了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與固結(jié)壓力的關(guān)系曲線，并從微觀結(jié)構(gòu)受力的角度對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度長(zhǎng)機(jī)理進(jìn)行分析。王冠英[9]將宏觀與微觀試驗(yàn)方法相結(jié)合，對(duì)不同地區(qū)的吹填行結(jié)構(gòu)特性及應(yīng)力歷史進(jìn)行研究，并分析了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的形成原因。謝海瀾[1出采用水泥與生石灰處理吹填地基，通過(guò)對(duì)土體進(jìn)行工程地質(zhì)與結(jié)構(gòu)性的分比，證實(shí)了該方法的可行性。牛岑岑[11]等通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)對(duì)天津地區(qū)吹填土的
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 劉成;孫鈞;楊平;王海波;;泥膜形成與狀態(tài)劃分細(xì)觀分析及模型試驗(yàn)研究[J];巖土工程學(xué)報(bào);2014年03期

2 孫立強(qiáng);閆澍旺;邱長(zhǎng)林;;考慮新近吹填土固結(jié)系數(shù)為變量的固結(jié)理論研究[J];巖土工程學(xué)報(bào);2013年S1期

3 宋晶;王清;張鵬;江小亮;;高黏性吹填土固結(jié)過(guò)程中細(xì)顆粒遷移規(guī)律研究[J];工程地質(zhì)學(xué)報(bào);2012年06期

4 陳平山;董志良;張功新;;新吹填淤泥淺表層加固中“土樁”形成機(jī)理及數(shù)值分析[J];水運(yùn)工程;2012年01期

5 應(yīng)舒;陳平山;;真空預(yù)壓法中塑料排水板彎曲對(duì)固結(jié)的影響[J];巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào);2011年S2期

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7 董志良;張功新;周琦;羅彥;邱青長(zhǎng);李燕;;天津?yàn)I海新區(qū)吹填造陸淺層超軟土加固技術(shù)研發(fā)及應(yīng)用[J];巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào);2011年05期

8 孫立強(qiáng);閆澍旺;何洪娟;李偉;;吹填土地基真空預(yù)壓加固過(guò)程分析及有限元研究[J];巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào);2010年S2期

9 宋志剛;唐益群;;吹填土固結(jié)速度影響因素的分析[J];路基工程;2010年03期

10 孫立強(qiáng);閆澍旺;李偉;;真空–堆載聯(lián)合預(yù)壓加固吹填土地基有限元分析法的研究[J];巖土工程學(xué)報(bào);2010年04期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 孫立強(qiáng);超軟吹填土地基真空預(yù)壓理論及模型試驗(yàn)的研究[D];天津大學(xué);2010年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 習(xí)志雄;真空預(yù)壓法處理吹填淤泥質(zhì)軟土地基的顆粒流數(shù)值模擬[D];北京交通大學(xué);2010年

2 王冠英;不同地區(qū)海積軟土前期固結(jié)壓力與結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的關(guān)系及其成因分析[D];吉林大學(xué);2004年

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