真空荷載作用下軟土蠕變特性與微觀結(jié)構(gòu)特征研究

真空-堆載聯(lián)合預(yù)壓法是在真空預(yù)壓和堆載預(yù)壓法基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新的地基加固新技術(shù)，通過(guò)室內(nèi)離心模型試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)大面積試驗(yàn)表明，真空產(chǎn)生的負(fù)壓和堆載產(chǎn)生的正壓效果是可以疊加的，具有真空預(yù)壓和堆載預(yù)壓的雙重加固效果，但又不完全等同于二者簡(jiǎn)單疊加。真空預(yù)壓技術(shù)加固軟基應(yīng)用日益增多，但其理論研究遠(yuǎn)落后于實(shí)踐。本課題擬通過(guò)軟土室內(nèi)堆載預(yù)壓、真空預(yù)壓和真空堆載聯(lián)合預(yù)壓的三軸蠕變?cè)囼?yàn)，利用微觀結(jié)構(gòu)測(cè)試儀器測(cè)定蠕變?cè)囼?yàn)前后試樣的微細(xì)結(jié)構(gòu)變化，利用圖像分析原理，研究真空預(yù)壓加固蠕變機(jī)理，建立蠕變計(jì)算模型和高速公路工后沉降計(jì)算方法，為真空預(yù)壓技術(shù)及真空-堆載聯(lián)合預(yù)壓技術(shù)加固軟土地基設(shè)計(jì)和施工提供理論基礎(chǔ)。可望在學(xué)術(shù)上有所突破，并發(fā)揮較大社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。 2100433B

作為海工結(jié)構(gòu)物地基，海洋土的力學(xué)性質(zhì)起到至關(guān)重要的作用。本項(xiàng)目針對(duì)我國(guó)海域三種典型土質(zhì)(渤海淤泥質(zhì)黏土、福建海砂、南海鈣質(zhì)砂)，對(duì)其微觀結(jié)構(gòu)特征及特殊海況荷載作用下的滲透特性進(jìn)行研究。利用電子顯微拍攝和數(shù)字圖像處理技術(shù)，采用分形理論對(duì)三種海洋土微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行定量描述。發(fā)展海洋土的滲透率分形解析模型，該模型既是對(duì)現(xiàn)有的滲透水壓力差與流速關(guān)系公式的一種改進(jìn)，也能考慮以一定頻率變化的滲透水壓力下海洋土微觀結(jié)構(gòu)特征與滲透性之間的關(guān)聯(lián)。在現(xiàn)有的滲流試驗(yàn)裝置基礎(chǔ)上，研制試驗(yàn)裝置, 使其能夠?qū)崿F(xiàn)以一定頻率變化的滲透水壓力，從而模擬風(fēng)浪、錨繩拉拔及地震荷載作用下的滲流過(guò)程，進(jìn)而對(duì)海洋土在復(fù)雜惡劣海洋地質(zhì)環(huán)境和工況下的滲透特性及穩(wěn)定性進(jìn)行研究。最終，將研究成果應(yīng)用到細(xì)觀流固耦合數(shù)值模擬和深海平臺(tái)吸力錨基礎(chǔ)承載力分析中，能夠進(jìn)一步為海洋工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)，以提高海工結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定性和安全性。

本項(xiàng)目基于海洋土力學(xué)性質(zhì)對(duì)海工結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)安全和穩(wěn)定性的重要影響開(kāi)展深入研究，項(xiàng)目按照計(jì)劃順利開(kāi)展并完成既定研究目標(biāo)。項(xiàng)目對(duì)典型海洋土的微觀結(jié)構(gòu)特征，及其復(fù)雜情況下的滲流特性進(jìn)行研究。首先，采用掃描電鏡方法結(jié)合數(shù)字圖像處理技術(shù)，對(duì)鈣質(zhì)砂的微觀結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行量化分析，并提取形狀描述參數(shù)。隨后，開(kāi)發(fā)新型滲流試驗(yàn)裝置，開(kāi)展鈣質(zhì)砂的達(dá)西與非達(dá)西滲流試驗(yàn)，將結(jié)果與傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)方程進(jìn)行對(duì)比分析，擬合出關(guān)于鈣質(zhì)砂特殊材料的水壓差與滲流速度關(guān)系式。進(jìn)一步研發(fā)滲流試驗(yàn)裝置，使其能夠?qū)崿F(xiàn)滲透水壓力差以一定頻率變化，進(jìn)而模擬風(fēng)浪、錨繩拉拔以及地震作用下海洋土的滲流過(guò)程。然后，開(kāi)發(fā)一種砂土顆粒沉降試驗(yàn)裝置，開(kāi)展液體中鈣質(zhì)砂顆粒沉降試驗(yàn)，建立了鈣質(zhì)砂的拖曳力系數(shù)理論模型。最后，將上述研究獲得關(guān)于鈣質(zhì)砂的滲流方程，以及拖曳力系數(shù)理論模型，嵌入到基于CFD-DEM的流固耦合細(xì)觀數(shù)值模擬技術(shù)中，對(duì)復(fù)雜情況下的砂土滲流問(wèn)題進(jìn)行模擬。上述研究成果可為吸力錨等海工構(gòu)筑物的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和施工提供一定指導(dǎo)。 2100433B

本課題以珠三角軟土為研究載體，采用多功能精密加載臺(tái)和環(huán)境掃描電鏡技術(shù)以及微細(xì)觀分析理論，對(duì)軟土蠕變特性及其成因在微細(xì)觀層次上開(kāi)展研究。主要研究?jī)?nèi)容為：(1) 珠三角軟土蠕變特性及其形成的環(huán)境因素和微觀因素分析；(2) 珠三角軟土天然顯微結(jié)構(gòu)試驗(yàn)及特征形成分析；(3) 剪切和壓縮荷載下軟土蠕變微觀結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)觀測(cè)與變化規(guī)律的機(jī)理分析；(4) 珠三角軟土蠕變特性的微結(jié)構(gòu)影響物理機(jī)制分析及定量分析；(5) 珠三角軟土的宏微觀蠕變模型研究.本課題研究具有理論創(chuàng)新及實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，通過(guò)軟土微細(xì)觀結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)觀測(cè)試驗(yàn)與理論分析，揭示軟土蠕變性質(zhì)與微觀組織結(jié)構(gòu)、物質(zhì)成分的關(guān)聯(lián)機(jī)制和力學(xué)行為機(jī)制，由微細(xì)觀物理機(jī)制解釋軟土蠕變特性，建立創(chuàng)新性的軟土力學(xué)宏微觀理論模型,并把土體微觀研究從微觀靜態(tài)試驗(yàn)和定性分析推進(jìn)到連續(xù)動(dòng)態(tài)觀測(cè)和微觀參數(shù)定量分析的水平；課題的研究成果可為我國(guó)沿海地區(qū)大量軟土地基處理和設(shè)計(jì)提供新的理論基礎(chǔ)