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软土的固结和渗透特性原位测试理论研究及应用

作　者: 林政
导　师: 陈云敏
学　校: 浙江大学
专　业: 岩土工程
关键词: 固结系数渗透系数超静孔隙水压力孔压静力触探 IFCO BAT系统空腔扩张空腔固结吹填淤泥真空固结 TDR系统模型试验
分类号: TU447
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

固结系数和渗透系数是地基设计及计算中的关键参数。它们的准确获取具有重要的工程实践意义,采用孔压静力触探或BAT系统能够准确快速地测取土的固结系数和渗透系数。另外采用淤泥吹填造地技术可以解决建设用地紧张和疏浚淤泥处理问题,而真空固结是加速吹填淤泥固结的有效方法,因此研究真空作用下吹填淤泥的固结特性有重要意义。本文在总结前人研究成果的基础上,通过模型建立、理论分析和模型试验等方法对土的固结系数及渗透系数的原位测试理论和吹填淤泥真空固结特性进行了研究。结合Vesic的空腔扩张理论和一维径向固结方程,解得考虑剪切应力的孔壁处任意排水条件下圆柱型和球型空腔固结的解析解。利用空腔固结解析解建立透水元件分别位于探头不同部位的孔压静力触探和BAT系统测取地基固结系数的解析解模型。同时介绍了IFCO BAT系统测试地基原位固结系数的原理及步骤。工程实例分析表明,考虑剪切应力的空腔固结解析解计算得到的孔压消散曲线与现场实测的孔压消散曲线较为吻合;本文解析的固结系数估算方法得到的固结系数与原状土样室内结果接近,说明了该解析解和估算方法的可靠性和合理性。本文介绍了IFCO BAT系统测试地基原位渗透系数的原理及步骤,总结了IFCO BAT系统测试地基原位渗透系数的分析理论。建立了同时考虑针的流阻和滤头及容器内水柱影响的渗流分析模型,并得到线性流阻下地基渗透系数与容器内压力的解析关系。现场测试分析表明,同时考虑针的流阻和滤头及容器内水柱影响计算得到压力曲线与实测的压力曲线吻合,用IFCO BAT系统测试的原位渗透系数与原状土室内试验结果接近,说明了计算分析的正确性。最后,联合IFCO BAT系统和TDR测试系统,设计了模型槽试验研究了吹填淤泥在底部负压作用下固结特性,得到了固结过程中渗透系数及孔隙比随有效应力的变化规律。另外建立了以有效应力为控制变量的吹填淤泥在自重和负压作用下的一维固结模型。对模型试验的分析表明,本文的固结模型计算的孔压和沉降与实测的结果接近,证明了该固结模型的合理性。同时说明真空负压是加速吹填淤泥固结的一种有效的方法。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
第一章绪论  11-35
  §1.1 研究背景  11-13
  §1.2 地基固结系数测试进展  13-23
    1.2.1 室内固结试验测定固结系数  13-17
    1.2.2 现场沉降曲线反算法  17-18
    1.2.3 现场固结试验测定地基原位固结系数  18-23
  §1.3 地基渗透系数测试进展  23-27
    1.3.1 室内试验测定渗透系数  23-24
    1.3.2 现场试验测定渗透系数  24-26
    1.3.3 BAT系统测试地基原位渗透系数  26-27
  §1.4 吹填土处理方法及其固结性状研究进展  27-32
  §1.5 本文的主要工作  32-35
第二章圆柱型空腔固结分析  35-48
  §2.1 概述  35-36
  §2.2 圆柱型空腔固结问题数学模型  36-39
  §2.3 数学模型解  39-42
  §2.4 算例分析  42-46
    2.4.1 剪切应力影响  43-44
    2.4.2 排水条件影响  44-46
  §2.5 本章小结  46-48
第三章球型空腔固结分析  48-61
  §3.1 概述  48
  §3.2 球星空腔固结问题数学模型  48-52
  §3.3 数学模型解  52-56
  §3.4 算例分析  56-59
    3.4.1 剪切应力影响  56-57
    3.4.2 排水条件影响  57-59
  §3.5 本章小结  59-61
第四章原位测试地基固结系数原理及测试系统  61-84
  §4.1 概述  61-62
  §4.2 初始孔隙水压力分布  62-64
  §4.3 固结分析  64-66
  §4.4 超静孔隙水压力消散及地基固结系数估算  66-73
    4.4.1 探头壁处孔压消散  66-71
    4.4.2 固结系数估算方法  71-73
  §4.5 IFCO BAT系统测试地基固结系数  73-75
    4.5.1 IFCO BAT固结系数测试系统组成  73-74
    4.5.2 IFCO BAT固结系数测试系统测试原理  74-75
    4.5.3 IFCO BAT固结系数测试系统测试步骤  75
    4.5.4 地基孔隙水压力测试原理  75
  §4.6 现场试验应用  75-82
    4.6.1 工程概况  76
    4.6.2 工程地质条件  76-79
    4.6.3 孔隙水压力测试  79
    4.6.4 固结系数测试  79-82
  §4.7 本章小结  82-84
第五章原位渗透系数测试原理及测试系统  84-106
  §5.1 概述  84-85
  §5.2 IFCO BAT渗透系数测试系统  85-86
    5.2.1 系统组成  85-86
    5.2.2 测试原理  86
  §5.3 TFCO BAT渗透系数测试系统的测试分析理论  86-95
    5.3.1 问题的数学模型  87-88
    5.3.2 数学模型的求解  88-95
  §5.4 算例分析  95-100
  §5.5 IFCO BAT系统现场测试地基原位渗透系数步骤  100-101
  §5.6 现场试验应用  101-104
  §5.7 本章小结  104-106
第六章吹填淤泥固结过程中渗透系数变化规律及应用  106-130
  §6.1 概述  106-107
  §6.2 室内模型试验装置、方案及试验结果  107-114
    6.2.1 试验装置  107-111
    6.2.2 试验方案  111
    6.2.3 试验结果  111-114
  §6.3 吹填淤泥固结过程中渗透系数及孔隙比变化规律  114-116
  §6.4 吹填淤泥在自重和负压作用下的一维固结理论  116-126
    6.4.1 基本假设  116-117
    6.4.2 固结控制方程  117-119
    6.4.3 模型求解  119-123
    6.4.4 算例分析  123-126
  §6.5 吹填淤泥固结理论分析结果和试验结果比较  126-128
  §6.6 本章小结  128-130
第七章结论与建议  130-133
  §7.1 本章的主要结论  130-132
  §7.2 进一步研究的建议  132-133
参考文献  133-144
致谢  144-145
附录1：个人简历及发表论文情况  145

软土的固结和渗透特性原位测试理论研究及应用

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