真空预压法加固吹填土的孔隙水压力试验研究.pdf

J o u r n a l o f E n g in e e r in g G e o l o g y 工程地质学报 1 0 0 4 9 6 6 5 2 0 1 o 1 8 ( 5 ) 一 0 7 0 3 - 0 6 真空预压法加 固吹填土的孔隙水压力试验研究 术 陈允进 宋 晶 夏玉斌 王 清 彭湘林 桑伟峰 ( 中交水运规划设计院有限公司北京1 0 0 0 0 7 ) ( 吉林大学建设工程学院长春1 3 0 0 2 6 ) 摘要利用真空预压法处理吹填土时， 孔隙水压力变化常常反映土体固结程度的好坏。通过 6个模型箱试验 ， 监测不同排 水系统下孔隙水压力变化 ， 确定有效排水体间距。研究发现 0 4 m间距的土内孔压下降效果 比0 8 m间距的土内孔压下降效 果好； 排水体内的孔隙水压力与排水体类型有关， 且距离排水体 l O c m处土体内的孔隙水压力仅为排水体内孔隙水压力的 1 2 弱 ； 滤膜排水系统中的吹填土孔隙水压力下降幅度最快， B型排水板系统次之， 而砂井系统最慢。另外 ， 对于吹填土而言， 排 水体有效间距介于 0 4 m与 0 8 m之间， 其中滤膜的有效间距最大， B型排水板次之， 砂井远小于前两者。 关键词 真空预压吹填土孔隙水压力 排水体间距 中图分类号 ： T U 4 4 3 文献标识码 ： A LABoRAToRY EXPERI M ENTAL S TUDI ES oF PoRE W ATER PRESS URE I N DREDGER FI LL CoNS oLI DATI oN W I TH VACUUM PRELoADI NG C H E N Y u n j in S O N G J in g X I A Y u b i n WA N G Q i n g P E N G X i a n g l in S A N G We if e n g ( C C C C Wa t e r T r a n s p o r t a t i o n C o n s u l t a n t s C o ， L t d ， B e lj i n g 1 0 0 0 0 7 ) ( C o l l e g e o fC o nst r u c t i o n E n g i n e e r in g ofJ il in U n i v e r s i t y ， C h a n g c h u n 1 3 0 0 2 6 ) Abs t r ac t Ch a n g e o f p o r e wa t e r p r e s s ur e o fte n r e fle c t s t h e d e g r e e o f s o il c o ns o l i da t io n whe n v a c u u m p r e l o a d in g me t ho d is us e d t o t r e a t d r e d g e d fi l 1 Th is p a p e r us e s s i x t e s t c ha mbe r s in l a b o r a t o r y t o mo n i t o r t h e p o r e wa t e r p r e s - s u r e c h a n g e in t h e U u n de r t h r e e d r a i na g e p ip e s y s t e ms a n d t o d e t e r min e t he e f f e c t i v e d r a in a g e s pa c i ng Th e r e s u hs s h o w t h a t t h e d r o p o f p o r e wa t e r p r e s s u r e i n t he f il l f o r t he d r ia n g e s pa c in g o f 0 4m i s t h a n b e t t e r t h a n t h a t o f 0 8 m Th e p o r e wa t e r p r e s s u r e i n t he s o il s is r e l a t e d t o it s d r a in a g e p ip e s y s t e m i ns t a l l e d i n t he s o il Th e p o r e wa t e r p r e s s u r e in t h e d is t a n c e o f 1 0c m t o d r a in a g e p ip e wa s h a l f o f t h a t in d r a in a g e p ip e b o d y Th e me mb r a n e d r a in s y s t e m wa s t h e b e s t for d r a in a g e Th e B t y pe d r a in s y s t e m wa s b e t t e r t h a n t h e s a n d d r a in s y s t e m I n a d d it io n， in t h e d r e d g e d f i l l ， t h e e f f e c t i v e d i s t a n c e b e t we e n t h e d r a in p ip e s wa s b e t we e n 0 4m a n d 0 8 m Mo r e o v e r， me mb r a n e s h a d t h e l a r - g e s t e f f e c t iv e h o r iz o n t a l s p a c i ng b e t we e n d r a in a g e ma t e ri a l s Th e B- t y p e d r a in s y s t e m h a d a s h o r t e r e f f e c t i v e s p a c - i n gTh e s a nd we l l s h a d t he s h o r t e s t e f f e c t iv e s p a c in g Ke y wo r d s Va c u u m p r e l o a d in g，Dr e dg e d fi l l ，P o r e wa t e r p r e s s ur e，Dr a in s p a c i n g 收稿 日期 ： 2 0 1 0 0 6 0 6；收到修改稿 日期 ： 2 0 1 0 0 6 2 8 基金项目： 国家自然科学基金项 目( 4 0 3 7 2 1 2 2 、 4 0 6 7 2 1 8 0 )国家自然科学基金国际合作项目( 4 0 9 1 1 1 2 0 0 4 4 ) ； 成都理工大学地质灾害防治 与地质环境保护国家专业实验室开放基金( G Z 2 0 0 4 - 0 8 ) 第一作者简介 ： 陈允进 ， 主要从事土体工程 的研究 、 设计和监测工作 E m a i l ：c h e n y u n j i n p d i w t e o m c n J o u r n a l o f E n g in e e r i n g G e o l o g y 工程地质学报2 0 1 0 1 引 言 沿水域城市建设规模 的不断扩大 ， 不仅需要广 阔的建筑用地 ， 而且需要 足够 的建筑材料。采用水 域中的淤积土造陆， 不但 降低 了对 现有土地资源的 占有 ， 而且可以降低工程造价 ， 。真空预压法是 软土地基处理 中普遍采用的一种方法 ， 在 吹填土加 固方面有广阔的应用前景 J 。但是 ， 其 固结效率受 排水体类型、 排水体 间距等多种 因素控制。本研究 采用模型箱模拟吹填土 固结过程 ， 通过对 比不 同条 件下孔隙水压力的变化情况， 选择合适排水体， 确定 合理排水体间距。 2 试验概况 为了优选排水体材料 ， 确定最优排水体间距 ， 试 验采用 3种排水体材料和 2种排水体间距进行正交 试验 。该试验为室内模拟试验 ， 6个模 型箱尺寸及 检测仪器的位置如图 1 所示， 其中参数设置见表 1 。 当吹填土从大窑湾地区取来之后 ， 搅拌均匀倒 人试验箱 内， 设置竖 向排水体。然后检测孔隙水传 感器工作正常后 ， 将孔压传感器埋设在模型箱的三 个位置 ， 即排水体内、 距排水体 1 0 c m、 两个排水体之 间， 其深度均距离泥面 0 6 m。之后 ， 立 即观测孔隙 水压力的变化 ， 直至读数稳定 ， 确定此读数为孔隙水 压力初始读数 。 图 1 吹填土模型试验装置图 F ig 1 T h e d r e d g e r矗 U t e s t in s t a l l a t io n 口 沉降标 ； v 孔 隙水压力测头 ； D 真空度测头 ； 0 袋装砂井 ；I 排水板 ； 1 - 1 1 1， 2 - 1 2 1， 3 - 1 3 1， 4 - 1 4 1， 5 - 1 5 - -1， 6 - 1 6 l 均为表 层沉 降剖 面线 1 8 ( 5 ) 陈允进等： 真空预压法加 固吹填土的孔隙水压力试验研究 7 0 5 3 数据分析 吹填土进行真空预压过程 中， 每天 2次监测孔 隙水压力变化 ， 及时发现 、 调整出现异常的孔压 。为 了减小温度 、 气压 等环境 因素 对孔 隙水 压力 的影 响 ， 仅在每天上午 9点到 1 0点采集 1 个数据用于 分析。 3 1 排水体 内孔隙水压力 6个模型箱 中排水体 内孔隙水压力变化如 图 2 所示。 同一种排水体， 不同排水体间距比较： 砂井排水体 中， 有 2 3的时间段 内 0 4 m 间距 的排水体内孔 隙水压力都低于 0 8 m间距 的排水体 内孔隙水压力 ；B型排水板 中， 0 4 m问距的排水体 内孔隙水压力在可监测范 围内都低于 0 8 m间距 的 排水板内孔 隙水压力 ；滤膜 中， 0 4 m 间距 的排水 体内孔隙水压力在 固结过程中持续高于 0 8 m问距 的排水板内孔隙水压力。可见 ， 排水体 内孔 隙水压 力与排水管间距关系不大 ， 其影响因素 主要与排水 体类型有关 。 不 同排水体 比较 ： 三种排水体 内孔隙水压力都逐渐达到一 9 0 k P a ， 其中“ B型” 排水板中孔压下降最稳定， 与排水板间 距无关； 其次是“ 滤膜 D o 4 ” 排水板中孔压下降趋 势稳定 ， 但 “ 滤膜 D 0 8 ” 排水板 中孔压在 固结后期 出现较大波动 ， 这可能与排水体本身被黏粒包裹或 者排水不畅通有关 ； 而“ 砂井” 排水体 内孔隙水压力 持续波动， 且幅度很大， 这可能与砂料本身的气密性 相关。 3 2 距离排水体 1 0 e ra的孔隙水压力 6个模型箱 中与排水体水平距离 1 0 e m土体 内 孔隙水压力变化如图 3所示。 同一种排水体 ， 不 同排水体间距 比较 ： 砂井排水体 中， 问距 0 4 m 的土体 中孔 隙水压 力下降速度远远大于 0 8 m间距土体中孔隙水压力 下降速度； B型排水板和滤膜中， 间距 0 4 m的土体 中孔隙水压力下降速度也都远远大于 0 8 m间距土 体中孔隙水压力下降速度。可见， 距离排水体 1 0 e ra 土体 内的孔隙水压力下降速度与排水管间距密切相 关 ， 0 4 m间距的土内孔压下降效果 比0 8 m间距的 土内孔压下降效果好 。 不同排水体比较： 间距 0 4 m的三种排水体加 固的土体 中， 砂井 D O 4 m的土体内初期孔压急剧下降后期略有上升， B型 D O 4的土体 内孔压持续下降， 滤膜 D O 8的土 体内孔压持续不断大幅度下降， 因此认为间距 0 4 m 的滤膜排水体排水效果最好 。间距 0 8 m 的三种排 水体加 固的土体 中， 三者都持续下降， 其 中滤膜 D O 8的土体内孔压持续下降的曲线最陡， 因此认为 间距 0 8 m的排水系统中其排水效果最好。但值得 注意的是 ， 距离排水体 1 0 e m处 ， 土体内的孔隙水压 力都 只达到 一 4 0 k P a ， 仅 为排水 体 内孔 隙水压力 的 1 2弱 。 3 3 两个排水体 中心的孔隙水压力 6个模 型箱 中排水体 间距 有 2种 ， 即 ： 0 4 m和 0 8 m 。因此两个排水体中心与排水体的水平距离 分别为 2 0 e ra和4 0 e m。其孔隙水压力变化如图 4所 示 。 与排水体距离 2 0 e m的土体 中， 砂井 和 B型排 水板孔隙水压力变化幅度相近， 且远小于滤膜孔隙 水压力值； 与排水体距离4 0 e ra的土体中， 砂井和 B 型排水板孔隙水压力变化幅度也相近 ， 也都小于滤 膜孔隙水压力值。因此滤膜传递真空度的效果最 好 。 J o u r n a l o f E n g in e e r i n g G e o l o g y 工程地质学报2 0 1 0 O 一 2 0 4 0 - 6 0 8 0 1 0 0 量 篙 鬣 图2 排水体内孔隙水压力随时问变化曲线 F ig 2 T h e c u r v e s o f p o r e w a t e r p r e s s u r e c h a n g e d in d r a in p ip e s 图3 与排水体水平距离 1 0 c m土体内孔隙水压力变化曲线 F ig 3 The c u r v e s o f p o r e wa t e r p r e s s u r e f r o m a d is t a n c e o f 1 0 c m t o dr a in p ipe s i0 0 图4 两排水体中心土体内孔隙水压力变化曲线 Fig 4 Th e c ur v es o f po r e wa t e r pr e s s ur e in ha l f d is t a nc e be t we e n t wo d r a inp ipe s 孔隙水压力下降地快慢直接影响土体排水速 度 。上述分析表明， 使用滤膜 的吹填T L 隙水压力 F 降幅度最快， 使用 B型排水板的吹填T L 隙水压 力下降速度次之 ， 而使用砂井 的吹填土孔隙水压力 下降最慢 。 1 8 ( 5 ) 陈允进等： 真空预压法加固吹填土的孔隙水压力试验研究 O 一 2 0 一 4 O 奋 耋一 6 0 一 8 0 - 1 0 0 O 1 O 2 O 3 O 4 O 与排水体距离 e m 图5 排水过程中的孔隙水压力分布曲线 F ig 5 T h e c u r v e s o f t h e d is t r ib u t io n o f p o r e p r e s s u r e in d r a in a g e 4 有效排水体间距确定 土体排水固结效率不仅由排水速度影响， 而且 受到排水路径 的制约。通过分析 同一时刻吹填土孑 L 隙水压力变化曲线， 可以看 出吹填土 中孔压 分布规 律 ， 并采用图解法确定有效排水体间距 ( 图 5 ) 。 由图 5三幅图中的空心点曲线可知 ， 间距 0 8 m 两排水体中心点的孔隙水压力曲线呈现水平向上趋 势 ， 固结 范 围 内土体 有效 应 力增 长 缓慢 ， 但 说 明 0 8 m略小于排水体最大影响直径。由图5三幅图 中的实心点曲线可知 ， 间距 0 8 m两排 水体 中心点 的孔隙水压力曲线 明显倾斜 向下 ， 说 明此处受两个 排水 体共 同作用 ， 孔 隙水 压力 下 降非 常 快 ， 但 此 0 4 m远小于有效排水体最大影响直径。 因此对于3种类型的排水体而言， 排水体有效 问距均介于 0 4 m与 0 8 m之间， 其 中滤膜的有效问 距最大 ， B型排水板 的有效间距仅次之 ， 砂井 的有效 间距远小于前两者 。 5 结论 吹填土排水 固结过程中， 孔隙水压力可间接反 映某位置土质点的应力变化情况。本文通过模型箱 试验监测孔隙水压力变化 ， 得到以下结论 ： ( 1 ) 排水体 内的孔 隙水 压力 与排水 体类 型有 关， 而与排水管间距关系不大； ( 2 ) 距离排水体 1 0 c m土体内的孔隙水压力下 降速度与排水管 间距相关 ， 间距越小 ， 下降速度越 快 ； 三种类型的排水系统 中， 距离排水体 1 0 c m处土 体内的孔 隙水压力均只达到一 4 0 k P a ， 仅为排水体 内 孔隙水压力的 1 2弱 ；间距 0 8 m的排水系统 中， 滤 膜 D O 8的排水效果最好 ； ( 3 ) 滤膜排水系统中的吹填土孑 L 隙水压力下降 幅度最快 ， B型排水板的下降速度次之 ， 砂井 的下降 最慢； 排水体有效间距均介于 0 4 m与0 8 m之间， 其中滤膜的有效间距最 大， B型排水板 的有效 间距 仅次之 ， 砂井的有效间距远小于前两者 。 参考文献 1 郭连营海河 干流治理工程吹填土筑堤研究 D 天津 ： 天津 大学 ， 2 0 0 4 Gu o Lia n y in g I n v e s t ig a t io n o f L e v e e C o n s t r u c t io n wit h Hy d r a u l ic F i l l E a r t h i n Ha r n e s s i n g e r o j e c t f o r H a ih e R i v e r Ma in s t r e a m T i a n j i n ： T i a n j i n Un iv e r s i t y ， 2 0 0 4 2 张成 良， 洪振舜， 邓永锋 淤泥吹填处理及其研究进展 J 路 基工程 ， 2 0 0 7， ( 1 ) ：1 21 4 Zh a n g Ch e n g l ia n g， Ho n g Zh e n s h u n， De n g Yo n g f e n g F il l t r e a t me n t o f d r e d g e d s il t a n d r e s e a r c h d e v e l o p me n t S u b g r a d e En g in e e r in g， 2 0 0 7， ( 1 ) ：1 21 4 3 张延军 ，张延诘 国内真空预压法加 固软土地基 的现状与趋势 J 世界地质， 2 0 0 0 ， 1 9 ( 1 2 ) ： 3 7 5 3 7 8 Z h ang Y a n j u n ， Z h a n g Y a n j i e C u r r e n t s i t u a t i o n a n d t e n d e n c y of i m - p r o v in g s o f t f o u n da t io n b y v a c u u m p r e l o a d in g Gl o b Ge o l o g y， 2 0 0 0， 1 9 ( 1 2 ) ： 3 7 53 7 8 4 Y o u Z h i X i a n F l o w C h a n n e l i n g i n S o f t S o i l s a n d I t s I n fl u e n c e O i l C o n s o l id a t i o n D o c t o r D e g r e e T h e s is D U S A ：U n i v e rs i t y o f Co l o r a d o a t Bo u l d e r ，1 9 9 3 5 冯苍旭土壤孔隙水压力检测 系统试验研 究及关 系模 型建立 硕士学位论文 D 河北： 河北农业大学， 2 0 0 4 F e n g Ca n g x u Th e L a bo r a t o r ia l S t u d y a n d Ac a d e mic Ma the ma t ic s Mo d e 1 0 f A Ne w P o r e W a t e r P r e s s u r e I n s t ru me n t He b e i：Ag r ic u l t u r e Un iv e r s it y o f He b e i，2 0 0 4 7 0 8 J o u r n a l o fE n g i n e e r in g G e o l o g y 工程地质 学报2 0 1 0 6 胡中雄 ， 潘林有 软土地基和预压 法地基 处理 M 北 京 ：机 械工业出版社 ， 2 0 0 4 Hu Z h o n g x io n g， P a n Yo u l in S o il Fo u n d a t io n a n d P r e l o a d in g Me t h- o d B e i j in g ：C h i n a Ma c h i n e P r e s s ， 2 0 0 4 7 刘 莹 ，肖树芳 ， 王 清 吹 填土 室 内模拟 试验 研究 J 岩 土力 学 ， 2 0 0 4， 2 5 ( 4 )： 5 1 8 5 2 1 L i u Yi n g ， Xi a o S h u f a n g ， Wa n g Q i n g Re s e a r c h o n i n d o o r s c a l e d o w n t e s t o f d r e d g e r fi l 1 R o c k a n d S o i l Me c h a n i c s ， 2 0 0 4 ， 2 5( 4 ) ： 5 1 85 21 8 李允忠 ，汪稔 基坑开 挖孔 隙水 压力 变化规律 试验 研究 J 岩 土力学 ， 2 0 0 2 ， 2 3 ( 6 ) ： 8 1 38 1 6 Li Yu n z h o n g， W a n g Re n E x p e r ime n t al r e s e arc h o n l a w o f p o r e w a t e r p r e s s u r e d u r in g f o u n d a t io n p it e x c a v a t io n Ro c k a n d S o il Me c h a n i c s ， 2 0 0 2 ， 2 3 ( 6 ) ： 8 l 38 1 6 ， 9 李时亮 真空预压 加 固软土 地基 作 用机 理分 析 J 岩 土 力 学 ， 2 0 0 8， 2 9 ( 2 ) ： 4 7 9 4 8 2 L i S h il ia n g An a ly s is of a c t io n me c h a n is m o f t r e a t in g s o ft f o u n d a tio n w i t h v a c u u m p r e l o a d i n g Ro c k a n d S o i l Me c h a n i c s ， 2 0 0 8 ， 2 9 ( 2 ) ： 4 7 94 8 2 1 0 李广信高等土力学 M 北京 ：清华 大学 出版社 ， 2 0 0 0 L i G u a n g x in Hi g h e r S o i l Me c h a n i s m B e i j i n g ： T s i n g h u a U n i v e r s i t y Pr e s s ，2 0 0 0 1 1 黄生根 ， 张希浩 ， 曹辉 地基处理与基坑支护工程 M 北京 ： 中 国地质大学出版社 ，1 9 9 9 Hu a n g G e n s h e n g ， Zh a n g Xih a o， C a o Hu i F o u n d a t io n Tr e a t me n t a n d R e t a i n i n g P e c t B e i j i n g ：C h i n a U n i v e r s i t y of G e o s c i e n c e s P r e s s ，1 9 9 9 ；I 、 ! l- 、 -、 ； 、 0石 石 I 、 ；、 0 _l 、 ! e石 - 、 石 石 五 坊 I # - 蛤 第十一届国际工程地质大会在奥克兰召开 ( 2 0 1 0年 9月 5 1 0 日， 奥克 兰) 第十一届国际工程地质大会于 2 0 1 0年 9月 5 一l O日在新西兰 A u c k l a n d召开 ， 来 自6 0多