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1、欠固结淤泥质吹填土压缩-渗透非线性特性试验研究 Experimental Study on Nonlinear Characteristics of Pemeability and Compressibility of Soft Clay 领 域：水利工程 作者姓名：路江鑫 导 师：夏开文 教 授 企业导师：侯晋芳 高 工 天津大学建筑工程学院 二零壹伍年拾贰月 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 天津大学天津大学 或其他教育机构的学位 或证书而
2、使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在 论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 签字日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 天津大学天津大学 有关保留、使用学位论文的规定。 特授权 天津大学天津大学 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学 校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 （保密的学位论文在解密后适用本授权说明） 学位论文作者签名： 导师签名： 签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日 摘摘 要要 随着沿海地区经济建设迅速发展及
3、城镇化进程的加快，内河航道清淤疏浚 及滩涂浅海区围海造陆工程大规模推进，吹填厚度越来越大。加固前吹填淤泥 尚处于流动状态，其含水量远大于液限，属于欠固结土。通过试验发现，吹填 淤泥在小应力阶段，压缩-渗透非线性变化较大，与大应力状态下存在较大差别， 工程实际表明，采用大应力状态下渗透系数和压缩系数来计算吹填土的固结问 题存在较大偏差。 传统的固结理论假定压缩系数和渗透系数为常数,没有考虑土体压缩渗透非 线性特性，不符合实际。本文以天津滨海新区围海造陆工程为背景，对不同吹 填区土质做了充分调研，选取具有代表性的东疆港区（TJDG） 、临港工业区 （TJLG） 、南港工业区（TJNG）吹填土为试验
4、土样，利用 GDS 高级固结仪对 吹填土的固结渗透特性开展试验研究。具体研究内容为： （1）基于 GDS 高级固结仪对三种不同液限（41.50%、50.25%、46.75%） 吹填土开展连续的固结渗透试验，得到不同液限吹填土在特定固结压力下或孔 隙比下的渗透系数。 （2）基于试验结果，对吹填土压缩渗透特性进行分析探讨，采用 4 种非线 性渗透模型及 3 种非线性压缩模型对试验数据进行线性拟合及综合分析并确定 模型参数，获得适用于天津地区吹填土的最佳非线性压缩、渗透关系。 （3）通过对模型参数对比分析，发现同一模型不同液限土体，模型参数不 同，为研究软黏土压缩性、渗透性随土质和孔隙比变化的普遍规
5、律，采用液限 孔隙比 eL对试验数据进行归一化处理，引入归一化参数 e/eL,提出采用 Chapman-Richard 成长模型对吹填土压缩性、渗透性进行描述。建立了吹填土 kv-e/eL拟合方程及 e/eL-p 关系拟合曲线。 （4）针对基于 Chapman-Richard 成长曲线获得的吹填土 kv-e/eL及 e/eL-p 拟 合方程，收集和整理国内外 29 组渗透试验数据及 12 组高含水量软黏土压缩试 验数据对其有效性进行验证，得到具有普适性的软黏土压缩性及渗透系数预测 表达式，并分别在 e=1.3eL（接近液限） 、e=eL（液限）处将曲线采用简化的双 线性进行描述，同时赋予其物理
6、意义。 关键词：关键词： 吹填土 渗透系数 Chapman-Richard 成长模型 固结 双线性 ABSTRACT With the rapid development of economic and construction in coastal areas，The scale and technology of reclamation have achieved a vigorous development in China. Dredged silt is in a state of flow and its water content is much bigger than its
7、liquid limit, which is underconsolidated soil. It has been found that the nonlinear characteristics of permeability and compressibility of dredge fill under lower stress are different compared with the higher stress. The practical application shows that the traditional small-strain consolidation the
8、ory to predict compressibility and permeability of dredge fill was usually unsuitable for clay slurry consolidated with effective stress. In this paper, relying on the construction of land reclamation in Tianjin, China, three specimens with different liquid limits are taken from three land reclamati
9、on sites, I.e.Lingang(TJLG),Nangang(TJNG),Donggang(TJDG) in Tianjin for the present studies. The 1-D consolidation and permeability tests are conducted in a new consolidation testing system (model GDSCTS) produced by GDS Instruments Pte Ltd,UK. The detailed contents are as follows: （1）Consolidation
10、and permeability tests were conducted on soft clays with different liquid limit（41.50%，50.25%，46.75%） by GDS consolidation apparatus. The coefficient of permeability of soil specimen under the given consolidation pressure is obtained. （2）Regression fitting analyses on 4 common nonlinear permeability
11、 models and 3 nonlinear compressibility models were performed based on the test data. The preferred nonlinear function relationships for dredged fill in Tianjin Binhai district are obtained. （3）Comparing with the fitting parameters, soil samples with different liquid limits have different parameters
12、 for the same model. In order to find the universal law of permeability coefficient and compressibility with the soil property and void ratio, The void ratio was normalized by the liquid void ratio eL, and the relationships of e/eL with logkv and logp were established based on the test data through
13、the Chapman- Richard curve fitting model. （4）The relationships of e/eL with logkv and p were further verified using 29 groups of test data of permeability and 12 groups of test data of compressibility collected from China and abroad. Relatively good agreements are achieved. The obtained logkv vs. e/
14、eL and logp vs. e/eL relationships can be simplified to bilinear equations with their intersection point on e/eL= 1.3 and e/eL= 1.0 respectively. The proposed relationships can be used as preliminary tools to calculate the compressibility and permeability of reconstituted marine clay encountered in
15、land reclamation projects. KEY WORDS： Permeability Coefficient, Dredged Fill, Chapman-Richard Model, Consolidation, Bilinear Equations 目 录 第一章第一章 绪论绪论1 1 1.1 研究背景1 1.2 国内外研究现状3 1.2.1 软黏土压缩特性研究进展.3 1.2.2 软黏土渗透特性研究进展.5 1.2.3 饱和软黏土压缩-渗透特性预测公式研究进展 .8 1.3 研究的必要性和主要内容10 第二章第二章 基于基于 GDS 固结仪的淤泥质吹填土固结固结仪的淤泥质
16、吹填土固结- -渗透联合测试试验渗透联合测试试验1212 2.1 试验土样12 2.2 GDS 一维固结渗透试验系统.13 2.2.1 硬件系统.14 2.2.2 软件系统.16 2.2.3 试验操作原理.17 2.2.4 GDS 高级固结仪优势分析18 2.3 试验方案及试验过程.18 2.3.1 试验方案.18 2.3.2 试验过程.19 2.4 试验结果22 2.5 小结25 第三章第三章 饱和软黏土渗透特性分析饱和软黏土渗透特性分析2727 3.1 欠固结淤泥质吹填土非线性渗透特性分析27 3.1.1 欠固结淤泥质吹填土渗透特性.27 3.1.2 已有非线性渗透模型适应性分析.27 3.2 基于 CHAPAMN-RICHARD成长曲线的吹填土渗透系数拟合方程 .31 3.2.1 已有渗透系数预测公式适用性分析.31 3.2.2 吹填淤泥渗透系数 kv与 e/eL非线性关系.32 3.2.3 基于成长模型的吹填淤泥渗透系数拟合方程33 3.3 饱和软黏土渗透系数预测公式.35 3.4 渗透系数预测公式
