浅谈真空预压法处理吹填淤泥质软土地基的颗粒流数值模拟

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1、硕士学位论文lSI753真空预压法处理吹填淤泥质软土地基的颗粒流数值模拟ThePFCNumericalSimulationofVacuumPreloadinginImprovingReclamationSludge国家自然科学基金资助(编号：50779039)国家重点基础研究发展计划(973计划)资助(编号：2010CB732104)作者：习志雄导师：赵成刚教授陈铁林副教授北京交通大学2010年7月，‘’P●●√I．●-■●，／／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

2、权说明)学位论文签字日期用学位论文的规定。特有关数据库进行检索，和借阅。同意学校向国导师签名：惠四刚签字日期：删年7月J-El^■●J^“中图分类号：TU44UDC：学校代码：10004密级：公开北京交通大学硕士学位论文真空预压法处理吹填淤泥质软土地基的颗粒流数值模拟ThePFCNumericalSimulationofVacuumPreloadinginImprovingReclamationSludge国家自然科学基金资助(编号：50779039)国家重点基础研究发展计划(973计划)资助(编号：

3、20lOCB732104)作者姓名：习志雄导师姓名：赵成刚学位类别：工学学科专业：岩土工程学号：08121544职称：教授学位级别：硕士研究方向：地基处理北京交通大学2010年7月lf致谢本文是在导师赵成刚教授的悉心指导及陈铁林副教授的全力帮助下完成的，字里行间无不凝聚着两位老师的诸多心血。赵老师严谨的治学态度、渊博的专业知识、开阔的理论视野、富于创新的求是精神使学生终身受益，而正直无私、谦虚谨慎的高尚品质也将成为学生行为的楷模；陈老师在数值计算方面深厚的知识、活跃的思维，以及细致耐心、平易近人的工作

4、作风让我受益匪浅。两位导师的严格要求、谆谆教诲、在学习生活中给予的关怀和帮助，使我终生难忘。在论文完成之际，谨向两位老师表示最真挚的感谢和深深的敬意!感谢李舰、王娜、张雪东、金旭、刘艳、蔡国庆等师兄弟在论文撰写过程中所给予的建议、鼓励以及生活上的帮助；感谢硕士期间我的室友以及同窗，和他们一起共度的时光让我终身难忘。感谢我的父母，几年来他们在家庭方面付出了很多辛劳，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业，感谢女友王芳在背后对我默默无闻的支持和关心，陪伴我渡过两年的研究生生活。最后，感谢评阅硕士学

5、位论文和出席论文答辩会的各位专家和学者，感谢他们在百忙之中对本文的评阅并提出建设性意见，这些将是我进一步工作的重要指导。感谢本论文参考文献中出现的作者和机构，他们的成果是本论文完成的基础。再一次衷心感谢一切给予我关心、支持和帮助的人们!，一一中文摘要摘要：吹填淤泥是典型的由水力吹填形成的欠固结沉积软土，它具有高含水量、高压缩性、高孔隙比、极低强度等不利的工程特性，必须对其进行加固处理后才能用于工程建设。目前加固吹填淤泥地基最常用的方法是真空预压法。真空预压过程中吹填淤泥地基的固结沉降规律与一般软土有重

6、要的差别。由于吹填淤泥内部没有形成稳定的颗粒骨架，在真空预压过程中颗粒发生大范围的流动，仅在排水板周围一定范围(O．2~o．3米)内强度有较大增长，并形成相对密实和弱透水性的“土柱”，而相对远离排水板的区域，土体密实度和强度基本没有变化，延长抽真空时间也不能改变这一状况。另外，这种高压缩性土的固结变形是一个大变形问题，在固结过程中渗透系数和压缩系数不是常量，而是随孔隙比显著变化的。原来基于小变形和常系数假设的固结理论和方法不再适用，涉及固体大变形和颗粒流动问题的新的理论，是目前工程中急迫需要研究的问题

7、。基于离散元理论的PFC2D(--维颗粒流程序)，摒弃了传统连续介质力学的宏观连续性假设，从细观上分析土颗粒一土颗粒及土颗粒一水间的相互作用及相对运动。水的运动满足连续方程和N—S方程；土颗粒—水间的相互作用力作为外力施加到土颗粒上，颗粒体系的运动遵守力学定律，无需满足位移连续和变形协调条件。因此，PFC2D适合模拟软土地基的排水预压过程，且计算速度较快。本文利用PFC2D，从直接模拟土颗粒运动入手，在简化的理想二维条件下对吹填淤泥地基真空预压过程进行了数值仿真模拟，并且发现在渗透水流的力学作用下，随

8、着时间的推移土颗粒会逐渐脱离土骨架，在这一过程中由于颗粒的流失，土体颗粒将重新排列、沉积，从而引起土的细观结构和力学特性的改变，如土体孔隙率、渗透系数和内部孔压的不均匀变化等。这一模拟方法可为相关研究提供借鉴。通过改变模型的参数，定性地研究了不同工况下排水板间距、排水真空度和土体原始孔隙率等因素对于土体孔隙率不均匀变化的影响。建立了土体孔隙率变化的预测模型，并在此基础上提出了新的施工工艺，此施工工艺在不改变排水板间距的情况下，分两次打设排水板以提高排水预