真空預(yù)壓法處理吹填淤泥質(zhì)軟土地基的顆粒流數(shù)值模擬.pdf

1、吹填淤泥是典型的由水力吹填形成的欠固結(jié)沉積軟土，它具有高含水量、高壓縮性、高孔隙比、極低強(qiáng)度等不利的工程特性，必須對(duì)其進(jìn)行加固處理后才能用于工程建設(shè)。目前加固吹填淤泥地基最常用的方法是真空預(yù)壓法。真空預(yù)壓過(guò)程中吹填淤泥地基的固結(jié)沉降規(guī)律與一般軟土有重要的差別。由于吹填淤泥內(nèi)部沒(méi)有形成穩(wěn)定的顆粒骨架，在真空預(yù)壓過(guò)程中顆粒發(fā)生大范圍的流動(dòng)，僅在排水板周圍一定范圍（0.2∥0.3米）內(nèi)強(qiáng)度有較大增長(zhǎng)，并形成相對(duì)密實(shí)和弱透水性的“土柱”，而相對(duì)

2、遠(yuǎn)離排水板的區(qū)域，土體密實(shí)度和強(qiáng)度基本沒(méi)有變化，延長(zhǎng)抽真空時(shí)間也不能改變這一狀況。另外，這種高壓縮性土的固結(jié)變形是一個(gè)大變形問(wèn)題，在固結(jié)過(guò)程中滲透系數(shù)和壓縮系數(shù)不是常量，而是隨孔隙比顯著變化的。原來(lái)基于小變形和常系數(shù)假設(shè)的固結(jié)理論和方法不再適用，涉及固體大變形和顆粒流動(dòng)問(wèn)題的新的理論，是目前工程中急迫需要研究的問(wèn)題。
　　 基于離散元理論的PFC2D（二維顆粒流程序），摒棄了傳統(tǒng)連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的宏觀連續(xù)性假設(shè)，從細(xì)觀上分析土顆粒-

3、土顆粒及土顆粒-水間的相互作用及相對(duì)運(yùn)動(dòng)。水的運(yùn)動(dòng)滿足連續(xù)方程和N-S方程；土顆粒-水間的相互作用力作為外力施加到土顆粒上，顆粒體系的運(yùn)動(dòng)遵守力學(xué)定律，無(wú)需滿足位移連續(xù)和變形協(xié)調(diào)條件。因此，PFC2D適合模擬軟土地基的排水預(yù)壓過(guò)程，且計(jì)算速度較快。
　　 本文利用PFC2D，從直接模擬土顆粒運(yùn)動(dòng)入手，在簡(jiǎn)化的理想二維條件下對(duì)吹填淤泥地基真空預(yù)壓過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值仿真模擬，并且發(fā)現(xiàn)在滲透水流的力學(xué)作用下，隨著時(shí)間的推移土顆粒會(huì)逐漸脫離

4、土骨架，在這一過(guò)程中由于顆粒的流失，土體顆粒將重新排列、沉積，從而引起土的細(xì)觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)特性的改變，如土體孔隙率、滲透系數(shù)和內(nèi)部孔壓的不均勻變化等。這一模擬方法可為相關(guān)研究提供借鑒。
　　 通過(guò)改變模型的參數(shù)，定性地研究了不同工況下排水板間距、排水真空度和土體原始孔隙率等因素對(duì)于土體孔隙率不均勻變化的影響。建立了土體孔隙率變化的預(yù)測(cè)模型，并在此基礎(chǔ)上提出了新的施工工藝，此施工工藝在不改變排水板間距的情況下，分兩次打設(shè)排水板以提高