真空荷载作用下软土蠕变特性与微观结构特征研究

真空-堆载联合预压法是在真空预压和堆载预压法基础上发展起来的一种新的地基加固新技术，通过室内离心模型试验和现场大面积试验表明，真空产生的负压和堆载产生的正压效果是可以叠加的，具有真空预压和堆载预压的双重加固效果，但又不完全等同于二者简单叠加。真空预压技术加固软基应用日益增多，但其理论研究远落后于实践。本课题拟通过软土室内堆载预压、真空预压和真空堆载联合预压的三轴蠕变试验，利用微观结构测试仪器测定蠕变试验前后试样的微细结构变化，利用图像分析原理，研究真空预压加固蠕变机理，建立蠕变计算模型和高速公路工后沉降计算方法，为真空预压技术及真空-堆载联合预压技术加固软土地基设计和施工提供理论基础。可望在学术上有所突破，并发挥较大社会经济效益。 2100433B

作为海工结构物地基，海洋土的力学性质起到至关重要的作用。本项目针对我国海域三种典型土质(渤海淤泥质黏土、福建海砂、南海钙质砂)，对其微观结构特征及特殊海况荷载作用下的渗透特性进行研究。利用电子显微拍摄和数字图像处理技术，采用分形理论对三种海洋土微观结构进行定量描述。发展海洋土的渗透率分形解析模型，该模型既是对现有的渗透水压力差与流速关系公式的一种改进，也能考虑以一定频率变化的渗透水压力下海洋土微观结构特征与渗透性之间的关联。在现有的渗流试验装置基础上，研制试验装置, 使其能够实现以一定频率变化的渗透水压力，从而模拟风浪、锚绳拉拔及地震荷载作用下的渗流过程，进而对海洋土在复杂恶劣海洋地质环境和工况下的渗透特性及稳定性进行研究。最终，将研究成果应用到细观流固耦合数值模拟和深海平台吸力锚基础承载力分析中，能够进一步为海洋工程结构的设计提供理论依据，以提高海工结构物的稳定性和安全性。

本项目基于海洋土力学性质对海工结构物基础安全和稳定性的重要影响开展深入研究，项目按照计划顺利开展并完成既定研究目标。项目对典型海洋土的微观结构特征，及其复杂情况下的渗流特性进行研究。首先，采用扫描电镜方法结合数字图像处理技术，对钙质砂的微观结构特征进行量化分析，并提取形状描述参数。随后，开发新型渗流试验装置，开展钙质砂的达西与非达西渗流试验，将结果与传统经验方程进行对比分析，拟合出关于钙质砂特殊材料的水压差与渗流速度关系式。进一步研发渗流试验装置，使其能够实现渗透水压力差以一定频率变化，进而模拟风浪、锚绳拉拔以及地震作用下海洋土的渗流过程。然后，开发一种砂土颗粒沉降试验装置，开展液体中钙质砂颗粒沉降试验，建立了钙质砂的拖曳力系数理论模型。最后，将上述研究获得关于钙质砂的渗流方程，以及拖曳力系数理论模型，嵌入到基于CFD-DEM的流固耦合细观数值模拟技术中，对复杂情况下的砂土渗流问题进行模拟。上述研究成果可为吸力锚等海工构筑物的基础设计和施工提供一定指导。 2100433B

本课题以珠三角软土为研究载体，采用多功能精密加载台和环境扫描电镜技术以及微细观分析理论，对软土蠕变特性及其成因在微细观层次上开展研究。主要研究内容为：(1) 珠三角软土蠕变特性及其形成的环境因素和微观因素分析；(2) 珠三角软土天然显微结构试验及特征形成分析；(3) 剪切和压缩荷载下软土蠕变微观结构动态观测与变化规律的机理分析；(4) 珠三角软土蠕变特性的微结构影响物理机制分析及定量分析；(5) 珠三角软土的宏微观蠕变模型研究.本课题研究具有理论创新及实际应用价值，通过软土微细观结构动态观测试验与理论分析，揭示软土蠕变性质与微观组织结构、物质成分的关联机制和力学行为机制，由微细观物理机制解释软土蠕变特性，建立创新性的软土力学宏微观理论模型,并把土体微观研究从微观静态试验和定性分析推进到连续动态观测和微观参数定量分析的水平；课题的研究成果可为我国沿海地区大量软土地基处理和设计提供新的理论基础