1.5 研究思路、方法与内容

1.5.1 研究思路与方法

本书通过珠江三角洲软土的区域特性及其成因机理分析, 确定其主要工程性质的物质因素和微观结构因素, 明确不良工程特性的内在根源, 为改良软土性质提出可行的手段和途径。通过试验手段创新 (宏、微观试验手段结合及多种微观试验手段结合), 以软土强度、渗流固结、渗流特性的微细观试验分析为基础, 基于颗粒-水-电解质系统, 将电势方程简化成圆孔渗流物理模型方程并进行求解, 进一步考虑微电场效应下电场力和孔隙水黏度的共同作用; 将圆孔渗流物理模型求出的理论曲线与实测渗透系数随表面电位变化的试验曲线进行比较, 分析微电场和结合水对软土渗流的影响, 验证理论模型的合理性。通过建立基于微观分析的固结方程,与太沙基固结方程的结果及试验数据进行比较, 据此给出微观机理的解释, 把微观土力学的研究从目前定性层次推进到定量分析的先进水平。尝试建立基于微观渗流固结理论为基础的软土处理新技术, 为珠江三角洲地区大量淤泥和污泥的资源化利用及大面积软土地基加固处理提供新的技术方法和工艺。同时, 结合实际工程案例对软土地基稳定性进行评价分析,提出地基沉降防治的对策与措施。

本书主要研究方法如下。

(1)对人工软土和天然软土试样进行微细观测试。利用乙二醇乙醚吸附法 (即EGME法)测试试样的总比表面积; 利用乙酸铵交换法测试试样的阳离子交换量 (CEC); 利用压汞法 (即MIP法)和环境扫描电镜 (即ESEM法)测试试样的孔隙分布及其他特征参数。人工软土的成分包括高岭土、膨润土黏土矿物及石英和长石非黏土矿物, 天然软土主要包括南沙淤泥、金沙洲淤泥质黏土、番禺淤泥、广州粉质黏土和深圳淤泥质土。

(2)珠江三角洲软土工程性质的成因与微观因素分析。统计分析珠江三角洲软土的物理力学指标; 分析软土性质和特性的外部成因; 根据物质成分分析和微观结构测试, 分析软土性质和特性的微观机制和成因。

(3)软土强度特性的试验研究。以人工软土、广州粉质黏土和南沙淤泥为试验样本, 制备不同矿物成分、孔隙液离子浓度和含水量的试样, 并进行直剪试验。分析矿物成分、表面电位和结合水含量变化对试样强度特性的影响, 从微细观角度对软土强度特性的影响因素进行解析。

(4)软土固结特性的试验研究。以番禺淤泥和深圳淤泥质土为试验样本,利用MIP试验和ESEM试验研究天然软土在固结前、固结过程中的孔隙变化特征, 分析微结构影响因素, 并将MIP和ESEM两种显微测试技术进行比较。

(5)软土的流变特性的试验研究。以人工软土和天然软土为试验样本, 主要通过直剪蠕变试验方法研究相同的室内试验条件下, 黏土矿物、有机物、氧化物、含水量对软土流变性质的影响。

(6)软土渗流特性的试验研究。以人工软土和天然软土为试验样本,制备不同矿物成分、孔隙液离子浓度的试样, 利用南55型渗透仪和常规固结仪分别进行常水头渗透试验和渗流固结试验, 测试出各种试样的渗透系数。通过定量研究渗透系数与矿物成分、孔隙液浓度和水力梯度等参数的相关关系, 结合MIP法研究孔隙大小及尺度特征等对渗流固结特性的影响并分析其微细观机理。

(7)建立软土渗流的微观理论模型。基于颗粒-水-电解质系统, 将Poisson-Boltzmann电势方程简化成圆孔渗流物理模型方程, 并求解; 在已有渗流物理模型基础上, 进一步考虑微电场效应下电场力和孔隙水黏度的共同作用, 将圆孔渗流物理模型求出的理论曲线与实测渗透系数随表面电位变化的试验曲线进行比较, 分析微电场和结合水对软土渗流的影响, 验证理论模型的合理性。

(8)基于微观试验的软土固结特性分析, 建立基于微观分析的固结方程, 将求解结果与太沙基固结方程结果、试验数据进行比较, 给出软土渗流固结特性微观机理的解释。

(9)收集区域地质、地质构造、水文地质、工程地质、环境地质、地质灾害调查等资料及开展地质调查, 对影响区域软土分布的地质成因、地质构造、不良地质体、地形地貌条件等进行研究, 综合分析区内软土地带地基稳定性, 做出初步评价。