贝壳砂质土程特性及加固方法研究.doc

四四川四四删四Ｙ１５３１８８１ 天津大学博士研究生学位论文 贝壳砂质土工程特性及加固方法研究 Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ Ｓｈｅｌｌ Ｓａｎｄ 博士学位论文 一级学科： ±盔工程 学科专业： 蚩±王程 研究生：韭堡渔 指导教师：闺澍旺熬援 天津大学建筑工程学院 二零零七年十二月 中文摘要 作为世界三大古贝壳堤之一的渤海湾古贝壳堤在国际第四纪地质研究中占有重要位置。但是由于经济所限和重视不足等原因，渤海湾的贝壳堤资源受到严重的自然侵害和人为破坏。为抢救濒帷毁坏的海洋文化遗产，天津市决定建立天津古林古海岸遗迹博物馆，作为天津市科普教育的基地。 博物馆建于贝壳堤上，地下一层为贝壳堤剖面展示区。博物馆建筑过程中要求最大程度上减小了对展示剖面的扰动，并要求贝壳堤展示剖面与已建博物馆在建筑风格上和谐统一；展坑剖面垂直不小于３米，便于充分展示挖掘出的遗迹剖面，并满足做为教育基地和科学研究的要求。上述要求带来以下四个需要研究的课题： 第一，组成贝壳堤的贝壳砂是由海生贝壳及其碎片和细砂、粉砂、泥炭、淤泥质粘土薄层混合而成的组合土，它的岩土力学性能有待深入研究； 第二，如何使贝壳堤展示剖面与已建博物馆在建筑风格上和谐统一，并确保博物馆主体建筑过程中最大程度上减小对贝壳堤展示剖面的扰动； 第三，贝壳砂具有渗透性大、含水量高、结构性差、易风化、稳定性低等特点，在这样的土层中构建展示剖面，需要有可靠的加固方法； 第四，天津市是地震多发区，地震设防烈度为７度，应确保展示剖面在地震多发区长期安全稳定。 本文以天津古贝壳堤为研究背景，通过理论分析、数值计算、室内试验及现场试验，得到如下研究成果： １．对贝壳砂中贝壳的含量进行分析，并测试其岩土工程特性，得到不同含 量的贝壳砂其压缩变形特性和抗剪强度特性，为贝壳堤的稳定分析提供 必需的岩土力学参数。试验并讨论了酸雨和海水侵蚀状态下贝壳砂的耐 久性问题。 ２．贝壳堤展示剖面结合室内环境设计、参观流线等因素，做到贝壳堤展示 剖面与已建博物馆在建筑风格上和谐统一。 ３．通过对主体结构基础型式的优化研究，确保打桩过程、基础开挖过程均 能保护核心展示区原貌，达到最大程度避免扰动贝壳堤展示剖面的目 的，实践证明优化的基础型式安全可靠。４．在对贝壳砂土力学性能研究的基础上，分析了贝壳堤展示剖面的受力特 点，对比了不同灌浆材料的优缺点，选定无毒害、抗紫外线的氰凝浆材 作为灌浆基材，通过野外试验确定了灌浆用量和加固作用范围，并试验 加入不同比例的催化剂和稀释剂达到降低成本、岣咝实募庸绦Ч?工程实践证明贝壳堤展坑的加固方法、施工方案可行。５．利用有限元分析的方法，对展坑的土坡稳定性和地震作用下的稳定性进 行了分析，结果表明，经加固处理后贝壳堤剖面及展坑的整体稳定性得 到了提高，在开挖施工和地震力作用下地基土体的位移及应力明显减 小，满足稳定性要求。关键词：贝壳堤；贝壳砂；灌浆加固；土坡稳定性；地震分析 ＡＢＳＴＲＡＣＴ Ｔｈｅ Ｂｏｈａｉ Ｂａｙ Ｓｈｅｌｌ Ｅｍｂａｎｋｍｅｎｔ，ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ ｌａｒｇｅｓｔ ｓｈｅｌｌ ｅｍｂａｎｋｍｅｎｔｓ ｉｎｔｈｅ ｗｏｒｌｄ，ｉｓ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｑｕａｔｅｒｎａｒｙ ｇｅｏｌｏｇｙ．Ｕｎｆｏｒｔｕｎａｔｅｌｙ，ｄｕｅ ｔｏｅｃｏｎｏｍｉｃ ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｎａｄｅｑｕａｔｅ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ，ｔｈｅ Ｂｏｈａｉ Ｂａｙ Ｓｈｅｌｌ Ｅｍｂａｎｋｍｅｎｔ ｉｓｆａｃｉｎｇ ｄａｍａｇｅ ｂｏｔｈ ｆｒｏｍ ｎａｔｕｒｅ ａｎｄ ｂｙ ｈｕｍａｎ ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ．Ｔｏ ｒｅｓｃｕｅ ｔｈｅ ｏｃｅａｎ ｃｕｌｔｕｒａｌｒｅｌｉｃｓ，ａｓ ｗｅｌｌ豁ｐｒｏｖｉｄｅ ａ ｓｃｉｅｎｃｅ ｐｏｐｕｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｂａｓｅ，ｔｈｅ Ｔｉａｎｊｉｎ ｍｕｎｉｃｉｐａｌｇｏｖｅｒｎｍｅｎｔ ｄｅｃｉｄｅｄ ｔｏ ｅｓｔａｂｌｉｓｈ Ｔｉａｎｊｉｎ Ａｎｃｉｅｎｔ Ｆｏｒｅｓｔ ａｎｄ Ｃｏａｓｔ Ｍｕｓｅｕｍ． Ｔｈｅ ｍｕｓｅｕｍ ｗｉｌｌ ｂｅ ｆｏｕｎｄｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｓｈｅｌｌ ｅｍｂａｎｋｍｅｎｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｆｉｒｓｔ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｆｌｏｏｒ，嬲ｔｈｅ ｐｒｏｆｉｌｅ ｅｘｈｉｂｉｔｉｏｎ ｄｉｓｔｒｉｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓｈｅｌｌ ｅｍｂａｎｋｍｅｎｔ．ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｉｎ ｈａｒｍｏｎｙｉｎ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ ｓｔｙｌｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｍｕｓｅｕｍｓ ａｎｄ ｓｈｏｕｌｄ ａｌｓｏ ｍｉｎｉｍｉｚｅ ｔｈｅｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ ｔｏ ｔｈｅ