前言
了解和掌握海洋土工程特性是海洋工程建设的前提。海洋资源与海洋空间的开发利用是全球经济的增长点。我国是海洋大国,截止到2015年年底,港口吞吐量连续14年居世界首位,累计围海造陆近1Ʊ0万km2,油气增量80%来自海洋、开发水深已达1480m,近海风能技术经济可开发量达2亿kW,开发潜力巨大。海洋地质资料获取困难,加上海洋环境复杂多变,在我国港口海岸与海洋工程发展历程中出现了许多由于地基不稳定导致的工程事故,如长江口导堤地基的失稳破坏、天津港吹填造陆区域的滑坡、渤海中平台的过度沉降等。这是由于对海洋土场地、强度、变形和承载特性的认识不清、理论储备不足所致。因此开展海洋土工程特性研究,对我国港口、海岸及海洋工程的设计、施工与运行安全具有十分重要的意义。
土体的工程特性涉及其场地特性、强度特性、变形特性及地基稳定性。与陆地工程相比,海洋环境条件复杂多变,常用的土体原位测试方法在海上无法开展或难度巨大,如何有效获取海洋土体原位工程特性是海洋工程建设的首个技术难题。静力触探(CPT)与十字板(FVST)实验是海上获取土体原位静强度的主要方式。受到海上环境条件与测试手段的限制,通常测试数据稀少,因此构建随机场模型与科学的数据解析相结合是准确获取工程设计参数的有效途径。海洋工程经受波浪、地震等循环动力荷载作用,海洋软黏土在循环荷载作用下会出现强度弱化现象,导致地基失稳,定量评价海洋土的强度弱化程度并实现有效控制是海洋工程长期稳定的根本保证。海洋土变形特性研究也是地基稳定性的重要方面,伴随大规模的围海造陆工程对吹填软土的研究不断深入,吹填土明显不同于天然沉积土层,含水率极高、孔隙比超大、强度极低,处于欠固结的流塑状态,揭示深厚吹填土的渗透固结特性,提出有效的地基加固措施及快速筑路技术,是保证新增陆域长期稳定的理论关键。对应不同基础结构地基的稳定性具有不同的分析方法。近年来,为了满足特定的使用功能和海上施工条件,一些新型的海洋基础形式应运而生,在海上风、浪、流等复杂多维静动力耦合荷载作用下的地基稳定性评价是保障工程安全的关键技术。
天津大学于20世纪80年代,结合我国港口工程与海洋工程的建设,开始研究近海与海洋软土的工程特性及其相关问题,研究内容不仅包括土体的常规物理力学特性、原位测试方法、原位强度分布规律、地基沉降与承载力计算、软基加固方法等,更是解决了众多的工程技术难题。例如:由于对土体原位测试数据解析的偏差导致的岸坡稳定计算安全系数偏小,由于未考虑软土在循环荷载作用下的强度弱化导致的地基失稳等。本书是在总结作者及所在团队近30年来在海洋土工程特性研究方面的成果基础上撰写而成。
全书共分为11章,包括海洋土工程特性研究概况,土性剖面的随机场模型,海上静力触探测试技术,现场十字板强度解析,循环荷载作用下海洋土的强度弱化,吹填超软土的渗透固结特性,吹填超软土的流变特性,吹填土快速加固技术,大型充灌袋挤淤筑路技术,复合筒型基础的地基承载力,防沉板基础的地基承载力等。
本书由刘润、闫澍旺、邱长林、孙立强、李飒、陈广思撰写,为本书付出辛勤劳动的还有郭绍曾、刘孟孟、马鹏程、梁超、马文冠、王秀妍、郭欣玥等。感谢国家重点基础研究计划(973计划2014CB046802)、国家自然科学基金优秀青年科学基金(51322904)对本项研究工作的支持,同时感谢中交天津港湾工程研究院有限公司、天津市北洋水运水利勘察设计研究院有限公司对我们科学研究工作的支持及为本书提供的宝贵工程资料!
由于作者的学识和水平有限,难免存在疏漏、不妥或错误之处,诚恳希望读者与专家指正。
作 者
2016年3月于天津大学