堆场疏浚泥颗粒分选规律及机理

为了确定大面积高含水率疏浚泥堆场的处理面积和选择经济、合理的处理技术,对吹填时堆场内疏浚泥颗粒的分选规律及机理进行了研究.系统调查了南水北调东线江苏段金宝航道N1疏浚泥堆场,并对距离吹填口不同位置、不同深度的疏浚泥进行取样.土样的颗粒分析试验结果表明:堆场内疏浚泥颗粒粒径随着距吹填口距离的增大而减小,黏粒(d<5μm)含量沿程逐渐增大,粒径大于10μm的颗粒含量沿程逐渐减小,粒径介于5～10μm之间的颗粒含量沿程基本保持不变,在水平方向表现出明显的分选性;疏浚泥颗粒在垂直方向上分选性较弱,且分选规律较差.以泥沙运动力学和高含沙水流运动学为理论基础,通过分析吹填过程中不同粒径的颗粒在堆场内的运移规律,对堆场疏浚泥颗粒的分选机理进行了探讨,明确了疏浚泥浆的含水率、颗粒级配、尺寸以及水动力条件等是影响疏浚泥颗粒分选的主要因素.     

吹填中疏浚泥颗粒运移及分选若干关键问题的探讨

为了确定处理面积和选择合理的处理方法,以节约工程成本和达到良好的处理效果,需要对吹填时疏浚泥颗粒在堆场内运移及分选的规律进行研究。以泥沙运动力学为理论基础,结合南水北调东线江苏段淮安金宝航道N1疏浚泥堆场的现场调查和试验结果,对吹填时疏浚泥颗粒运移及分选若干关键问题(如堆场分区、疏浚泥分层特性、疏浚泥沉降行为、疏浚泥流体类型等)进行了深入的探讨,得出如下结论:①美国的疏浚工程手册EM1110-2-5027以粒径0.075 mm将堆场分为粗颗粒区和细颗粒区是合理、可应用于国内疏浚工程实践的,颗粒分选发生于细颗粒区;②吹填过程中堆场内上层泥浆一般为牛顿体和过渡区流体,淡水环境下颗粒的沉降行为主要为絮凝沉降,颗粒运移及分选主要发生于上层泥浆中,参与分选的颗粒主要为悬移质;③疏浚泥颗粒分选是在一定的水动力条件和堆场边界条件下,细颗粒在液相泥浆中运移时,由于粒度的差异而产生的分区域沉降行为。     

高含水率疏浚泥自重沉积过程中颗粒分选规律

通过疏浚泥自重沉积试验,对沉积结束后的疏浚泥进行分层取样,并进行颗粒粒径分析,探讨高含水率疏浚泥自重沉积过程中颗粒分选规律.试验结果表明:初始含水率越高,液限、黏粒质量分数越低,土样越容易发生分选.导入分选度定量评价疏浚泥的颗粒分选程度,建立了分选度随初始含水率变化规律模型,该模型中将土样随初始含水率由低至高分为3个阶段:不分选阶段、分选度增长阶段和分选度稳定阶段,并给出了临界含水率的变化趋势.另外,对于初始状态处于分选度稳定阶段的疏浚泥,分选后的黏粒质量分数沿深度呈分段线性分布,且与初始含水率无关.     

快速泥水分离技术处理疏浚泥效果分析

为了探讨快速泥水分离技术处理疏浚泥的效果，本文依托泰州引江河二期工程，开展了泥水快速分离大尺寸现场试验，测试分析了疏浚土吹填过程中和吹填完成后排泥场内不同位置的疏浚泥含水率、不排水抗剪强度的变化规律。结果表明：泥水分离排水系统能够在吹填施工期内快速排除排泥场表面水和吹填泥浆中水分，大幅度提高了排泥场库容利用率；同时，能够在吹填结束后快速提高疏浚泥排泥场的地基承载力，大幅度缩短了排泥场占地的时间。     

低有效应力状态下疏浚泥不排水强度试验研究

运用平板贯入剪切法对自重固结后的高含水率疏浚泥进行不排水强度试验,探讨低有效应力状态时试验结果表明,疏浚泥自重固结后的不排水强度随含水率的增加而非线性降低。在相同含水率时,自重固结后的不排水强度显著大于重塑状态时的不排水强度。同时高含水率疏浚泥自重固结后的不排水强度随有效应力的变化关系与天然沉积土的强度包线相似,当有效应力小于0.2 kPa时,不排水强度随有效应力的变化较小,当有效应力大于0.2 kPa时,不排水强度随有效应力的增大而增大。     

基于生物炭改良的水泥固化土强度试验研究

为明确生物炭的添加对固化高含水率疏浚泥强度的影响,对含生物炭的固化高含水率疏浚泥开展了一系列的无侧限抗压试验,探讨了不同养护龄期下生物炭添加对固化高含水率疏浚泥强度规律的影响。试验结果表明:和不含生物炭的固化疏浚泥相比,相同养护龄期下生物炭的添加将引起固化疏浚泥无侧限抗压强度的增加,且增加幅度随生物炭掺量的增加而增大。此外,随着养护龄期的增大,生物炭添加引起固化疏浚泥强度性状的改变幅度也是逐渐增大的。最终,固化疏浚泥的破坏应变表现出增加的变化趋势,含生物炭的水泥固化土的破坏应变比不含生物炭的水泥固化土更大,破坏形态更明显。     

单一粗颗粒影响下的矿岩颗粒体系三维力链演化特征

针对现有放矿研究中未充分考虑粗颗粒影响的问题,基于滚动阻抗模型开展放矿数值试验,对不同粒径和位置单一粗颗粒影响下的矿岩颗粒体系三维力链宏观分布、数量、平均强度、准直性、长度以及方向等演化特征进行量化研究。研究结果表明：1)针对0.3～0.8 m的三维矿岩细颗粒体系,仅当粗细颗粒粒径比大于6.0且粗颗粒处于矿岩颗粒剪切带区域时,单一粗颗粒的存在才会导致粗颗粒一侧的松动体形态产生明显变异,引起局域细颗粒的提前移动。2)粗颗粒能够产生力链聚集效应,显著提高其四周局域内力链分布密度、力链接触数占比以及力链平均强度,而对力链准直性无显著影响。3)无论是否存在粗颗粒,在各放矿阶段局域内力链概率均随其长度增加而呈负指数函数形式减小;从统计意义的角度而言,力链最大长度均不超过10。4)当粗颗粒及其四周细颗粒未产生松动时,粗颗粒的存在可显著提高局域力链方向各向异性程度;当粗颗粒及其四周细颗粒产生松动后,其局域力链方向各向同性程度不断提高,局域力链方向逐渐向放矿口方向集中。     

海水环境下高含水率疏浚淤泥自然沉积规律研究

我国近海岸工程中每年都会产生大量疏浚淤泥,了解海水环境下疏浚淤泥自然沉积规律是疏浚淤泥堆场处理时提高堆场储存效率的前提。通过开展不同盐度下疏浚淤泥自然沉积试验,探讨盐度对疏浚淤泥沉积规律的影响,明确海水环境下疏浚淤泥的沉积规律。试验成果表明,在海水环境下泥浆的沉降曲线可分为区域沉降与固结沉降两种类型,区域沉降分为阻碍沉降与自重固结两个阶段。泥浆自然沉积过程中泥面在初始阶段的沉降速率与盐度密切相关,随盐度的增加而增加。海水环境下土的初始结构形成时的含水率在5~9倍液限间,并且随盐度的增加而降低。     

基于离散元理论的自然崩落法放矿细颗粒渗移过程研究

为探讨自然崩落法放矿过程中废石细颗粒的渗移规律及诱因,利用离散元软件EDEM分别从粗细颗粒数量比、直径比及矿岩含水率三个方面对细颗粒的渗移过程进行模拟,并设置标志颗粒对不同区域的相邻粗细颗粒进行跟踪。研究结果表明：放矿提前贫化率随粗细颗粒数量比的增大不断降低;废石细颗粒渗移速率随粗细颗粒直径比的增大而增大,且受含水率影响显著;相邻位置的细颗粒的渗移速度大于粗颗粒的下降速度。研究结果为进一步探讨矿石损失贫化、确定采场结构参数及优化放矿管理制度提供理论支持。     

采空区充填体强度分布规律试验研究

针对2种不同充填下料口位置,通过相似模型浆体充填试验,分析采空区充填浆体流动沉积规律及充填浆体颗粒质量分数分布规律,研究采空区充填体强度空间分布。根据采空区充填体强度分布特征,提出采空区充填体强度评价方法。研究结果表明:充填体强度受浆体颗粒质量分数影响,粗颗粒质量分数越大,其单轴抗压强度越大;充填浆体在流动沉积过程中,颗粒分布不均匀导致其充填体强度分布不均匀;在流动方向上,充填体强度分布基本符合正太分布规律,离充填口距离越大,粗颗粒质量分数越小,细颗粒质量分数越大,其充填体强度越小;在沉积方向上,充填体强度呈线性变化规律,随高度增加,粗颗粒质量分数降低,细颗粒质量分数增加,其强度线性降低;在采空区充填区域同时存在强度增强和损失区域,但只要该区域充填体强度大于规定的有效强度,即认为充填达到标准要求。     

海水环境下高含水率疏浚泥不排水强度特性研究

通过采用高精度的十字板测试仪开展不同盐度下疏浚淤泥不排水强度试验,探讨盐度对疏浚淤泥不排水强度的影响规律,明确海水环境下疏浚淤泥的不排水强度特性。试验成果表明,海水环境下,高含水率疏浚泥的破坏方式可分为应变硬化形和应变软化型两种。盐度对疏浚泥不排水强度的影响程度随土样液限的增加而增加,盐度小于2%时,疏浚泥不排水强度随盐度的增加而降低较大,盐度大于2%时,疏浚泥不排水强度随盐度的增加变化较小。最后,将海水环境下疏浚泥的液限作为归一化参数归一化疏浚泥的不排水强度,并获得海水环境下高含水率疏浚泥不排水强度的预测公式。     

粗颗粒土静力压实特性的试验研究

研究粗颗粒土的压实特性随级配和含水率的变化规律,对工程实践具有重要的指导意义.以大石峡土石坝的筑坝料为研究对象,借助分形级配方程,分别进行了不同级配粗颗粒土的相对密度试验和不同级配不同含水率粗颗粒土的静力压实试验,研究了级配和含水率对试验土料压实特性的影响规律.结果表明,当含水率达到最佳时,粗颗粒土达到最大干密度,超过最佳含水率时反而不利于粗颗粒土的压实;由静力作用得到的干密度和动力作用得到的最大干密度随分形维数的增加呈现相同的变化趋势,均在分形维数为2.62时出现极值点,对应的级配为最优级配.将最优分形维数取为2.60,并通过一些工程堆石料的级配曲线验证了其合理性.研究结论可为填方工程中填筑料的加水量控制和级配设计提供可靠的理论依据.     

单一粗颗粒影响下的松动体形态演化特征试验研究

在崩落矿岩颗粒流动过程中,粗颗粒的存在会影响散体的运移特性和规律。针对现有放矿研究中未充分考虑粗颗粒影响的问题,基于自主设计的矿岩颗粒体系非接触式放矿监测与分析系统开展一系列放矿试验,对比手动圈绘与Image Pro Plus(简称IPP)软件圈绘这2种方式所得松动体(IMZ)形态及松动体高度与最大半径的关系,从定性和定量两个方面验证IPP圈绘在放矿试验中的可靠性,并探究粗颗粒对松动体形态及其四周细颗粒运移特性的影响。研究结果表明：IPP软件可更高效、便捷地自动圈绘松动体。粗颗粒会对四周局部细颗粒位移产生显著影响,且相较于上方细颗粒,粗颗粒对下方细颗粒的影响更大。当松动体经过粗颗粒时,粗颗粒上方局部区域颗粒位移由幂律分布转变为Logistic分布,粗颗粒下方局域区域颗粒位移由幂律分布转变为波动的无规律分布。单个粗颗粒会对松动体局部形态产生显著影响。当松动体边界经过粗颗粒时,松动体局部形态出现凹陷及不连续弯曲现象。当模型中普通颗粒粒径为3～8 mm时,粗细颗粒粒径比dc/df大于6.0的粗颗粒会引起松动体的形态发生变化。粗颗粒的存在会提高四周细颗粒达到放矿口的速度,其上、下方局部区域分别...     

氯盐和硫酸盐对遗址土体颗粒级配和界限含水率影响的对比

为了探讨盐分对遗址土体颗粒级配和界限含水率的影响,通过室内试验,对洗盐后的素土分别以0(素土),0.2%,0.4%,0.6%,0.8%,1.0%的梯度加入NaCl,Na_2SO_4两种可溶盐,测试特定盐分质量分数和类别的含盐土的颗粒粒径分布和界限含水率的变化.试验结果表明:盐分对遗址土体的颗粒级配有一定的影响,尤其对黏粒占比的变化影响显著,随着盐分质量分数的增大,分布在细粉粒和黏粒范围内的颗粒占比相对减小,分布在粗粉粒和砂粒范围内的颗粒占比相对增加,并且Na_2SO_4盐对土体颗粒级配的影响比NaCl盐的显著;随着盐分质量分数的增大,含盐试样的液限含水率、塑限含水率以及塑性指数均逐渐减小,试样由粉质黏土变为粉土,由于盐分的加入,盐分作为电解质对土粒产生团聚作用,黏粒被吸附,使得试样中黏粒占比相对减少.     

在用共轨柴油机燃用沪四柴油的超细颗粒排放

以一台满足国Ⅲ排放的在用车共轨柴油机为试验样机,采用排气颗粒数量及粒径分析仪,研究了该机燃用国二柴油和沪四柴油欧洲稳态工况(ESC)循环下的超细排气颗粒数量和粒径分布特性.结果表明:ESC循环A,B,C转速工况下,随着发动机负荷的增加,该机燃用国二柴油、沪四柴油的超细颗粒数量排放降低;燃用国二柴油超细颗粒的粒径分布呈双峰对数分布,除怠速工况外,燃用沪四柴油超细颗粒的粒径分布呈单峰对数分布;与国二柴油比较,该机燃用沪四柴油超细颗粒总颗粒数量、核态颗粒数量排放降低,排气颗粒的几何平均粒径增大.     

腾格里沙漠北缘沙丘粒度特征及区域差异分析

以腾格里沙漠北缘沙丘为研究对象,选取不同形态的沙丘类型,进行系统的野外地貌调查,沙丘形态测量和沙丘沉积物粒度分析,研究了腾格里沙漠北缘沙丘的粒度特征以及空间变化规律.结果表明,沙丘沉积物主要由细沙和中沙组成,细沙含量为63.92%,中沙含量为32.82%.平均粒径为2.20Φ,分选系数为0.40~0.68,属于分选好和分选较好的范围.沙丘断面粒度曲线显示,沿主导风向背风坡和迎风坡沉积物粒度呈现微弱变细的规律,且沙丘高度与平均粒径具有较好的正相关性.说明腾格里沙漠北缘沙物质的粒度特征在空间上表现为从物源区向沉积区沉积物颗粒变细、分选性变好的规律.将腾格里沙漠北缘、孟根布拉格和乌力吉苏木3个沙区样品对比,从南向北沿纬度方向沙丘粒度组成中沙、粗沙和极粗沙含量呈现增加的趋势,细沙和极细沙含量呈现减小的特点.以新月形沙丘和沙垄为例,从南向北沿纬度方向新月形沙丘和沙垄同样具有粗沙含量增加,细沙含量减少,平均粒径变粗的趋势.以上变化表明,植被、风况、沙丘高度是控制沙丘形态及粒度变化的重要因素.     

吹填土固结过程中结构与物理性质变化

吹填土的固结过程是土颗粒从无序不规则排列到有序较规则排列,直到絮凝并形成较稳定土结构的过程.在吹填土室内模拟加固试验的过程中,在指定位置和深度采取土样,进行土样的基本物理性质和微结构的测试.对土样微观结构、颗粒粒度、颗粒丰度、颗粒定向性以及宏观基本物理性质变化进行分析.结果表明:深部颗粒团聚程度大于浅部.浅部颗粒水平向的变化大于竖向,深部竖向和水平向的变化程度相似.结构单元体粒径2,μm的颗粒数量不断减小,20,μm颗粒数量不断增加.颗粒丰度有减小趋势.土颗粒定向于某个或某几个方向.定向性和丰度的增加促使颗粒的团聚.该过程是土颗粒由不稳定向稳定状态不断过度的过程.集粒的形成大幅度改善宏观物理性质,表现为含水率的减少和密度的增加.     

水分迁移对高山草甸区非冻结路基土的影响

高山草甸区域内道路冻胀、翻浆等病害大量发生,水分迁移是产生冻胀翻浆病害的主要原因.为了研究初始含水率、细颗粒含量及入流通量对非冻结路基土中水分迁移的影响.依托拉妥至芒康公路改建工程,进行室内试验.结果表明:当土体处于最佳含水率时,不同细颗粒含量的土样毛细水上升高度不同;在一定细颗粒含量范围内,土体总入流量及入流通量随细颗粒含量的增加而增大;当初始含水率为11％时,细颗粒含量为19％的土样总入流量随时间变化曲线表现为"S"形,而细颗粒含量为22％的土样却表现为拱形,说明土样总入流量随时间变化曲线随着细颗粒含量的增加,土样同样出现滞后现象.土体总入流量及入流通量与初始含水率成反比,总入流量随时间变化曲线由拱形变化为"S"形.结果表明高山草甸区的最低路基填筑高度控制在1.5 m以上,能有效防治路基冻胀翻浆.研究成果可对西藏高山草甸区公路建设与养护提供科学的依据和指导意义.     

吸水树脂快速固化高含水率疏浚淤泥试验

为利用吸水树脂快速固化高含水率疏浚淤泥,以树脂和淤泥直接拌和、树脂按不同方式布置于淤泥中的试验为基础,研究树脂使用方式对淤泥状态和质量含水率变化的影响。试验结果表明:树脂与淤泥直接拌和可以提高淤泥的液限和塑限,并能快速将淤泥由流态转变为可塑态,方便淤泥的转运;吸水树脂沿水平或垂直方向布置在淤泥中,能快速将淤泥质量含水率由初始的1.3倍液限降至液限含水率附近;吸水饱和的树脂在30℃左右的环境中烘干后可以循环利用以降低成本;不同的使用方式的吸水树脂对不同状态的高含水率疏浚淤泥的固化效果均较好。     

天津人工海岸吹填土内源污染物分布规律探讨

为了查明人工海岸吹填土中内源污染物的分布规律和影响因素,对天津围海造陆形成的海陆水交换带吹填土的结构成分、渗透性以及总氮、总磷的分布进行了现场取样分析和室内模拟实验.结果表明:受地下水系统渗透性变化作用,内源污染物具有偏向性分布规律,向海侧高于背海侧;受吹填土自身颗粒结构变化以及离子交换、沉淀反应等理化作用,内源污染物表现为吹填久的区域高于新近吹填区.此研究对人工海岸地下水和海水的水质保护具有实际应用价值.