无纺土工织物过滤黏性土的长期渗透试验研究

为研究无纺土工织物过滤黏性土在长期渗流条件下的反滤特性,采用不同单位面积质量(克重)的无纺土工织物和淤泥质粉质黏土,通过长期渗透试验,测量了土-无纺土工织物体系渗透系数随时间的变化过程,分析了渗透系数随时间的变化规律,探讨了土工织物滤层的反滤特性,并结合已有的无纺土工织物渗透系数的计算公式,提出了计算过滤后无纺土工织物渗透系数的等效孔隙率法．结果表明：土-无纺土工织物体系渗透系数随着渗透时间持续减小并趋于稳定,与时间之间符合幂函数关系;无纺土工织物滤层的透水性用渗透系数来表征,其被土粒堵塞后的孔隙率决定了渗透系数的大小;基于等效孔隙率的简化方法,计算过滤后无纺土工织物的渗透系数下降了一个数量级,但仍满足反滤准则中的透水性要求;建立的渗透系数随时间变化的幂函数关系式可以较好地反映无纺土工织物滤层的堵塞情况和透水性．     

砂垫层-土工织物复合滤层反滤特性试验研究

为减轻尾矿库中土工织物滤层的物理淤堵,保障尾矿库安全运行,在尾矿砂与土工织物滤层之间设置了一层砂垫层,形成砂垫层-土工织物复合滤层．通过梯度比试验,验证了砂垫层减轻土工织物滤层物理淤堵的效果,分析了砂垫层的粒径对复合滤层反滤性能的影响,揭示了砂垫层-土工织物复合滤层的工作机理．试验结果表明：在土工织物与尾矿砂之间设置合理的砂垫层后,土工织物的淤堵程度降低,砂垫层可有效阻止土工织物表面低渗透性滤饼的形成．复合滤层排水能力明显高于土工织物滤层,随着砂垫层粒径的增大,复合滤层的流量逐渐增大并趋于稳定．为使复合滤层同时具有良好的保土能力、透水能力和长期抗淤堵能力,建议砂垫层特征粒径D15与尾矿砂特征粒径d85的比值为10左右．     

无纺土工织物在不同压力下孔径分布与透水性的研究

本文给出了针剌无纺土工织物在压力状态下的渗透性和孔径分布的试验成果,以及针刺无纺土工织物孔径随压力变化的曲;指出了低压力区孔径、渗透性随压力变化梯度大的共同规律;阐明低压区针刺无纺土工织物渗透变化大的机理;对水工建筑物中用织物排渗的透水性要求提出了建议.     

无纺织物过滤黏土的梯度比试验及机理研究

采用2种土工织物和黏土进行梯度比试验,并通过试验后黏土试样微观结构的电镜扫描,从微观上认识土工织物过滤黏土机制。结果表明:在土工织物过滤黏土的过程中,初期梯度比会快速上升,达到峰值后,织物-黏土体系淤堵情况逐渐缓解,透水性相对改善,梯度比下降并趋于稳定;在过滤过程中靠近织物的黏土中会发生细颗粒穿过土工织物逃逸的现象,这是织物-黏土体系的透水性改善的内在机制;过滤后的黏土主要以聚粒形式存在,结构较疏松,在靠近织物的黏土中出现较大的孔隙;不同孔径和工艺的土工织物过滤黏土机制相同,但淤堵程度不同。     

防淤堵滤层新材料的开发与性能

为了满足实际使用过程中对过滤性能和机械性能两方面的要求，设计开发了一种防淤堵滤层新材料，它是具有双层结构的针刺非织造土工织物。其中一层由较细的纤维组成，使土工织物具有优良的过滤性能；另一层由较粗纤维组成，提供土工织物的机械性能。通过实际测试并与常规土工织物进行对比得出，该防淤堵滤层材料具有较大的特征孔径和垂直渗透系数，能够满足防淤堵要求，而且在生产工艺相同的条件下，其机械强度也优于常规土工织物，是一种很有发展前景的新型土工材料。同时，还探讨了针刺密度对土工织物各项性能的影响。     

土工织物联合真空预压对加固疏浚淤泥地基固结性能的影响

传统真空预压法采用预制竖向排水板（PVDs）处理疏浚淤泥已经广泛应用于工程实践中,但是在真空预压过程中PVDs周围严重的淤堵效应会引起加固土体不均匀沉降和土体侧向位移较大等现象,这严重阻碍了PVDs在吹填淤泥地基处理中的应用。本文通过室内模型试验,研究了土工织物与PVDs联合处理疏浚淤泥对减缓PVDs淤堵效应和土体侧向位移较大的影响。通过对比分析不同土工织物间距和直径大小对加固土体的表面沉降、超孔隙水压力和土体侧向位移等方面的影响,试验结果表明该方法对缓解以上问题具有明显效果。进一步地利用Plaxis数值模拟软件,假设将室内模型试验中圆形土工织物的直径等效为等长度的PHDs进行模拟,模拟结果与实测结果吻合良好,验证了本文提出的假设方法是可行的。在数值模拟中,通过不断改变PHDs长度和间距以及PVDs的直径大小并对模拟结果进行分析,间接地建立排水板等效直径(dw)与以上变量之间的关系,从而对土工织物联合真空预压在工程实践中的应用提供参考。     

粘土颗粒等效孔径的算法研究

非饱和土中随机复杂的孔隙特征,对土体的工程性质产生重要的影响。为研究土体微观特性,以不同黏粒含量的江西重塑红粘土为研究对象,进行土-水特征实验和土样一维毛细上升实验。研究得到土样孔隙分布情况,提出粘土颗粒等效孔径的算法公式,给出增量步取值方式并详细介绍了算法过程;验证了等效孔径公式的合理性,实现了微观结构的定量化;同时为最大毛细上升高度的计算提供了一种有效的方法。     

粉砂土抗剪强度黏粒含量效应

为分析黏粒含量对遗址土抗剪强度特性的影响规律及其形成机理,以遗址粉砂土为研究对象,用常规直剪仪开展不同黏粒含量的慢剪试验,并对部分土样进行微观试验.直剪试验结果表明,黏粒含量从0增至25％的过程中,抗剪强度显著提高,黏聚力呈两段折线型增长(拐点位于黏粒含量10％处)特征,高、低应力段的差值逐渐减小直至基本相同,而内摩擦角则随黏粒含量增加而减小;在试验干密度和黏粒含量范围内,粉砂土按照规范法拟合所得低应力段的抗剪强度大于实测值,用于土遗址稳定性等分析时偏于不安全.结合扫描电镜试验结果,认为造成土样黏聚力随黏粒含量呈折线型变化的主要原因是,当黏粒含量大于10％后,遗址土土性从"类砂土"向"类黏土"转变,受力骨架由砂颗粒向"黏粒网架"过渡.     

充填土袋受力和变形特性离心模型试验研究

利用疏浚土及吹填泥作为充填料的土工织物充填袋筑堤技术得到极大关注.针对连云港疏浚土,采用土工离心模型试验技术,研究黏粒含量对充填土袋受力和变形的影响以及充填袋水平排水效果.试验结果表明,充填土袋沉降主要发生在施工期,竣工后沉降变化很小,施工期充填土的孔隙水压力和充填袋的应变明显增大,竣工期达到最大,随后缓慢减小,不排水强度随深度增大.沉降和孔隙水压力随粘粒含量的增加而增大,不排水强度随粘粒含量的增加而减小.充填袋水平排水效果达10%~15%,充填土袋筑堤,充填土的黏粒含量应小于20%.     

微生物固化含黏粒花岗岩残积土的强度机理研究

微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)可以改善花岗岩残积土的工程力学特性,但其固化效果受黏粒含量的影响较大。在花岗岩残积土中掺加不同黏粒进行MICP固化试验,对固化后的土样测定其碳酸钙含量,并进行无侧限抗压强度试验,研究不同黏粒含量对固化效果的影响。在此基础上,开展了固化后试样的核磁共振试验(NMR),从细观角度研究黏粒含量对花岗岩残积土的固化机理。结果表明：微生物固化土样的强度主要包括土体骨架强度和碳酸钙胶结强度两部分,前者受土体自身孔隙率影响,后者则通过碳酸钙晶体的沉积量影响固化土样的强度;随着黏粒含量的提高,试验土样内孔隙率缩小,碳酸钙的沉积量也随之减小,固化后的强度提高不明显;掺加适量的红黏土(最优黏粒含量为60%),在不改变土样其他性能条件下可以获得较高的固化强度。     

垃圾填埋场排水层淤堵实验特征

垃圾填埋场运行过程中,渗滤液的渗流和生物化学作用,不断影响和改变着排水层的渗透性能.以不同粒度成分的砂砾排水层为研究对象,模拟填埋场渗滤液的渗流,探索性地将化学实验方法应用于渗滤液排水层渗透能力评价中.实验发现,渗滤液中挥发性脂肪酸的发酵产物(碳酸)与金属离子发生化学反应是淤堵物生成的主要原因,而生物膜的生长和固体悬浮物的沉聚是次要原因.淤堵物的主要化合物成分是碳酸钙和二氧化硅,主要元素组成为Ca、Si、Fe、Mn、Zn、Mg等.淤堵物的成分及其相对含量与排水介质粒度成分无关,但排水介质的有效粒径越大,生成淤堵物的总量越多.建立了排水层渗透性(K)与渗滤液水质(COD)、排水层结构(avρgl·d10和排水孔隙度)间关系的淤堵模型.     

细颗粒含量对海洋性土的力学性能影响规律研究

通过制备重塑土样,进行一系列的三轴固结不排水剪试验、一维固结压缩试验和渗透试验,揭示了小于0.075 mm粒径的砂含量以及伊利石土含量对于海洋土的力学性能的影响规律。实验结果表明:砂土样的应力应变曲线都呈应变软化型,土样不排水剪切强度、残余强度与细颗粒含量有较强的相关性;对于加伊利土土样,伊利土含量为10%是土样的强度性质临界值,当其小于10%时,土样性质主要由砂土决定,呈现应变软化特性;当伊利土含量大于临界值(10%)时,土样性质由伊利土含量主导,呈现应变塑性硬化特性;土样压缩性质和渗透性质与细颗粒含量均有较强的相关性:随着细颗粒含量的增加,土样压缩模量E_s和渗透系数K均减小。研究结论为海洋桩基等工程的设计提供了参考。     

过渡型细粒土击实特性及基质吸力试验研究

级配呈现过渡特征的土被称为过渡土.路基填料中过渡型细粒土的击实特性不同，且力学性能受基质吸力的影响较大.根据试验标准(ASTM D698-12),进行标准击实试验，得到最优含水率和最大干密度.对试验土样，分别使用露点水势仪和高量程吸力计量测击实前后土样的基质吸力.结果表明：过渡土中黏粒含量的增加使路基填土压实特性不同，过渡土的最大干密度随着黏粒含量的增加而减小，过渡土的最优含水率随着黏粒含量的增加而增大；在击实曲线湿侧时击实土的基质吸力接近于0;击实后过渡土的基质吸力呈现过渡特征，当认为过渡土中的水分被黏粒完全吸收后，过渡土的吸力-含水率可以拟合为一条曲线，即吸力-黏土含水率曲线；在压实前的松散土颗粒的吸力量测中，也得到近似的试验结果.     

细颗粒含量对海洋性土力学性能影响规律的实验研究

通过制备重塑土样,进行一系列的三轴固结不排水剪试验、一维固结压缩试验和渗透试验,揭示了小于0.075 mm粒径的砂含量以及伊利石土含量对于海洋土的力学性能的影响规律。实验结果表明:砂土样的应力应变曲线都呈应变软化型,土样不排水剪切强度、残余强度与细颗粒含量有较强的相关性;对于加伊利土土样,伊利土含量为10%是土样的强度性质临界值,当其小于10%时,土样性质主要由砂土决定,呈现应变软化特性;当伊利土含量大于临界值(10%)时,土样性质由伊利土含量主导,呈现应变塑性硬化特性;土样压缩性质和渗透性质与细颗粒含量均有较强的相关性:随着细颗粒含量的增加,土样压缩模量E_s和渗透系数K均减小。研究结论为海洋桩基等工程的设计提供了参考。     

砂土中黏粒含量对渗透性的影响

边坡滑动、地基液化等灾害现场土体中都含有一定含量的黏粒,且黏粒对砂土液化影响显著,因此研究不同黏粒对砂土力学特性的影响具有重要的工程意义。通过常水头渗透与变水头渗透试验,测定了纯砂及掺入不同黏粒后砂土的渗透系数。探讨了干密度、孔隙比与渗透系数之间的关系,分析了不同种类黏粒的砂粒间孔隙比对砂土渗透系数的影响。结果表明:黏粒含量越大,砂样的渗透系数越小;膨润土较高岭土对砂土渗透系数的影响更为显著;含黏粒的砂土砂粒间孔隙比随着黏粒含量的增加而增大。     

土工织物加筋法加固软基边坡的效果分析

通过构造软基边坡概化模型,利用有限元软件PLAXIS分析土工织物在不同软基深度下边坡中的加固效果,主要将整体安全系数、竖向位移与水平位移进行对比分析,分析结果表明土工织物加筋法,可明显提高边坡的整体稳定性、减小地基的不均匀沉降和限制侧向变形.当软基厚度较薄时,土工布的铺设可大大提高边坡的整体稳定性,但是位移的减小程度不明显;对于软基厚度较大,加固效果与软基厚度较薄时恰好相反;而且,多层土工织物的铺设对于边坡稳定性的提高并不明显.     

黏粒含量对粉质黏土土水特性影响的试验研究

粉质黏土分布广泛,其土水特性受黏粒含量影响显著。为揭示黏粒含量对粉质黏土土水特性的影响规律,采用离心机对不同黏粒含量粉质黏土进行脱水条件下土水特性测试试验。首先,制备六组干密度相同的不同黏粒含量粉质黏土试样,并通过密度计与筛分联合测定法获得试样颗粒级配曲线和黏粒含量。然后,通过调节离心机转速得到不同基质吸力对应的土样总质量与含水量,并基于Van-Genuchten模型拟合土样土-水特征曲线,进而分析黏粒含量对土-水特征曲线的影响。研究结果表明:(1)不同黏粒含量粉质黏土的体积含水率均随基质吸力增加逐渐减小且变化趋势基本一致:当基质吸力小于20 k Pa时,含水率接近饱和含水率,大于20 k Pa后含水率随基质吸力增加快速减小;(2)黏粒含量越高,粉质黏土持水能力越强,土体含水率越大,含水率受黏粒含量增加影响的程度呈现先增大后减小的趋势;(3)相同基质吸力条件下,黏粒含量越高,土体含水率越大,在基质吸力大于80 k Pa后不同黏粒含量土样的含水率相差越来越小;(4)残余含水率偏高,吸附的水分仍达到其饱和状态含水量的40%左右。这为进一步进行非饱和粉质黏土软基的水力特性评估提供了技术支持。     

高原水库松散坝基防渗方案设计

对高原水库松散坝基的渗漏问题调查研究,开展松散坝基土体天然及击实情况下渗透-淤堵试验研究,得出添加淤堵材料可有效提高水力梯度,降低土体的渗透系数。结合渗透-淤堵试验结果,建立高原水库松散坝基防渗模拟方案,对无防渗、长度分别为70m、140m、175m、210m的水平铺盖、淤堵、击实及击实淤堵八种方案的渗漏量、坝基等势线分布、坝基水头值、流速值等分析,得出水平铺盖虽可减少坝基渗漏量,但投资较高;淤堵可减缓坝基的渗漏现象,但不能根本解决坝基渗漏问题,击实淤堵可将防渗效果和减小投资兼具,推荐击实淤堵为最优防渗方案。以上试验及模拟工作可为该类松散坝基防渗减渗工作提供依据。     

西藏卓玉水库松散坝基防渗方案设计

对高原水库松散坝基的渗漏问题调查研究,开展松散坝基土体天然及击实情况下渗透-淤堵试验研究,得出添加淤堵材料可有效提高水力梯度,降低土体的渗透系数。结合渗透-淤堵试验结果,建立高原水库松散坝基防渗模拟方案,对无防渗、长度分别为70 m、140 m、175 m、210 m的水平铺盖、淤堵、击实及击实淤堵八种方案的渗漏量、坝基等势线分布、坝基水头值、流速值等分析,得出水平铺盖虽可减少坝基渗漏量,但投资较高;淤堵可减缓坝基的渗漏现象,但不能根本解决坝基渗漏问题,击实淤堵可将防渗效果和减小投资兼具,推荐击实淤堵为最优防渗方案。以上试验及模拟工作可为该类松散坝基防渗减渗工作提供依据。     

圆中环沉沙排沙过滤池的试验研究

新疆呼图壁河含沙量较大,不满足工业用水的需要,故增设了圆中环沉沙排沙过滤池,它的过滤池由32个滤水槽组成。采用断径砂逆向分层铺设于滤水槽反滤的方式,探讨了不同反滤层的击穿情况与过滤效果,试验发现:当有大颗粒的断径砂时,反滤层不易被击穿,且流速随着角度的增大而增大;其过滤效果与初始浊度和水位差有关,在工程中运用时,应控制好这两个参数。当输沙率达到1.20kg/s后,沉沙池内部水流较为浑浊,汇流槽出水量也逐渐变小,逐渐降低至总出水量的64.8%,故滤水层的淤堵程度达到了总出水量的35.2%。