高含水率疏浚淤泥透气真空防淤堵模型

透气真空技术解决了传统真空处理高含水率疏浚淤泥存在的淤堵问题,但其防淤堵控制尚缺乏有效分析方法。利用Ruth滤水理论建立了高含水率疏浚淤泥径向排水模型,采用透气真空抽水模型的试验结果验证了模型的有效性。同时,明确了反映淤泥排水层滤水性能的径向平均比阻arav在抽水过程中的变化规律:传统真空抽水形成的淤泥排水层有一个被压密的过程,孔隙结构不稳定,排水管道易发生淤堵;而采用透气真空抽水可以使淤泥排水层形成相对稳定的孔隙结构,有效地防止淤堵现象的发生。     

水平联合竖直排水板真空预压处理工程废浆试验研究

传统真空预压法(VP)在加固工程废浆时存在预制竖向排水板(PVD)易淤堵、周围土体形成土柱以及真空度随深度衰减等问题,考虑到预制水平排水板(PHD)在真空预压法处理软土地基中的特点,提出一种水平联合竖直排水板真空预压(PHD-PVD-VP)处理工程废浆的方法。通过4组大型室内模型试验,对工程废浆加固过程中的排水、沉降以及孔隙水压力进行监测,并借助扫描电镜得到的排水板滤膜微观图片,分析不同初始PHD真空压力下PHD-PVD-VP对工程废浆的加固效果。试验结果表明,PHD-PVD-VP处理工程废浆时减少了土颗粒径向移动速率,延缓“土柱”的形成及缓解土颗粒嵌入排水板滤膜的淤堵效应,提升了土体整体固结效果;40 kPa的初始PHD真空压力使PHD-PVD-VP对工程废浆的排水固结效果最佳,处理后土体的平均含水率和十字板剪切强度分别为40.9%和25.5 kPa,有效地缓解了PHD和PVD的淤堵并改善了土体固结的均匀性。通过微观结构分析发现,PHD初始真空压力的大小同时影响着PHD与PVD滤膜的淤堵情况,从而影响其排水性能,40 kPa的初始PHD真空压力使得两种排水板的排水性能都得到充分发挥。     

建筑废弃泥浆泥水分离过程与效果评价

为明确建筑废弃泥浆泥水分离性能,提高泥浆泥水分离效率,选取有机、无机和复合3种化学絮凝方法,通过室内沉降柱、颗粒级配和扫描电镜试验,对比研究絮凝剂类型和投加量对泥浆泥水分离效果的影响及微观作用机理. 结果表明：有机和复合絮凝剂可有效促进快速泥水分离,有机絮凝剂按调理效果排序（根据上清液体积高低）依次为阴离子聚丙烯酰胺、聚丙烯酰胺、两性离子聚丙烯酰胺、阳离子聚丙烯酰胺和聚二甲基二烯丙基氯化铵,适宜投加密度阴离子聚丙烯酰胺的泥水分离效果最佳,分离泥浆中水的质量分数小于76.8%;无机絮凝剂的泥水分离效果则相对较差;氯化铁和阴离子聚丙烯酰胺联合投加可以提高泥浆调理效果,有效发挥絮凝剂的电中和及网捕-卷扫作用;絮凝剂通过吸附架桥作用使泥浆颗粒发生明显聚集现象,即细颗粒减少、团聚粗颗粒增加. 扫描电镜图显示：原始泥浆颗粒倾向于平行方式沉积,投加絮凝剂使得泥浆颗粒团聚、絮体结构更加致密,揭示了絮凝作用诱发建筑泥浆泥水分离过程的微观机理,为泥浆快速泥水分离技术提供数据支撑和理论依据.     

海南海花岛软基处理工程中真空预压法的改进与机理分析

疏浚淤泥这种超软土地基目前主要采用排水固结法进行加固,然而,工程实践发现,淤堵是一个重要的问题,新型防淤堵材料和施工工艺是研究的热点。依托恒大海南海花岛真空预压处理工程,引入一种应用于超软土地基处理的新型防淤堵真空预压法。该方法是直排式真空预压方法的进一步改进,将防淤堵排水板取代传统排水板,在连接方式上,将无孔钢丝软管取代了水平波纹管,也将传统的包扎捆绑改进成了三通密封接头,枪钉固定。结合施工动态监测和加固后检测,表明了该方法的加固效果和实用性。在此基础上,结合已有的室内模型试验研究,阐述其抽真空过程中在排水板附近防淤堵的原理和改善机制。     

含浅层强透水层堤基的上覆砂层管涌破坏试验研究

堤基中往往存在局部浅层强透水层并形成渗流优先通道,该通道不能大幅度削减流体的水头势能,易引起堤基管涌破坏,此类堤基管涌破坏机理的研究尚不明朗,仍需进一步研究。采用砂槽试验模拟堤基渗流,试验中通过抬升水箱水位,观察砂土中细颗粒流失现象,并分析渗流量、渗透坡降、测压管水头、砂土颗粒级配、锥头阻力、沉降量等关键参数。试验结果表明,水箱水位增大至48 cm,浅层强透水层上覆砂层被“击穿”发生管涌破坏,管涌破坏分为稳定渗流阶段、细颗粒流失阶段（0.05 < d ≤ 0.075粒级砂土流失）、较细颗粒流失阶段（0.075 < d ≤ 0.1粒级砂土流失）、管涌破坏扩大阶段（0.1 < d ≤ 0.25粒级砂土流失）。管涌破坏过程中,细颗粒砂土流失,锥头阻力降低,砂土层发生沉降,且较细颗粒流失阶段的沉降较为突出。细颗粒砂土流失导致砂土层孔隙率和渗透系数上升,渗流量和渗透坡降随之增大。     

松散土体中细颗粒运移的微观过程研究

自然界的松散土是泥石流、滑坡等灾害发生的重要物质之一,其结构的松散性和长期降雨渗流作用为细颗粒发生运移、形成内部侵蚀提供了空间和动力条件,颗粒大量流失和孔隙通道堵塞造成土体结构变化和稳定性下降,从而演变为滑坡或坍塌。渗透、水槽和人工降雨等试验方法对认识土体内部细颗粒运移的宏观特征具有重要作用,但无法直接分析孔隙通道内细颗粒分布、位移等随时间的变化特征。作者结合上海同步辐射光源3维CT技术,为获得拟静态下1维柱体渗流过程中细颗粒侵蚀形态特征,以不同粗细颗粒粒径之比为变量设计微观渗流试验,通过耦合离散元与Darcy流体方程计算分析整体和局部区域内细颗粒数量和平均动能的变化特征。结果表明:离散元与Darcy流耦合是计算土体内部细颗粒运移的有效手段。CT扫描和数值计算结果均表明土样入流口和出流口存在优先侵蚀现象。计算至2.5 s时,已分别有37.05%和31.95%细颗粒被侵蚀,其他位置侵蚀程度相对较低。在渗流方向上土体内部细颗粒存在流失补给平衡和逐渐侵蚀的现象,细颗粒的平均动能沿渗流方向总体呈逐渐增高的趋势。长期性堵塞形成过程中,细颗粒的平均动能呈现随时间逐渐降低的趋势;临时性堵塞区域内细颗粒数量的增加相对于此区域内细颗粒平均动能的增高存在滞后效应。微观尺度上土体内部细颗粒运移特征主要受流体状态和孔隙特征影响,其研究对于理解松散土坡体破坏机制具有重要价值。     

真空预压联合逐级动力压实和电渗法处理疏浚淤泥试验研究

真空预压联合电渗法常用于疏浚淤泥地基处理,但存在排水板淤堵及电极腐蚀严重、能耗大等问题,导致该方法在实际应用中受限。提出利用真空预压-逐级加能动力压实联合电渗法,克服传统联合法的缺陷,通过5组室内模型对比试验,采用孔压消散比PPDR确定动力压实启动时间,研究最优动力压实启动时间点。试验过程中监测土体的孔隙水压力、排水量、土表沉降和电流强度,在试验前后测量土体含水率、十字板剪切强度及阳极腐蚀量。结果表明：与真空预压联合电渗法相比,在真空预压阶段启动动力压实可使淤堵土柱开裂,有效提高真空预压的排水效率;动力压实后土体表面裂缝减少,更加平整,电渗固结过程产生的阳极腐蚀量和能耗降低;在PPDR为70%时启动动力压实,土体的排水量最大,土表沉降增幅最大,处理后的十字板剪切强度达到65 kPa,获得了更好的处理效果。     

填海区水化学场变异对细粒土细观结构的影响

根据物质之间的物理化学反应和平衡的基本原理,分析了赋存环境变化下地下水溶液中的化学组分与土颗粒之间胶结物以及土颗粒中矿物成分的水土相互作用反应;以及细颗粒土的双电层理论和土颗粒之间胶结作用力学机制分析了土颗粒之间的相互作用。海相沉积的细颗粒土是一种结构性土,结构性细颗粒土的细观结构是决定土体结构强度和工程特性的主要因素之一。填海环境下海相沉积的细颗粒土的赋存环境将会发生改变,地下水化学场将发生变异,地下水的pH值和化学组分的成分和浓度将发生改变。赋存环境变化下,在水土相互作用反应形成新的平衡过程中土体的细观结构将会发生改变,进而影响土体的结构强度和工程特性。     

大高度堆载挤淤深度分析

通过数值模拟对大高度堆载挤淤作用下淤泥层的实际破坏模式进行了分析,并且与现有堆载挤淤深度计算公式原理进行了对比分析。结果表明:当挤淤深度较大时,淤泥层破坏时的塑性区不再贯穿整个淤泥层,而是在淤泥层产生局部剪切破坏,从而导致现有挤淤深度计算公式的结果偏小;当淤泥层厚度相对挤淤深度较小的时候,淤泥层下卧硬层对上覆堆载产生支撑作用,从而导致现有挤淤深度计算公式的结果偏大。考虑到大高度堆载挤淤作用下淤泥层失稳破坏时的实际情况,根据堆载体是否产生急剧位移来确定挤淤深度,提出了应用数值模拟分析确定挤淤深度的方法,并且分析了堆载体容重、淤泥容重、淤泥强度、堆载宽度、淤泥层厚度等因素对挤淤深度的影响规律。将该方法应用于工程实例分析,计算结果与实测数据吻合,验证了该方法的正确性。     

不同细颗粒含量土体管涌三轴试验研究

为探究不同细颗粒含量土体管涌机理以及管涌后土体力学性质,选取三种不同细颗粒含量的土体,利用自行研制的管涌三轴仪,选择向上管涌的方法模拟管涌实际情况。通过管涌试验以及管涌后的排水剪切试验,分析了细颗粒含量对临界水力梯度、累计涌砂量、峰值强度以及体变的影响。结果表明:管涌发生前,临界水力梯度和临界流速随细颗粒含量的增加而增加;土体在较高的同一水力梯度作用下,累计涌砂量增长速度随时间逐渐减小,流失相同的细颗粒含量,累计涌砂的时间随细颗粒含量的增加而减小;随着细颗粒含量的增大,管涌后土体峰值强度呈不规则变化,土体体积先发生剪缩后发生剪胀,试样体积最大剪缩量随细颗粒含量的增大而增大。     

LSSVM Predictive Control for Calcination Zone Temperature in Rotary Kiln with IHS Algorithm

The calcination zone temperature control is an important problem in rotary kiln production process. In order to solve this problem,a predictive control method based on improved harmony search algorithm( IHS)and least square support vector machine( LSSVM) is proposed. LSSVM is utilized to bulid the nonlinear predictive model of calcination zone temperature in rotary kiln. The calcination zone temperature can be predicted through input control variable,the error and error correction of output feedback. The performance index function is established by deviation and control variable. An IHS algorithm with better fitness and faster convergence speed is proposed. The optimal control variable can be obtained by rolling optimization through this IHS algorithm. The stability of this predictive control method is proved to be feasible. The simulation and actual experiment results show that the proposed predictive control method has good control performance.     

循环加载下碎石层细观孔隙结构演化分析

列车荷载作用下路基翻浆冒泥的实质是路基土体细颗粒迁移,细颗粒迁移会改变路基上覆碎石层孔隙结构,影响上覆碎石层力学及水力学性质。为此,采用自主研发的路基翻浆冒泥试验模型进行试验,结合X射线计算机断层（computed tomography,CT）扫描技术,分析循环荷载作用下路基土体细颗粒迁移对上覆碎石层细观孔隙结构的影响。结果表明:循环荷载作用下,碎石层孔隙的压缩作用及路基土体细颗粒迁移至碎石层的堵塞作用,不仅改变碎石层面孔隙率的分布特性,还减小碎石层孔隙率及孔隙连通度;孔隙尺寸分布特性不受加载影响,加载前后,碎石孔隙均呈现小孔隙多、大孔隙少的特点,孔隙分布特征曲线满足对数正态分布,但随着循环荷载的施加,碎石层内孔隙总数量减小;孔隙的形状参数（细长比和扁平度）均呈正态分布,细长比随循环荷载作用次数无明显变化规律,而加载后碎石层孔隙扁平度的分布更加均匀;碎石层孔隙具有明显的分形特性,加载前孔隙三维分形维数为2.40~2.50,随着循环荷载的施加,孔隙三维分形维数逐渐减小。     

填海造陆工程预压法加固软基现场监测试验研究

介绍了采用预压法加固吹填淤泥与海相沉积淤泥的围海造陆工程分区软基处理方法与现场监测试验,对该工程B2区堆载预压与真空堆载联合预压法加固过程中淤泥层的沉降变形、孔压、真空度及深层土体位移等观测结果进行了分析。结果表明：吹填淤泥经过预压处理后,压缩比高达33.2%,为相邻海相沉积淤泥的1.6～1.8倍,前者加固效果明显高于后者;吹填淤泥的孔压消散速率慢于相邻海相沉积淤泥,卸载前,孔压还未消散完,而后者孔压已基本消散;真空度沿淤泥层传递效果较好,表层与底层较好,中间层次之;真空与堆载预压荷载作用下,表层淤泥位移朝向加固区内,中间层淤泥位移朝向加固区外,不影响地基的稳定性。     

不同粘粒含量土体管涌试验研究

为研究粘粒对土体管涌发生发展的影响以及管涌破坏后的力学性质,配置不同粘粒含量的土样,进行室内管涌试验模拟,并取破坏后的土样进行三轴压缩试验.对各土样水力梯度-流速曲线、应力应变曲线进行分析,研究结果表明:(1)含粘粒土样的临界水力梯度和开始发生管涌破坏时的水力梯度与粘粒含量呈负相关,破坏时流速与粘粒含量呈正相关.(2)...     

基于粒子图像测速的高含水率软土真空预压试验

为了更加直观地研究真空预压过程中土体的固结变形规律,采用粒子图像测速技术（PIV）,开展高含水率软土真空预压模型试验,观测真空预压过程中塑料排水板（PVDs）周围土体位移场的变化. 结果表明：排水板周围土体产生了水平方向的位移,且随着真空预压的进行,产生水平位移的范围不断扩大;排水板近处的土体以水平位移为主,主要发生径向固结,距排水板远处土体以竖向位移为主,主要发生竖向固结,并因此形成了排水板处土体凸起而远处下沉的“土桩”现象. 结合孔隙水压力值监测结果,认为土体中不同区域的径向固结存在差异,距离排水板近处的土体排水固结更快. 另外,对于距离排水板15 cm范围内的土体,通过径向位移计算得到的固结度大于通过孔隙水压力值计算得到的固结度.     

用激光粒度仪进行粘土的颗粒分析

为获得细粒土的粒度分布,分别采用Mastersizer 2000激光衍射粒度仪和传统的密度计法测量合肥地区的粘土。根据激光法的测量原理和影响因素,用单因素试验法依次改变仪器的折射率、质量浓度、超声波端位移和时间、泵速,研究这些控制参数对颗粒粒径的影响,并确定了该仪器测量合肥地区粘土的最佳参数。通过比较最佳参数条件下的激光法和传统密度计法的测量结果,发现激光法在粘土颗粒分析中具有测量范围更广、准确度更高、重复性更好等特点。     

刺槐豆胶改良黏土强度抗压抗拉力学特性试验研究

为了研究刺槐豆胶改良黏土强度的效果,对不同养护龄期、刺槐豆胶掺量的改良黏土分别进行无侧限抗压强度试验以及抗拉试验研究。结果表明:刺槐豆胶的掺入可以显著改善黏土的抗压和抗拉性能。当养护龄期一定时,随着刺槐豆胶掺量的增加,改良黏土的抗压和抗拉强度均呈增长趋势,通过对比可知,刺槐豆胶的最优掺量为2%,试样的抗压和抗拉强度的最大值分别提升至425.74及234.61 kPa,与素土相比均提高约1.8倍;当刺槐豆胶掺量一定时,养护龄期对改良黏土的抗压、抗拉强度也有一定的影响。在刺槐豆胶掺量相同的条件下,养护龄期为7 d时,试样抗压、抗拉强度提升量最大,最大提升量分别为68.12 和34.39 kPa。刺槐豆胶在土体表层形成一层胶质薄膜,并利用自身延展性填充土颗粒间孔隙,改善了土体的粒间结构,增强土体的稳定性,从而提升黏土的强度特性。随着养护龄期的增加,胶质薄膜逐渐收缩,使土体颗粒排列更加紧密,进而提高改良黏土体的无侧限抗压强度及抗拉强度。     

南京江底盾构施工废弃砂土在同步注浆中再利用的适用性

依托南京长江新济洲供水廊道项目泥水盾构工程,针对江底粉细砂地层和岩石地层中泥水盾构施工产生的废弃砂土,研究其在盾构同步注浆材料中再利用的适用性。通过改变砂土地层弃砂的粒径分布,研究其对砂浆性能的影响;针对岩石地层产生的废弃砂土,研究其颗粒形状对砂浆性能的影响,并对岩层弃砂制备同步砂浆进行配比优化。结果表明：该工程砂土层弃砂可直接代替原配比中的砂进行再利用,岩层弃砂通过调整配比亦能满足工程要求;增大砂层弃砂细度模数和砂粒含量可改善砂浆的流动性,但砂土黏粒含量过大会使砂浆流动性变差、凝结时间缩短、强度降低;岩层弃砂颗粒表面越粗糙,所制备砂浆流动性越差,凝结时间越短。合适配比下,盾构施工废弃砂土可应用于同步注浆,砂浆配比应随废弃砂土粒径分布和颗粒形状的变化做出适当调整。