黏性泥沙流变特性及其临界起动的研究

以天津大港淤泥质粉沙为研究对象,系统研究了其物理特性和临界起动性质。对密度范围在1.141~1.470g/cm3的黏性泥沙进行流变试验,确定其流变参数。结果表明:天津大港黏性泥沙有明显的屈服应力,适合用宾汉塑性体模型描述,且宾汉屈服应力和黏度系数均为泥沙密度的指数函数。长水槽中波浪作用下黏性泥沙起动试验以泥沙少量起动为标准,波浪底部临界切应力随黏性泥沙密度增大而增大,即不同于非黏性泥沙,黏性泥沙的起动主要与其密度有关,而非泥沙粒径。波浪作用下的黏性泥沙起动可以用延伸Shields曲线描述。根据实验结果拟合出临界起动切应力和宾汉屈服应力之间的关系式。     

黄河下游重塑黏性土抗冲特性试验

黄河下游河床存在典型的分层结构,不同部位对水流抗冲性不同,抗冲性极强的"胶泥层"对河势演变具有重大影响。通过对黄河下游花园口附近黏性土进行取样,开展了黄河下游河岸黏性土起动冲刷的水槽试验。分析了起动切应力随干密度的变化情况,建立了干密度、含水率与淤积历时的关系,拟合了黏性土侵蚀系数与起动切应力的关系式,结果表明:黏性土起动切应力随干密度的增大而增大,两者呈幂函数关系;当淤积历时较短时,黏性土干密度(含水率)随淤积历时的增大而增大(减小),两者呈对数函数(指数函数)关系;黏性土侵蚀系数随起动切应力的增大而减小,两者呈幂函数关系;同时研究发现,黏性土起动切应力与黏粒含量相关,相同干密度条件下,黏粒含量越高起动切应力越大;黏性土侵蚀系数与该土体的黏粒含量、土体结构相关,黏粒含量越高侵蚀系数越小,相应的其抗冲性越强。     

不同级配组成对泥沙流变特性影响实验研究

针对江苏沿海条子泥区域泥沙,运用控制剪切速率实验方法,通过改变样品中的粉沙质量占比,系统探究了泥沙的级配对其剪切应力和黏度的影响规律,并使用剪切速率扫描法和间接法分别计算泥沙样品静态和动态屈服应力。结果表明：所有组次泥沙样品均表现出两次明显的屈服行为,其流变特性以两个屈服行为为界,划分为3个阶段;泥沙样品中粉沙含量对其流变特性起着关键性作用,粉沙含量增大,样品剪切应力和黏度均发生相应减小,其中粉沙含量在35%～55%区间内变化梯度较大,此区间可能存在泥沙粒间主导作用力的转变;最后依托剪切速率扫描法测得的实验数据分析,得到了不同粉沙含量下泥沙的静态屈服应力和动态屈服应力的经验公式。     

黏土矿物对泥石流体屈服应力影响的实验研究

一般情况下,泥石流体屈服应力随着泥沙颗粒体积浓度的增大而增大,同时随着黏粒黏性的增强而增强。在此研究基础上,以泥石流体屈服应力为研究目标,选取了蒙脱石、伊利石、绿泥石、高岭土等4种常见的黏土矿物为研究对象,通过改变泥石流体中泥沙颗粒体积浓度、黏土矿物成分及黏粒重量百分含量得出:1一般情况下,黏土成份对泥石流体屈服应力影响的强弱关系依次为蒙脱石伊利石绿泥石高岭土。2泥沙颗粒体积浓度和黏粒百分含量对泥石流体屈服应力的影响呈指数关系。3综合分析泥沙颗粒体积浓度、黏土矿物成份、黏粒百分含量与屈服应力的关系后获得了黏土矿物下屈服应力的关系式。4用野外调查资料验证了上述泥石流屈服应力与泥沙颗粒体积浓度、黏土矿物的关系,具有一定的准确性。     

黄河下游黏性泥沙的冲刷速率研究

由于黄河下游河床中黏性泥沙与非黏性泥沙的抗冲性明显不同,导致黄河下游河势畸形、河岸坍塌等现象频发。选取黄河下游花园口附近河床中3种不同颗粒级配黏性泥沙进行抗冲刷试验,建立不同淤积固结状态下黏性泥沙冲刷速率与相对剩余切应力的关系,分析黏性泥沙干密度、中值粒径对冲刷速率、冲刷系数、能量指数的影响。结果表明:对于不同颗粒级配的黏性泥沙来说,其冲刷系数随着干密度的增大而减小;能量指数随着干密度的增大而增大;能量指数与相对剩余切应力近似成2次方关系;泥沙中值粒径在6.1～804.0μm范围内时,冲刷系数随中值粒径的增大呈现出先增大后减小的趋势;能量指数随中值粒径的增大呈现出先减小后增大的趋势。     

高浓度全尾砂充填料浆流变特性试验研究

为探究某矿全尾砂充填料浆的流变特性,利用MCR52流变仪对不同浓度和灰砂比的全尾砂充填料浆进行流变参数测试,同时进行了扩展度测定。结果表明:对充填料浆流变特性的影响程度由大到小依次为质量浓度、灰砂比;料浆质量浓度相同时,屈服应力和平均黏度均随胶凝材料掺量的减小而减小,扩展度增大;料浆灰砂比相同时,屈服应力和平均黏度随料浆质量浓度增大而增大,扩展度减小;充填料浆浓度由76%增大至78%时,屈服应力、平均黏度陡增2~3倍,扩展度急剧减小,浓度低的充填料浆流动性能较好;全尾砂充填料浆具有“剪切变稀”的明显特征,扩展度可直观表征料浆的流动性能。     

重塑黏性土及不同砂砾含量土体的起动试验研究

应用冲蚀函数测定仪开展了两种重塑黏土及其砂砾含量分别为20%、40%、60%条件下的起动试验,研究了黏聚力、干密度、砂砾粒径及掺量对土体起动应力的影响。试验结果表明:纯黏性土的起动应力与黏聚力呈线性关系,但两种黏土的斜率变化较大;两种黏性土的起动应力与干密度的关系可统一用指数型表达式确定;不同砂砾含量土体的起动应力与黏性土的黏聚力、砂砾粒径和掺量有关;砂砾粒径一定时,随着掺砂砾量的增加,混合体的起动应力呈先增加后降低的趋势,而砂砾含量一定时,起动应力随着砂砾粒径的增加而增加。最后,提出了重塑黏性土-砂砾混合土体的起动应力表达式。与试验结果的对照表明,该公式可较好地对黏性土-砂砾混合体的起动应力进行预测。     

黏土水泥膏浆流变性能及其对灌浆的影响

黏土水泥膏浆性能优越,可广泛用于土木、水利等工程的防渗堵漏和基础加固,其流变性能对灌浆工程施工及灌浆效果有重要影响。利用Brookfield+R/S流变仪对其流变参数进行测试,研究固化剂掺量、温度及时间等因素对流变性能的影响。结果表明:膏浆的黏度及屈服应力均随时间增大;固化剂掺量为水泥质量的1.0%左右时的膏浆为Herschel-Bulkey流体,并且具有触变性,防渗堵漏效果最佳;温度在5～40 ℃之间,温度影响膏浆的黏度及屈服应力,但不影响膏浆的流型,温度越高,黏度越大,28 ℃下的屈服应力最大。室内灌浆模拟试验及抗冲试验,证明其扩散距离可控,抗水冲释性能强,与纯水泥膏浆相比,初始屈服应力及黏度更大,触变性可控,浆体的稳定性更好。黏土水泥膏浆是含水及大孔隙地层、松软地层等复杂地层灌浆防渗堵漏的优选材料。     

重庆红黏土流变特性试验研究

为了探讨红黏土的流变特性,对重庆地区的红黏土进行了流变特性试验,利用无侧向变形的单向压缩试验仪研究了不同含水率、不同干密度击实样在不同压力下的流变特性。结果表明:流变试验随着时间的增长,变形先增大后趋于稳定,变形规律呈快速、平稳、稳定的趋势。最终稳定流变量随着干密度增大而减小,含水率的增加而增大,且含水率较高时,流变量增长幅度变大。上述研究得到的结论可为工程实践提供参考依据。     

人工填筑黏性土起动冲刷特性试验

为了研究人工填筑黏性土起动和冲刷特性,采用资料分析和试验相结合的方法,研究人工填筑黏性土的起动冲刷特性。根据试验资料,结合力学特性确定影响人工填筑黏性土起动冲刷的主要因素;根据试验结果分析人工填筑黏性土起动切应力、冲刷率分别与各自的影响因素之间的对应关系,提出了量纲和谐的起动切应力和冲刷率的公式,运用多元线性回归方法确定了公式中的系数和指数,并分析比较了人工填筑黏性土和黏性泥沙起动和冲刷特性。结果表明:人工填筑黏性土的黏结力比自然淤积固结的黏性泥沙大得多,较难起动和冲刷,需要较大的水流切应力;干密度对自然淤积黏性泥沙冲刷率影响比对人工填筑黏性土要大。     

温度和浓度对污泥流变特性的影响

城市脱水污泥的流变特性是其管道输送工艺设计的基本参数。该文用平行板旋转流变仪(AR2000)对污泥流变特性进行了试验研究,通过改变温度和含水率并采用Carreau-Bird模型对污泥流变数据进行拟合处理。结果表明,污泥在不同含水率下随着剪切速率的增加,流变由屈服假塑性流体向宾汉流体转化,污泥黏度逐渐变小,表现出剪切变稀现象;表观黏度与污泥的输送密切相关,当含水率为72.67%-87.4%时,表观黏度较低,适于远距离泵送;Carreau-Bird模型对污泥流变曲线拟合处理比较好,零剪切黏度随温度变化非常大,无穷大剪切黏度随含水率变化比较小,含水率为67.41%左右时,时间常数出现最高值,含水率为81.3%-87.4%时,时间常数随含水率的降低而增大,含水率为63.65%-67.41%时,时间常数随含水率的降低而变小。     

重塑粗粒土-黏性土混合物冲刷特性研究

针对粗粒土-黏性土混合物的冲刷特性与无黏性土、黏性土的不同,采用冲刷函数测定仪对三种重塑粗粒土-粉质黏土混合物进行了冲刷特性试验研究,分析了不同粉质黏土含量情况下三种混合土体冲刷速率和起动切应力的变化规律,根据冲刷速率和起动切应力的取值确定了三种混合土体临界黏性颗粒含量的范围。随黏性颗粒含量的增加混合土体的冲刷行为逐渐由无黏性变为黏性,基于这一特点,提出冲刷黏性度的概念,作为衡量混合土体是否具有黏性冲刷行为的度量,考虑无黏性颗粒粒径和黏粒含量对混合土体冲刷特性的影响,给出冲刷黏性度表达式,根据本文冲刷试验数据确定了表达式参数的取值,通过已有其他试验数据,验证了冲刷黏性度表达式的合理性和准确性。     

丙三醇水溶液对粉质黏土渗透性的影响

黏性土的低渗透性使其在工程中常用来阻滞污染物的迁移,但有机溶剂会显著增加黏性土的渗透性,从而使屏障作用失效。为了研究有机溶液的介电常数和黏度对渗透性的影响,以粉质黏土为对象,开展不同质量分数丙三醇水溶液的界限含水率和渗透试验。试验结果表明,随着丙三醇水溶液质量分数增加,液限和塑限增大,而渗透系数先增加后减小;土体的渗透性与微观孔隙结构分布和流体特性有关,当丙三醇水溶液质量分数<40%时渗透性受土体组构控制,质量分数超过40%后渗透性受黏度控制;此外,土体的固有渗透率随着质量分数的增加先升高后降低,黏度增加导致了固有渗透率的降低。研究成果表明对于水溶性有机溶剂,需要考虑黏度变化对渗透性的影响。     

论黏土起动机理

首先从切应力和吸应力的角度,通过受力分析发现散体泥沙起动的主导因素是切应力;随后基于对黏性土起动现象的观察和对黏性土起动的试验研究,采用概化试验的方法试图诠释黏土与散体沙起动机理上的区别。试验证明了黏土起动中吸应力的存在,得到了垂线平均流速与吸应力的关系,并测得吸应力最大可达切应力的 941 倍。可认为吸应力是黏土起动的外在主导因素,黏土本身的抗拉强度是其抗起动破坏的内在因素。     

竹粉模型沙特性试验研究

对竹粉模型沙物理特性(容重、干容重、水下休止角等)和运动特性(沉速、起动流速和糙率)分别进行了试验研究。物理特性试验表明:其容重受粒径变化影响较小;干容重随粒径增大而增大;水下休止角随粒径增大而减小,并提出计算竹粉模型沙水下休止角的经验公式。运动特性试验表明:竹粉单颗粒沉速随粒径增大而增大,相对沉速随含沙浓度增加先增大后减小;起动流速随粒径增大而增大,随水深增大而增大,并提出估算竹粉模型沙起动流速的经验公式;糙率随水深增大而减小,随流速增大而增大。     

基于应力修正法的黏土抗剪试验因素研究

为了预防黏土体受降雨及内部砾石含量影响易发生滑塌等工程地质灾害,选取重庆地区具有代表性的黏土,开展室内直剪试验并考虑其误差,探讨了基于单点面积应力法修正后含水率及掺砾量对黏土体抗剪强度的影响规律。结果表明:经单点面积应力法修正后黏土试样在不同含水率下的黏聚力较修正前提高了8.29%,内摩擦角较修正前提高了15.97%;试样在不同掺砾率下的黏聚力较修正前提高了11.66%,内摩擦角较修正前提高了13.73%。随着含水率的提高,黏土的抗剪强度不断降低,其黏聚力呈现先增大后减小的趋势,而内摩擦角呈现缓慢下降趋势;随着掺砾量的提高,黏土的黏聚力总体呈现先增大后减小的趋势,内摩擦角则呈现缓慢上升的趋势。含水率及掺砾量对黏土的黏聚力影响较大,而对内摩擦角的影响较小。     

紊动和温度联合作用对黏性泥沙絮凝沉降影响试验研究

河口海岸地区,黏性泥沙絮凝沉降特性对泥沙输移起着重要作用。影响黏性泥沙絮凝的因素很多,其中水体剪切和温度是两个重要因素。利用一种温度和紊流同时可控的泥沙沉降观测实验装置,以高岭土为实验材料,研究了紊动和温度联合作用下对黏性泥沙絮凝沉降的影响规律。研究发现弱紊动条件下,随着温度的升高,高岭土浓度变化越快;强紊动条件下,温度对浓度变化的影响不明显。絮团粒径随温度升高而增大,随着紊动强度的增加先增大后减小。相同剪切率条件下,絮团沉降速度随温度的升高而增加;相同温度条件下,絮团沉降速度随紊动强度的增加先增大后减小,主要是由于小剪切强度条件会促进絮凝,而剪切率增大能抑制絮凝,导致大絮团破裂形成小絮团。     

水作用下土石坝黏土心墙抗剪强度衰减规律

为得到土石坝黏土心墙在水作用下抗剪强度的衰减规律,依托济南卧虎山水库工程,通过模型分析和现场取样室内试验,研究了土石坝黏土心墙抗剪强度随含水率的衰减规律。研究建立了土石坝黏土心墙抗剪强度衰减的基本模型,推导了黏土抗剪强度的衰减公式,并分析了含水率和压实度对黏性土体抗剪强度参数的影响规律。结果表明:1黏性土体的黏聚力和内摩擦角影响其抗剪强度;2黏性土体抗剪强度衰减公式由强度参数的待定系数及其表达式构成,可分别通过室内击实试验求解;3压实度一定时,黏聚力随含水率的增大而减小,且最大内摩擦角对应最优含水率;压实度的增大引起抗剪强度增大,但内摩擦角对抗剪强度的影响不显著。     

固结状态下黏性泥沙起动规律试验研究

固结状态下黏性泥沙的起动规律与非黏性泥沙不同,利用封闭矩形管道试验装置开展了固结状态下黏性泥沙起动试验,分析了不同固结状态对黏性泥沙临界起动切应力的影响。试验结果表明,在不同固结状态下,黏性泥沙起动时床面会出现"不连续"和"连续"的过程,可将起动状态分为少量动和大量动两种临界起动标准;固结程度对起动切应力的影响可分为两个阶段,一是固结初期干容重变化较快,对起动切应力影响不大,二是固结后期干容重变化较慢,但对切应力影响很大;粒径越细,固结程度对起动切应力的影响程度越大,固结更不利于泥沙起动。     

含水率变化对荆江河岸黏性土体力学特性的影响

河岸土体的物理及力学特性是影响崩岸过程的主要因素之一。为研究土体含水率对荆江河岸土体力学特性的影响,于2017年对荆江8个典型崩岸断面进行调查取样,采用实测资料分析、室内土工试验和理论分析相结合的方法,全面地分析了荆江河岸土体组成及力学特性;并结合2016年实测数据定量研究了含水率对荆江河岸黏性土体抗剪强度指标的影响,以及含水率变化对河岸稳定性的影响。结果表明:荆江河岸为上部黏性土、下部非黏性土的二元结构;随含水率的增大,黏聚力先增大后减小,而内摩擦角持续减小;通常黏粒含量越大,其黏聚力峰值越大;含水率与抗剪强度指标存在定量关系;河岸在枯水期稳定性较高,在涨水期较为稳定,在洪水期和退水期稳定性较差。研究结果可供河岸崩岸治理工程技术人员参考。