无纺土工织物过滤黏土的反滤特性试验研究

在土工织物反滤排水工程中,织物滤层在应力、渗流实际工况下的反滤特性是保证工程安全的关键问题。为揭示无纺土工织物过滤黏土的反滤机制,采用自主研制的可施加法向压应力的梯度比渗透仪试验装置测定黏土−无纺土工织物滤层体系的渗透系数kT、各分层土的渗透系数kj、梯度比RG和试验前后土工织物试样的质量变化情况,研究在不同水力梯度、应力水平下无纺土工织物过滤黏土的反滤特性。结果表明：黏土−无纺土工织物滤层体系的渗透系数kT和梯度比RG随着时间的增加而减小,并最终趋于一个稳定值;增大水力梯度可以改善黏土−无纺土工织物滤层的透水性,增加应力水平会降低土工织物滤层的透水性且提高其保土性;渗流作用下,被保护土层表现为靠近无纺土工织物的底层土渗透系数最小,远离无纺土工织物的最上层土的渗透系数最大;堵塞系数与黏土−无纺土工织物滤层体系的渗透系数kT、梯度比RG存在内在的关系,在特定的应力−渗流作用下可能存在一个临界堵塞系数,大于该值时将造成无纺土工织物滤层的反滤失效。     

法向应力下土工织物过滤黏土淤堵试验研究

模拟实际工况,采用改进的可以施加竖向荷载的梯度比渗透仪完成了一系列土工织物过滤黏性土的梯度比试验。试验采用上海地区第④层黏性土和短纤针刺无纺土工织物,分别在临界水力梯度（1.0）和水力梯度为2.0下进行,并通过改变竖向荷载来研究土工织物反滤性能随水力梯度和法向应力的变化规律。研究结果表明:水力梯度和法向应力是影响土工织物淤堵特性和滤层透水能力的重要因素。随着竖向荷载的增加,土工织物过滤黏性土的梯度比有所增大,但其稳定时并未发生不容许的淤堵;在特定荷载下,渗透系数随时间减小,而后趋于稳定,稳定后的渗透系数随竖向荷载的增大而减小;水力梯度由1.0增大到2.0,也引起了土工织物-黏性土体系的梯度比增大,透水能力减弱。试验结果较好地反映了实际工况下土工织物滤层的反滤作用,可为类似工程设计提供参考。     

应用于压密注浆土钉的土工织物反滤性能试验研究

针对现有乳胶膜压密注浆土钉的潜在缺陷,提出了采用土工织物替代乳胶膜改进该土钉的新思路。基于自研的土工织物反滤性能测定装置,开展了一系列水泥浆液反滤试验,研究了水灰比、浆液体积和注浆压力对土工织物反滤性能的影响。并且,对反滤前后浆液成型的试块进行了强度试验。试验结果表明：随水灰比的增加,浆液最终滤出质量、反滤结束时间和质量流量都相应增加,但反滤结束时间的增量会逐渐减小;浆液体积的变化不会影响质量流量的变化,而反滤结束时间与浆液体积呈线性增加的关系;随注浆压力的增加,浆液质量流量逐渐增加。同时,土工织物撑开面积的增加率与注浆压力呈线性增加的关系;采用土工织物替代乳胶膜后,节泡内浆液水灰比明显减小,强度得到显著提高。研究能为土工织物改进新型压密注浆土钉的应用奠定基础。     

砂砾石反滤料级配设计研究

在土石坝和堤防工程砂砾石反滤设计中,长期以来,一直使用太沙基反滤准则,而太沙基准则适用范围有其局限性.在王圪堵水库大坝反滤设计中,根据适用范围更广的谢拉德反滤准则,按反滤料分区设计思想,由被保护土料的特征求出适宜的反滤料级配包线.     

压力下无纺织物部分堵塞的水力特性研究

对压力作用下的部分堵塞无纺织物进行了室内试验,表明有土颗粒进入的织物压缩性和渗透性都降低,提出织物滤层的等效孔径折减系数RF,并建议用于贴坡排水时RF 取1.5～2.5。织物无堵塞压力条件下,Giroud（1996年）提出的公式对织物渗透系数有满意的预测值。在压力作用下对比分析了部分堵塞织物Giroud法和等效孔隙率法的渗透系数预测值,也与实测渗透系数值进行了比较,表明提出的等效孔隙率法能较好地预测渗透系数。     

极限保土状态下的反滤机制试验研究

提出了反滤系统极限保土状态的概念,分别采用4种不同孔径的钢丝编织网进行粉土反滤试验,研究反滤系统的极限保土状态。试验表明,当滤网孔径O和粉土特征粒径d85的比值等于12时,反滤系统才达到极限保土状态。极限保土状态下的反滤系统,在淹没式出流条件下,经往复水流作用26 h后改为单向水流,水力梯度从3.8逐渐增加到9.1,并在9.1的水力梯度下持续渗透453.25 h,反滤系统仍保持稳定,未发生失稳破坏;在非淹没式出流条件下,水力梯度从5.3逐渐增加到12.7期间,反滤系统保持稳定,但在维持12.7的水力梯度下持续渗透261.83 h后,反滤系统发生失稳破坏。对极限保土状态的研究有助于工程设计中更加合理地确定织物滤层孔径上限,减少淤堵。     

混凝土面板堆石坝中过渡区的渗流控制作用研究

在面板完好的条件下,面板堆石坝坝体的渗透稳定性很容易满足要求;在面板止水破损和面板失效的不利条件下,过渡区的渗流控制作用对于大坝的渗透稳定性具有关键意义。结合水布垭大坝实例,通过层间系数的分析,认为必须通过试验研究过渡料对垫层料的反滤保护作用。通过反滤试验研究了水布垭全级配过渡料对垫层料的反滤效果和渗透变形规律,结合已发表的研究成果进行综合分析,探讨了过渡区的渗流控制作用机制：过渡料与主堆石区一起,可对坝体起到很好的排水作用;在面板止水破损和面板失效的不利条件下,垫层料内部可能会发生颗粒迁移和内部结构调整,但在过渡料的反滤保护作用下可维持渗透稳定;初次遇到这种工况时,过渡区自身会有少量细粒流失,但其骨架将维持稳定,借助于主堆石区的支撑作用,过渡区将继续发挥其反滤和排水的双重作用。     

三峡库区滑坡土体渗透特性及参数研究

滑体渗透性及渗透系数取值对于水库滑坡渗流及稳定性分析计算具有非常重要的意义。本文通过三峡库区396个滑坡1188个试坑（样）的测试资料分析得出:（1）三峡库区滑坡体按物源岩性可分为白云岩和灰岩、泥灰岩、砂泥岩互层,按组成结构可分为均质细粒土、土含碎块石、土夹碎块石、碎块石土和裂隙岩体;（2）渗透性以中等和良好为主;且具有一定的区域分布特征,位于奉节、巫溪和忠县的滑坡体渗透性中等,其他区县滑坡体渗透性良好;渗透系数大小与滑坡土体中碎块石含量呈正相关,裂隙岩滑体渗透性则低于碎块石土滑体渗透性;（3）不同组成结构滑体的渗透系数平均值分别为均质细粒土1.28 m·d-1,土含碎块石1.41 m·d-1、土夹碎块石2.56 m·d-1、碎块石土3.84 m·d-1和裂隙岩体3.24 m·d-1。     

灵山县花岗岩风化壳表土层的渗水试验

灵山县花岗岩风化壳表层土中的细粒部分(粉粒、粘粒)和粗粒部分(砾砂、粗砂)含量较多,而中粒部分(中砂、细砂)含量较少。其表层土的渗水试验结果表明,该表层土的渗透系数普遍偏高,在滑坡地段更甚。此外,滑坡地段的渗透曲线(渗透速度与时间的关系曲线)还呈较大幅度的震荡现象,这与稳定地段的渗水曲线有明显的区别。分析认为:稳定斜坡段渗透系数的普遍偏高不仅与花岗岩风化壳表层土的颗粒级配有关,也与斜坡卸荷产生的拉张裂隙、降雨冲刷等多重因素有关;而滑坡地段渗透曲线呈现的剧变震荡则反映了在渗水试验过程中,表土中的大空隙不时地被冲刷下来的细粒短暂地堵塞,后又因细粒软化被冲蚀下坠,渗水通道再次疏通的反复过程。     

黑河黏土心墙土石坝分期位移反分析

高心墙土石坝的安全性评价问题涉及到土坝的变形与渗流规律及相关力学参数的确定,是当前土力学研究的热点与难点之一。由于土石坝受施工过程中施工工艺、施工方法和施工质量以及运行期运行环境和管理方法的影响,土石坝坝料的实际力学参数与原设计参数有一定的差别。为获得西安黑河黏土心墙土石坝大坝填料实际的力学参数,利用大坝的应力、变形与渗流观测资料,通过深入分析大坝变形机制和渗流特征,建立了黑河黏土心墙土石坝变形与荷载之间的对应关系,提出了基于准饱和土固结理论的心墙土石坝分期位移反分析的思路与方法,实现了心墙土石坝施工期、运行期全过程反演。结果表明该方法可反演得到心墙土石坝填筑材料的主要参数（邓肯-张模型）、心墙渗透系数及湿化变形参数。反演思路与方法对同类工程设计与反分析具有参考意义。     

泥石流堆积物中细颗粒含量与渗透系数关系试验研究

泥石流拦砂坝通常建造在沟床堆积物上。泥石流堆积物的渗透性是影响坝底扬压力的关键因素。目前关于土体渗透性的研究主要集中于无黏性粗粒土,对泥石流堆积物这种宽级配土体渗透性的研究比较缺乏。选择北川县泥石流沟床堆积物作为试验材料,通过渗透试验,确定了影响宽级配土渗透性的细颗粒上限粒径;在此基础上,通过试验研究了细颗粒含量与渗透系数的关系。结果表明,泥石流堆积物中粗颗粒仅起骨架作用,细颗粒才是决定其渗透性能的关键;显著影响宽级配土渗透性的细颗粒上限粒径为0.1 mm;细颗粒（<0.1 mm）含量与渗透系数呈负指数关系,并且当细颗粒含量超过20%以后,泥石流堆积土的渗透性趋于稳定。     

颗粒迁移作用下宽级配土渗透性研究

宽级配土作为堆积层滑坡的主要物源,其渗透性研究是开展降雨型堆积层滑坡机制研究的前提和基础。宽级配土的渗透是一个包括水分运移和土体细颗粒迁移的复杂过程,但在研究其渗透性时通常只考虑了水分的运移而忽略了细颗粒的迁移。为此,采用自制大型渗透仪对3组不同D15/d85值(D15为粗粒组中小于该粒径的颗粒质量分数为15%的粒径;d85为细粒组中小于该粒径的颗粒质量分数为85%的粒径)的土样进行了饱和渗流试验,研究了宽级配土的水分运移特征和细颗粒迁移规律。研究结果表明:D15/d85值对宽级配土的渗透系数和细颗粒迁移有重要影响,D15/d85值越小,则土体渗透系数越小,细颗粒不易发生迁移;D15/d85值越大,渗透系数越大,试验过程中渗透系数变化越剧烈,迁出细颗粒的量也更大。根据渗透系数的变化也可判定土体内部细颗粒的运动情况,据此提出了3种宽级配土颗粒迁移模式。该研究成果加深了对宽级配土渗透特性的认识,为完善降雨型堆积层滑坡机制研究提供了新思路。     

真空负载方式对疏浚淤泥脱水过程中脱水规律的影响

采用自主改装的变压头黏土渗透仪,模拟疏浚淤泥脱水过程中水分在淤泥颗粒多孔介质中的迁移运动过程,通过测定疏浚淤泥脱水过程中渗透系数与过滤常数、渗水量与滤液量、泥饼含水率与孔隙率,探究了负载压力为100 kPa时,不同负载方式（负载时间及负载压力梯度变化）对疏浚淤泥脱水过程中过滤和渗流规律的影响。研究发现：负载下的过滤和渗流同时进行,负载1 h期间,前期0～40 min内过滤占主导地位,后期40～60 min内渗流起关键作用。负载压力梯度由原来1 h内间隔变化1次,变为以20 kPa为梯度递增变化5次,随着压力变化梯度减小,渗透系数、过滤常数增加,淤泥脱水性能得到较明显的改善,并且前期负载压力越小,脱水效果越好。     

堆石料级配缩尺方法对其室内试验结果的影响

对同一条现场级配曲线通过缩尺方法缩制成不同的试验模拟级配,进行了密度、力学和渗流特性的对比试验。试验结果显示：全采用等量替代法缩尺后由于小于5 mm含量保持不变,粗、细颗粒充填关系不理想,对应于密度和力学特性最差,渗透系数最大,随着混合法中相似级配法的使用,小于5 mm含量逐渐增加,粗、细颗粒充填关系得到明显改善,缩尺后的密度和力学特性逐渐增加,却带来渗透系数的逐渐减小。目前国内相关规程、规范对级配缩尺方法并没有做具体、明确的规定,有必要通过大量室内和现场对比试验,总结出室内科学的缩尺方法并建立反映缩尺效应的经验公式。     

Characterization of bottom sediments from Osaka Bay,Japan

The physical, chemical, and dewatering characteristics of 19 bottom sediments from Osaka Bay, Japan, have been analyzed to aid in the development of sediments in the coastal bay area. The sediments in the east near Osaka Port were highly polluted from the influence of human activities and were difficult to dewater. These sediments were composed of fine particles, low in pH, zetapotential, and initial settling rate, and were high in ignition loss, metal concentrations, compression volume, specific resistance, cake water content, and drying index. However, the sediments near Akashi Channel showed the reverse where they are affected by strong tidal current. A correlation analysis has been made of all the parameters. There are significant relationships between all the dewatering parameters. Therefore, sediments difficult to dewater by gravity settling are also difficult to dewater by vacuum filtration and solar evaporation. Sediments containing fine particles and pollutants are difficult to dewater. Several forms of pollutants can occur in the sediments.     

煤层应力敏感性及其对压裂液滤失的影响

压裂液滤失系数是压裂设计中非常重要的参数。由于煤层中的渗透率、孔隙度等物性对应力极为敏感,在对煤层进行压裂设计时,若直接用试井和测井测得的渗透率和孔隙度值代入滤失系数的计算公式,算出的结果可能与实际情况严重不符。通过实验室内不断改变围压的方式来模拟煤储层上覆压力的变化情况,建立了某盆地煤层应力与渗透率之间的关系,并在考虑煤层物性应力敏感性的情况下,探讨了煤层压裂液综合滤失系数的计算方法。结果发现,压裂液综合滤失系数及岩心渗透率与净围压的关系均符合指数递减规律。另外,通过对动态渗透率的拟合,使得到的综合滤失系数远远大于未考虑应力情况下的综合滤失系数,这样能更准确地反映实际情况。      

颗粒级配与孔隙比对粗粒土渗透系数的影响

颗粒级配、孔隙比是决定粗粒土渗透系数的关键因素。收集并整理得到93组粗粒土全级配（d10~d100）、孔隙比数据,采用遗传算法(genetic algorithm,GA)优化的BP(back propagation)神经网络分析和预测粗粒土渗透系数,通过平均影响值法和试验验证,评价各级配粒径对渗透系数的影响大小,探讨孔隙比对粗粒土渗透系数的影响。结果表明:d50为界限粒径,在其他粒径不变,若增大d50及以下粒径,渗透系数就增大,而增大d50以上粒径,渗透系数减小;d50及以下粒径的“细颗粒”对渗透系数的影响大于d50以上粒径的“粗颗粒”;按相对权重,d20、d80、d40属于高敏感度粒径,d10、d50、d100、d70为中敏感度粒径,d30、d90、d60为低敏感度粒径。孔隙比对渗透系数的影响大于任一特征粒径,渗透系数与孔隙比呈正相关关系;相同颗粒级配的粗粒土,随孔隙比变化可使渗透系数产生数量级跨越。采用GA-BP神经网络方法,由全级配和孔隙比能较好地预测粗粒土渗透系数。     

An investigation on dewatering kinetics of ultrafine coal

Ultrafine coal dewatering is of great importance to the coal industry due to its impacts on the handling and utilization characteristics of coal products. Commercially available filtration techniques are either ineffective or costly for dewatering of ultrafine coal to the desired moisture level of about 20%. Considerable efforts have been devoted to understanding the dewatering process and developing new technologies for applications in the coal industry. Most of the previous work on ultrafine coal filtration was focused on the final filter cake moisture and few studies have been conducted to investigate the filtration kinetics. The present investigation was undertaken to better understand the kinetics of vacuum filtration of ultrafine coal under various conditions. The filtrate weight was continuously monitored using a precise load cell during the entire filtration process. Operating parameters such as vacuum pressure and reagent conditioning time were examined for their impacts on filtration kinetics. Use of cationic and anionic flocculants showed significant improvement in filtration kinetics. Kinetic data obtained from the study were used to determine the fundamental parameters of filtration such as cake permeability, specific cake resistance, and filter medium resistance using the integrated form of the Darcy's law.     

Particle transport within water-saturated porous media: Effect of pore size on retention kinetics and size selection

The transport and filtration behaviour of fine particles (silt) in columns packed with sand was investigated under saturated conditions by using step-input injections. Three samples of different particle size distributions (coarse medium, fine medium and a mixture of both) were used in order to highlight the influence of the pore size distribution on particle retention and size selection of recovered particles. The main parameters of particle transport and deposition were derived from the adjustment of the experimental breakthrough curves by an analytical model. The higher particle retention occurs in the mixture medium, owing to its large pore size distribution, and the filtration coefficient decreases with increasing flow velocity. Particle size distribution of recovered particles shows a thorough size selection: (i) the first recovered particles are the coarser ones; (ii) the size of the recovered particles increases with increasing flow velocity and enlarger pore distribution of the medium.     

细粒含量对尾矿工程性质影响分析

由长期工程实践和试验研究可知,尾矿的工程性质除与尾矿的矿石成分、筑坝方式以及矿浆的沉积特性有关外,重要的是与尾矿的颗粒粒度组成有关。为了分析上游式尾矿库尾矿经排放、沉积、分选等作用下颗粒组成的变化特征及其对尾矿工程性质的影响规律,通过对上游式尾矿库沉积滩面不同距离处尾矿进行颗粒级配分析、力学性质和渗透性质试验,重点分析了细颗粒含量（颗粒直径小于0.075 mm）对尾矿工程性质的影响规律。研究表明,随着距离上游式尾矿库滩顶长度的增大,尾矿颗粒组成中的细粒含量逐渐增多,颗粒级配情况由一般到良好再到一般,孔隙比也呈现出随之先减小后增大的变化趋势。受原尾矿颗粒组成的影响,尾矿黏聚力随细粒含量的增加呈逐渐增大,而内摩擦角相对变化较小,其渗透系数受细颗粒含量影响较大,随含量增大迅速减小。