絮凝-水平真空两段式脱水法处理高含水率疏浚淤泥模型试验研究

针对目前预制竖向排水板(PVD)真空预压法处理疏浚淤泥(软土)时存在的板材弯折和淤堵严重的问题,提出了一种絮凝沉积-水平真空两段式脱水法处理高含水率疏浚淤泥。首先,开展PVD和水平排水板(PHD)对比模型试验,表明PHD相对于PVD具有板材变形小、脱水速率均匀、长期脱水效果好等优点。就研究案例而言,PVD的最终排水量仅为PHD的77.4%。然后,研究了絮凝剂(阴离子型聚丙烯酰胺即APAM)对絮凝沉积-水平真空两段式脱水法排水性能的影响,研究显示絮凝剂的添加可以大幅提高疏浚淤泥的脱水效率。絮凝剂主要通过沉积脱水降低含水率以及絮凝簇团作用改善土体的不均匀固结问题两个方面来整体提高脱水效率;相较于没有添加絮凝剂的试验组,适量添加絮凝剂(0.45%干土质量)可缩短35%的脱水时间。最后,分析了静置沉积时长(即真空介入时间点)对脱水速率的影响。结果表明真空介入过早不利于絮凝剂发挥最大脱水效果且易带来明显的不均匀固结问题,最佳介入时间为静置沉积24 h后。     

生石灰处理高含水率疏浚淤泥的含水率变化规律研究

通过大量的室内试验,研究了高含水率疏浚淤泥添加生石灰拌和而成的松散土的含水率变化规律。导入含水率降低率的概念,得出处理土含水率降低率随掺灰比的变化与原泥初始含水率无关,含水率降低率随着掺灰比的增加而线性增加的变化规律。根据得出的含水率变化规律,提出了处理土含水率的简单实用的预测方法。利用已有文献的试验数据验证了所提出的处理土含水率的变化规律和预测方法的有效性。     

疏浚淤泥化学絮凝−真空预压深度脱水效果评价

为实现疏浚淤泥高效快速脱水减容,选取化学絮凝和真空预压相结合的脱水技术,利用自制真空预压抽滤装置对5种类型絮凝剂调理淤泥进行系列室内脱水试验,通过上清液高度、泥水分界面高度、沉降速率、底泥含水率等指标,综合评价疏浚淤泥沉降过程与深度脱水效果。结果表明：5种絮凝剂对应最优添加量分别为Ca(OH)2(1 500 mg/L)、PAFSI(200 mg/L)、PAC(200 mg/L)、HCA(50 mg/L)、APAM(500 mg/L);与原始淤泥自然沉降过程相比（底泥高度17.14 cm、含水率96.8%）,真空预压可实现絮凝调理淤泥脱水减容、底泥平均含水率降至53.5%,使底泥体积进一步压缩20.48%～36.99%;真空预压作用下,絮凝调理淤泥在50 min内达到沉降速率峰值,前120 min内淤泥絮凝效果明显、泥水分离程度占据主导;与原始淤泥真空预压对比,絮凝?真空预压大幅提升淤泥沉降速率、有效缩短峰值对应沉降时间,最优絮凝剂（APAM）底泥沉降速率峰值、淤泥总高度沉降速率峰值对应时间点缩短87.5%和83.33%,峰值速率分别增加3.56倍、5.18倍;添加适量絮凝剂能有效改善淤泥脱水性能,增大泥粒尺寸、防堵促排,加速疏浚淤泥沉降与泥水分离效率。化学絮凝?真空抽滤技术有利于实现疏浚淤泥减量化,显著缩短工期、加快施工进度、减少堆积占地,具有显著的工程应用价值。     

水泥-磷石膏双掺固化处理高含水率疏浚淤泥试验研究

在传统水泥固化处理方法的基础上,提出用水泥-磷石膏双掺固化处理高含水率疏浚淤泥的方法,以期达到以废治废,将废弃高含水率疏浚淤泥经济合理转化为良质土资源的目的。系列室内试验的结果表明,磷石膏对疏浚淤泥固化土的增强效果显著,并存在一最佳掺量,最佳掺量随淤泥初始含水率增大而增大,水泥-磷石膏双掺固化土的应力-应变曲线表明,其破坏应变一般在2%～3%左右,变形系数E50与抗压强度近似呈线性递增关系。     

高含水率疏浚淤泥新型复合固化材料试验研究

基于传统水泥固化处理方法,提出了水泥-生石灰-高分子添加剂新型复合固化材料处理高含水率疏浚淤泥的新方法,以期快速降低淤泥含水率并提高固化淤泥的无侧限抗压强度,拓展水泥固化淤泥的含水率范围,达到高效廉价固化处理高含水率疏浚淤泥的目的。通过系列室内试验,探讨了该方法处理后高含水率淤泥的无侧限抗压强度变化规律以及各材料掺入比对强度的影响规律。研究结果表明,水泥掺入比低于7%的新型固化材料处理初始含水率2倍液限的高液限淤泥,早期强度大于0.5 MPa,28 d强度大于1 MPa;固化淤泥强度随龄期、水泥和生石灰掺入比的增大而增大;给出了考虑多因素多水平的无侧限抗压强度预测公式,预测值与实测值基本一致     

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。     

堆场疏浚淤泥含水率分布规律调查研究

堆场淤泥的沉积、固结过程直接影响到后续淤泥的处理方法和经济成本。通过在南水北调东线白马湖现场使用绞吸式挖泥船疏挖白马湖底泥,吹淤进入堆场,研究了堆场内淤泥含水率随时间、沿程和堆场深度上的变化规律。结果表明,堆场内疏浚淤泥含水率随时间逐渐降低,随沿程逐渐升高,130 d后吹淤口处含水率降低到20%～50%之间;160 d后,距离吹淤口100 m距离吹淤口200 m处和处含水率维持在100%～150%和100%～170%之间;随深度逐渐降低,到40 cm深时,含水率降低减缓,维持在140%左右;疏浚泥中黏粒含量随着距离吹淤口距离的增大而增多,随着深度的加深而减小,疏浚泥的渗透系数随着距离吹淤口距离的增大而减小,随深度的加深而增大。     

絮凝-固化联合处理超高含水率吹填淤泥浆的试验研究

采用吹填淤泥作为滩涂围垦填料既能有效解决砂石等理想填料资源的短缺难题,又能避免大量吹填泥弃置所带来的环境负面影响,具有可观经济效益和可持续发展性。但吹填淤泥往往呈流浆或浮泥态,含水率超高,强度低,渗透性差,后续地基处理人员和设备难以直接进场。鉴于此,提出了一种絮凝-固化联合方法处理表层吹淤泥浆形成硬壳层(工作平台)的新思路,并开展室内试验验证了其技术可行性。首先,通过针筒滴定法确定了处理吹填淤泥的絮凝剂(PAM)类型及最佳掺量;然后,通过模型试验模拟了不同配比的絮凝-固化联合处理淤泥浆的絮凝沉积过程,并开展十字板剪切试验测定不同龄期土样的抗剪强度和含水率。结果显示,在同样固化剂掺量情况下,使用絮凝-固化联合处理法代替传统单一水泥固化法,能使试样的不排水抗剪强度至少提高5倍以上,证明了采用絮凝-固化联合方法处理表层吹淤泥浆形成表层工作平台的可行性。     

水玻璃-碱渣-矿渣固化高含水率淤泥的强度性质

利用工业固体废弃物碱渣和矿渣作为固化剂,水玻璃作为激发剂,对高含水率疏浚淤泥的强度性质进行试验研究,并通过X射线衍射测试探讨固化机理。研究表明,在对含水率为110%疏浚淤泥固化的正交试验中,碱渣、矿渣和水玻璃掺量越多固化土的无侧限抗压强度越大,影响3 d强度的因素主次关系为碱渣>水玻璃>矿渣,而7 d和28 d时变为水玻璃>碱渣>矿渣,水玻璃对28 d强度的影响显著。当水玻璃掺量一定而碱渣与矿渣总掺量相同时,碱渣对固化淤泥的作用强于矿渣。固化土中的水化产物包括钙矾石、水化氯铝酸钙、水钙沸石和水化硅酸钙等,其填充和胶结作用使淤泥强度得到提高。研究确定了满足一般填土工程要求的固化方案,为碱渣和矿渣作为高含水率淤泥固化剂的资源化利用提供理论依据和参数支持。     

疏浚淤泥流动固化处理与流动性试验研究

疏浚淤泥由于含水率高、强度低、渗透性低等特性,在工程上难以直接利用而往往作废弃处理,造成了资源的浪费和土地的占用。针对我国疏浚施工的特点,基于传统固化方法,提出了将高含水率疏浚淤泥进行流动固化处理,并进行了流动性试验研究。结果表明,固化淤泥拌合物的流动值与初始含水率及固化材料掺量之间均具有良好的线性关系,初始含水率2.5wL是能否进行流动固化处理的临界值。基于影响流动性的两个重要因素,即初始含水率和固化材料掺量,提出了广义水灰比的概念,建立了流动值的预测方法,并对预测公式进行了验证     

高吸水材料改善高含水率淤泥流动性的试验研究

城市疏浚和建设过程中产生的高含水率淤泥具有高流动性的典型特点,导致此类淤泥运输、周转都极为不便。开展了利用高吸水材料改善淤泥流动性的试验,研究结果表明,淤泥的流动性随着含水率的升高而显著上升,曲线拟合结果显示两者之间近似成二次函数关系。通过添加较少量的高吸水材料就可以使淤泥的流动性迅速降低到非常利于运输和周转的程度;引入“净流动值”定量地描述高吸水材料对淤泥流动性的改善效果,不同初始含水率的淤泥在添加一定比例的高吸水材料后其“净流动值”降低比例处于相同水平;高吸水材料对淤泥流动性的改善效果在极短时间内可以得到显著体现,未进行充分搅拌混合的情况下淤泥流动值改善就已接近最优值,搅拌的持续时间和强度对淤泥流动性改善效果并无明显影响,工程应用时的工作耗时和工作强度将会明显降低。     

絮凝−电渗法联合治理淤泥质土试验研究

针对传统电渗法治理淤泥质土过程中排水效率低且治理后土体不均匀等问题,从改变软黏土颗粒自身持水特性角度出发,提出采用新型有机高分子材料阴离子型聚丙烯酰胺（APAM）联合电渗法治理淤泥质土的思路。利用自制的一维电渗固结试验装置,探究絮凝−电渗法联合作用机制以及不同絮凝剂掺入比对电渗排水加固效果的影响规律。试验结果表明：与传统电渗法相比较,絮凝剂 APAM 的掺入减少了软黏土颗粒表面的结合水膜厚度,使得淤泥质土的前期电渗排水速率和累计排水量显著提升,从而降低了电渗法的平均能耗系数;同时,絮凝剂高分子长链的“吸附架桥”作用增强了土颗粒的黏结力和絮凝沉积效果,有效缓解了电渗过程中细小黏粒迁移集聚而造成的阴极淤堵问题;治理后淤泥质土的抗剪强度大幅增高,土体的均匀性也得到了明显改善,且当絮凝剂 APAM 掺入比为 0.30% 时,土体的电渗排水固结效果最佳。     

絮凝−真空−电渗联合加固滩涂软土的模型试验研究

针对真空预压作用下排水板淤堵与排水条件受限等问题,提出絮凝−真空−电渗联合加固法。首先通过沉降柱试验确定合适的有机絮凝剂,然后采用该絮凝剂,分别在 48 h（开始介入真空预压,固结度为0 ）、60 h（排水速率明显下降,固结度为60%）及 84 h（排水速率近乎 0,固结度为 80%）时介入电渗,开展不同电渗介入时间的絮凝−真空−电渗联合加固试验。试验从排水量、十字板剪切强度、含水率与孔压等对比分析联合加固的有效性,确定其最佳电渗介入时间。试验结果表明：当固结度为 80% 时介入电渗,絮凝−真空−电渗联合加固法能够有效地抑制排水速率减小的趋势,增长有效排水时间。同时,土体的抗剪强度和承载力亦得到大幅提升,孔压消散更加均匀。此外,在阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的作用下,初始排水速率快,在一定程度上使土体的渗透性得到提升,有效地解决了排水板淤堵问题,说明絮凝−真空−电渗联合加固法具有较强的优越性。     

新型高分子聚合物固化高含水率淤泥的早期强度试验研究

本文在传统固化材料的基础上,引入新型高分子材料,针对高含水率淤泥固化后早期强度不足和实际工程适用性问题,模拟原位填筑和异地填筑两种使用工况进行系列土工试验。研究环境因素、固化剂掺量和初始含水率对固化淤泥早期强度的影响,并确定最优固化剂掺量;通过一维压缩应力-应变曲线来分析固化淤泥的破坏特性;通过电镜扫描图分析固化土的微观结构,探究固化剂的固化机理。试验结果表明：该新型高分子固化剂对高含水率淤泥固化效果良好,固化剂的最优掺量为5%,固化淤泥土7d无侧限抗压强度可达2.4 MPa;异地填筑工况更有利于固化土的强度发展,相比于原位填筑强度增长了大约30%;固化土在达到极限强度时会发生脆性破坏,在工程使用中应避免。通过对固化淤泥的微观结构分析,结果表明固化淤泥的强度主要来源于带有极性离子的土颗粒积聚成团以及高分子聚合物水化形成的链状网络结构对土颗粒的胶结作用。     

振冲法处理淤泥土体的研究

18层住宅楼建在天然地基中的含淤泥土层上, 地基采用振冲法处理。通过对各楼不同层位处的载荷试验和主体施工中的沉降观测得出: 较厚淤泥层上的高层建筑地基采用振冲法处理可以取得经济可靠的效果; 加大振冲器功率可使基础沉降效果明显减小; 振冲桩复合地基中附加应力扩散现象随软土层上部相对硬层强度增加而增加, 但以上部土层厚度影响为主; 对于筏板基础, 载荷试验曲线初段受深度影响不能真实反映复合地基的压缩性。     

真空预压联合石灰稳定法改良淤泥土试验研究

在工程用土资源越来越紧张和环境日益恶化的情况下淤泥资源化利用成为一个亟待解决的问题。通过向河底淤泥中掺入一定量的生石灰,再用真空预压结合外加剂木质素磺酸钙来改善土体的渗透、强度和变形等特性,总结并分析了掺木量对稳定排水量,稳定沉降量、强度、孔隙等的影响以及真空预压后石灰稳定土龄期下土体强度的变化规律。试验结果表明,抽真空后改良土具有较低含水率,土体强度增长较大,孔隙较小,后期沉降较小,加固土体以满足填筑用土要求,经济性分析表明该法是可以接受的。     

高喷插芯组合桩水平承载特性大尺寸模型试验研究

高喷插芯组合桩（简称JPP桩）是一种适用于软土地基的新型组合桩,能有效提高桩的竖向承载力,并取得了相当规模的应用。为了研究其水平承载特性,利用河海大学岩土所自行研制开发的大型模型槽试验进行水平承载桩静载作用下的大尺寸模型试验。通过与普通圆截面灌注桩、加承台JPP桩的水平承载性能的对比,试验表明,JPP桩水平承载力较普通圆截面灌注桩提高了15%,桩身最大弯矩处在桩顶以下大约2 m处,桩侧土压力主要集中在上部2 m范围内土体。同时,试验表明加了承台后,JPP桩的水平承载能力有了大幅度的提高。利用规范推荐的基于m法的灌注桩水平承载力公式,对JPP的水平承载力进行了计算,结果与试验值基本吻合。其结果可以为类似土层下水平受荷JPP桩的设计与研究提供参考。     

化学絮凝法处理实验室废水中化学耗氧量的研究

以碱式氯化铝和硫酸亚铁并用,处理实验室废水中化学耗氧量的最佳条件是每升废水中ＦｅＳＯ４和Ａｌ（ＯＨ）２Ｃｌ分别为３０ｍｇ和１０ｍｇ,废水中的ＰＨ为５－９,搅拌时间为１５分钟,澄清时间为１小时。该法对处理耗氧量ＣＯＤ＾①有显著效果,经处理后的废水可达到工业废水的排放标准,因此这是一种经济有效而又简便的方法。     

静动力排水固结法处理淤泥软基振动试验研究

对于高含水率、大孔隙比的深厚淤泥地基,在静动力排水固结法处理中,采用组合式高效夯击减震锤（SAAT）等4种不同形状尺寸的典型夯锤,以975～1 125 kN•m单击夯击能夯击,进行场地振动加速度及夯沉量原位对比测试,获得SAAT夯锤与地基土首次接触、回弹和二次作用历时分别为15,80,35 ms,各锤作用下竖向与水平向加速度分别在10 m与5 m距离内急剧降低,得到满足规范（烈度Ⅶ度）安全要求时SAAT及各夯锤夯击综合安全距离为20～30 m,其中SAAT所需安全距离最小。结果表明,采用SAAT可明显提高夯击效率,并可有效地减小对周边环境的振动影响。此外,对该条件下夯击冲击波的传播及衰减规律进行了总结与分析。     

生石灰对理化复合法处理淤泥浆效率的影响研究

改性淤泥固化土应用于填方工程既能弥补砂石填料供应短缺的困境,还能解决大宗疏浚淤泥的弃置难题。但当淤泥含水率超高（＞300%）时,纯水泥固化法处理效果极差,而采用絮凝调理联合化学固化的理化复合法可有效解决此类问题。鉴于生石灰具有絮凝和固化双重功效,采用生石灰替代部分水泥可能会进一步提高淤泥浆的理化复合法处理效率。通过十字板剪切试验研究了生石灰替代比对高含水率淤泥浆理化复合法处理效率的影响规律,并通过X射线衍射（XRD）和场发射扫描电镜（FESEM）试验从微观层面揭示了其固化机制。结果表明：生石灰对淤泥浆理化复合法处理效率会产生较大影响,且存在一个最优生石灰替代比,在最优替代比条件下生石灰能显著发挥絮凝和固化双重功效,并有效提高处理后淤泥的早期和晚期强度;从微观试验分析,最优替代比下处理后的淤泥样生成的CSH/CAH/CASH凝胶和钙矾石等水化产物数量最多,孔隙间隙也最小。因此,实际工程中运用理化复合法处理高含水率淤泥浆时,可采用生石灰替代部分水泥以提高处理效率。