堆场淤泥不排水强度特性研究

作者:梅岭;朱杰;王南江;孙运良; 刊名:重庆交通大学学报(自然科学版) 上传者:舒建

【摘要】新近吹填淤泥具有高含水率、低渗透性等特点,且剪切强度极低。为深入研究吹填淤泥在堆场中沉积时间对剪切强度的影响,采用沉降柱模拟淤泥在堆场中的沉积过程,进行了3组不同时间的室内沉降柱沉积试验,达到设定沉积时间后用微型十字板进行不排水强度测试。实验结果表明:受沉积时间影响,在含水率相同条件下,不排水强度随沉积时间增长而增大;受初始含水率影响,不排水强度-有效应力曲线呈上凹状,与一般情况认为的线性关系不一致。

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摇摇河流清淤、航道扩宽、港口建设、围海造地等各种工程建设中都会产生大量的疏浚淤泥。据不完全统计,我国每年产生的疏浚淤泥达数亿立方米[1]。预计至2015年,长江、黄河、海河、辽河、淮河等江河湖库泥沙的淤积量会超过1.4×1011m3,沿海港口的疏浚量将在(5~7)×1010m3[2]。另一方面,随着城市加速发展,高速公路、高铁、港口、码头、市政等建设不断增多,对土地资源需求急速增加,土地资源匮乏越来越成为限制城市发展的瓶颈。将疏浚淤泥作为填料进行吹填造地,既能解决疏浚淤泥处置难的问题,又能有效缓解城市建设中缺乏土地资源的问题,具有良好的经济效益和应用前景。我国主要采用绞吸、耙吸等水力方式进行疏浚,产生的吹填淤泥具有高含水率、渗透性差、低有效应力等特点,这些新近吹填淤泥在堆场中通过自重沉积固结并处于低有效应力状态。目前已有相关学者对堆场淤泥完全重塑状态下不排水强度特性做了大量研究[35],但吹填淤泥在堆场中一般自重沉积时间相对较长,仅对完全重塑状态下的淤泥不排水强度研究尚不足够,且淤泥在堆场中沉积不同时间后的物理力学性状皆有差异,对此尚不明确。因此笔者基于室内模型试验,模拟吹填淤泥在自然条件下沉积过程,研究了淤泥不排水剪切强度随沉积时间、沉积高度、有效应力及含水率的变化关系。1摇试验方案1.1摇试验土样试验选用盐城某工程疏浚淤泥,对所选土样进行室内基本土性试验,获得其基本物理力学性质特征(表1),其中液塑限采用联合液塑限仪测定,比重采用比重瓶法测得,淤泥颗粒级配采用密度计法测定,所得塑性分布曲线如图1。表1摇土样基本物理力学指标Table 1摇Basic physical and mechanical index of soil samples土样名称液限wL/%塑限wP/%塑性指数IP比重GS盐城土样42 28.1 13.9 2.7图1塑性图Fig.1 Plasticdiagram1.2摇试验方法1.2.1摇沉降柱试验实验采用3个直径为12 mm,高度为50 cm的亚克力透明圆柱,沉降圆柱外侧均贴有刻度尺,如图2(a)。图2试验仪器Fig.2 Testinstrument实验所用淤泥土样为4倍液限含水率,由于初始含水率很高,搅拌完成的淤泥土样会很快发生沉降,这会导致不同沉降柱中淤泥土样的含水率不一致,为避免这一情况,装样过程需持续进行搅拌,同时尽可能在短时间内完成装样。装样完成后记录下液面初始刻度,每隔一段时间观察泥面位置并记录此时刻度,以此得到泥浆沉降规律。沉积时间设定为60、90、180 d,达到设定天数即开始进行强度测试。1.2.2摇强度试验文中淤泥土样含水率较高,常规强度测试方法(如三轴仪试验、直剪实验、无侧限抗压试验等)并不适用[67]。基于这一情况,国内外学者提出多种可靠的试验方法用以测试淤泥强度,有旋转黏度计法、平板贯入法、新型落锥法、微型十字板法等。由于沉降柱中淤泥土样需要分层进行强度测试,上述方法中只有微型十字板法较为合适,其他方法对土样扰动较大,故笔者采用微型十字板剪切仪进行强度测试。本实验所用十字板剪切仪器如图2(b)、(c)。该仪器主要由两部分构成,即控制器和剪切主机。其主要部件有步进电机、十字板、扭矩传感器、控制器等。控制器是实验过程中用以控制十字板头转动速率及实时输出扭矩的装置,试验过程中转角和扭矩可通过控制器面板显示器直接读出。十字板直径为40 mm,高度为80 mm,由厚度为2 mm的不锈钢制作,十字板测杆直径为4 mm。十字板剪切速率可在0.1~10(°)/s之间调整。本仪器试验过程中采用的剪切速率为60(°

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