超軟土地基排水體防淤堵高效處理技術(shù)參與情況

主要完成人：

蔡袁強(qiáng)（溫州大學(xué)）

王軍（溫州大學(xué)）

金亞偉（江蘇鑫泰巖土科技有限公司）

張留俊（中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司）

陳鋒（中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司）

樓曉明（上海港灣基礎(chǔ)建設(shè)（集團(tuán)）股份有限公司）

2020年度國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)項(xiàng)目。

圍海造田、軟土地基處理、淤泥堆場(chǎng)處理等超軟土排水工程中，排水體過(guò)濾材料通常會(huì)遇到淤堵問(wèn)題，導(dǎo)致無(wú)法有效地快速降低超軟土含水率。影響排水體淤堵的主要因素有兩點(diǎn)：（1）排水界面上的應(yīng)力、水力條件；（2）過(guò)濾材料自身的孔隙特性。本項(xiàng)目通過(guò)增加了模擬頂部堆載荷載和真空負(fù)壓模塊的改進(jìn)梯度比試驗(yàn)儀器，模擬排水體淤堵過(guò)程，揭示超軟土排水體發(fā)生淤堵的機(jī)理；通過(guò)更換不同濾層材料，進(jìn)行不同上部荷載壓力和不同真空負(fù)壓下的室內(nèi)排水模型試驗(yàn)，篩選出最有利于防淤堵的過(guò)濾材料和水力、應(yīng)力條件，揭示這些因素的防淤堵機(jī)理；通過(guò)試驗(yàn)結(jié)束后的取樣顆粒分析結(jié)果，對(duì)照過(guò)濾材料的孔隙特性，分析顆粒的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和在過(guò)濾材料中的滯留規(guī)律，建立超軟土排水體濾層材料防淤堵設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。本項(xiàng)目的研究結(jié)果可以給出指導(dǎo)防淤堵設(shè)計(jì)的理論依據(jù)，進(jìn)一步優(yōu)化排水固結(jié)工程措施。在沿海港區(qū)吹填造陸、內(nèi)陸河流湖泊疏浚淤泥處置等工程中有較好的應(yīng)用前景。

本項(xiàng)目通過(guò)不同直徑尺寸的沉降柱試驗(yàn)，研究了超軟土自重沉積過(guò)程中邊界尺寸效應(yīng)對(duì)沉降過(guò)程影響，對(duì)初始含水率、沉降柱內(nèi)徑及沉降模式轉(zhuǎn)變對(duì)應(yīng)的臨界初始含水率之間相互影響的機(jī)理進(jìn)行了分析；研制了超軟土真空排水室內(nèi)模型試驗(yàn)儀器，通過(guò)大量超軟土的真空排水室內(nèi)模型試驗(yàn)，研究了超軟土真空排水的效果，通過(guò)分析，確定了不同真空度下超軟土排水效果的變化規(guī)律，得到了不同超軟土試樣的最優(yōu)真空度，通過(guò)對(duì)累積抽水量、含水率降低值、含水率降低率、泥面沉降等試驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比，分析了真空度、豎向排水材料、初始含水率、土樣基本特性、模型尺寸等因素對(duì)超軟土真空排水效果的影響，解釋了上述因素的對(duì)真空排水效果的影響機(jī)理；通過(guò)對(duì)不同常用土工濾層材料作為排水體的真空排水試驗(yàn)，篩選出了有利于真空排水過(guò)濾材料類(lèi)型，通過(guò)干篩法和排水試驗(yàn)結(jié)束后的取樣顆粒分析，測(cè)定了所選用的常規(guī)土工濾層材料有效孔徑和試驗(yàn)結(jié)束后原泥、尾水、織物表層淤泥的顆粒分布規(guī)律，分析了顆粒的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和在過(guò)濾材料中的滯留規(guī)律，研究了過(guò)濾材料有效孔徑和土樣特征粒徑之間的關(guān)系，對(duì)超軟土排水體過(guò)濾材料的選取提出了指導(dǎo)方法；進(jìn)一步對(duì)6組新型復(fù)合濾層材料進(jìn)行了超軟土真空排水試驗(yàn)，篩選得到了最佳復(fù)合濾層材料，對(duì)復(fù)合過(guò)濾材料的排水機(jī)理和防淤堵機(jī)理進(jìn)行了分析，通過(guò)研究試驗(yàn)完成后試樣的顆粒遷移規(guī)律和含水率空間分布規(guī)律，揭示了PVA材料與常規(guī)土工織物濾層材料不同的排水機(jī)理，并分析了PVA材料排水效果較好的原因，提出了PVA材料“吸水—保水—排水”循環(huán)的反濾排水機(jī)理。在本基金項(xiàng)目的支持下已發(fā)表、錄用論文9篇（SCI和EI雙收錄1篇、EI收錄4篇、EI待收錄1篇），申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利13項(xiàng)，授權(quán)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利4項(xiàng)。 2100433B

我國(guó)填埋場(chǎng)建有滲濾液水位迫降抽排豎井超過(guò)2萬(wàn)口，但其普遍存在淤堵快、出水流量低和水位控制效果差的問(wèn)題。工程探索表明，一種具備復(fù)合反濾結(jié)構(gòu)的滲濾液抽排豎井具有良好的抗淤堵性能，但其滲透-淤堵機(jī)理尚不清楚，難以進(jìn)一步優(yōu)化和推廣。擬針對(duì)填埋場(chǎng)復(fù)合反濾滲濾液抽排豎井開(kāi)展研究。通過(guò)單元體試驗(yàn)和模擬，研究復(fù)合反濾層的滲流機(jī)理，掌握各反濾結(jié)構(gòu)層流量負(fù)荷分布規(guī)律，揭示其在不同物化生化特性滲濾液、溫度、上覆壓力、位移等因素作用下的滲透-淤堵響應(yīng)，探索優(yōu)化復(fù)合反濾結(jié)構(gòu)；開(kāi)展復(fù)合反濾抽排豎井長(zhǎng)期室內(nèi)模型試驗(yàn)，掌握其反濾結(jié)構(gòu)及井周垃圾長(zhǎng)期使用后的淤堵時(shí)空發(fā)展規(guī)律，試驗(yàn)探索淤堵防治技術(shù)；建立考慮淤堵時(shí)空效應(yīng)的復(fù)合反濾抽排豎井井流計(jì)算方法；開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，驗(yàn)證和進(jìn)一步探索復(fù)合反濾層抽排豎井出水效果、淤堵發(fā)展規(guī)律及淤堵防治技術(shù)。本研究可闡明復(fù)合反濾滲濾液抽排豎井的滲透-淤堵時(shí)空發(fā)展規(guī)律，有利于其進(jìn)一步優(yōu)化發(fā)展和推廣應(yīng)用