楊瑞敏,丁建文,周志彥,徐桂中,張遠(yuǎn)兵
(1.安徽科技學(xué)院建筑學(xué)院,安徽 滁州 233100; 2.東南大學(xué)交通學(xué)院,江蘇 南京 210096;3.江蘇鴻基巖土工程有限公司,江蘇 揚(yáng)州 225002; 4.鹽城工學(xué)院土木工程學(xué)院,江蘇 鹽城 224051)
?
堆場(chǎng)疏浚泥顆粒分選特性初步量化方法
楊瑞敏1,丁建文2,周志彥3,徐桂中4,張遠(yuǎn)兵1
(1.安徽科技學(xué)院建筑學(xué)院,安徽 滁州 233100; 2.東南大學(xué)交通學(xué)院,江蘇 南京 210096;3.江蘇鴻基巖土工程有限公司,江蘇 揚(yáng)州 225002; 4.鹽城工學(xué)院土木工程學(xué)院,江蘇 鹽城 224051)
為了準(zhǔn)確評(píng)估堆場(chǎng)存儲(chǔ)能力和合理選擇疏浚泥處理工藝,以泥沙運(yùn)動(dòng)學(xué)為理論基礎(chǔ),將疏浚泥顆粒分為d<0.005 mm、0.005 mm≤d≤0.01 mm和d>0.01 mm 3個(gè)粒組,分析了各粒組相對(duì)含量的沿程變化規(guī)律,明確了堆場(chǎng)疏浚泥分選的主要原因是d>0.01 mm粒組與0.005 mm≤d≤0.01 mm粒組的相對(duì)運(yùn)動(dòng);以分選系數(shù)量化堆場(chǎng)疏浚泥分選的顯著程度,以偏離系數(shù)量化原泥顆粒組成對(duì)堆場(chǎng)疏浚泥分選的影響,分析了分選系數(shù)、偏離系數(shù)分布與堆場(chǎng)疏浚泥土性分布的關(guān)系,提出了堆場(chǎng)疏浚泥分選特性的初步量化方法。研究結(jié)果表明:隨著離吹填口距離的增大,分選系數(shù)沿程減小,呈冪函數(shù)分布,堆場(chǎng)疏浚泥分選性沿程減弱,吹填口附近分選系數(shù)最大,顆粒分選顯著,粒度差異大,退水口附近分選系數(shù)趨近于零,分選不明顯,顆粒分布均勻;偏離系數(shù)沿程先減小后增大,呈勺形分布,反映堆場(chǎng)前、后段疏浚泥土性與原泥相差較大,而堆場(chǎng)中段疏浚泥土性與原泥接近;分選系數(shù)、偏離系數(shù)的沿程分布與堆場(chǎng)疏浚泥土性分區(qū)具有良好的相關(guān)性。
疏浚泥;顆粒分選;分選系數(shù);偏離系數(shù);量化方法;堆場(chǎng)
為了改善內(nèi)陸河道的通航能力和泄洪能力,我國(guó)每年都要開展大規(guī)模的疏浚清淤工作,從而產(chǎn)生大量的疏浚泥[1-4]。例如長(zhǎng)江口深水航道治理工程僅三期工程的基建疏浚量就達(dá)1.7億m3左右,工程竣工后每年維護(hù)產(chǎn)生的疏浚量約3 000萬m3[2];南水北調(diào)東線江蘇段僅一期工程的疏浚量就超過2.0億m3[5];珠江三角洲地區(qū)每年的疏浚量高達(dá)8 000萬m3[4]。目前,我國(guó)內(nèi)陸河湖多采用絞吸式疏浚方式,河湖底泥被挖泥船耙頭前端的切盤或高壓水切碎并與水混合后,通過高速離心泵泵送至岸邊的堆場(chǎng)堆放處置,泥漿從吹泥口卸載后,粗顆粒(主要為疏浚時(shí)未充分切割或打碎的底泥大土塊,其尺寸可達(dá)厘米級(jí))迅速?gòu)哪酀{中脫離,掉落于吹泥口下方形成粗顆粒扇形堆積區(qū),細(xì)顆粒泥漿經(jīng)堆場(chǎng)沉積區(qū)向退水口方向流動(dòng)。此疏浚方式具有連續(xù)作業(yè)、施工效率高、成本低和不需要斷流施工的優(yōu)點(diǎn),但產(chǎn)生的疏浚泥含水率極高(如金寶航道疏浚工程疏浚泥含水率高達(dá)1 000%[6],連云港廟嶺新港疏浚工程疏浚泥含水率高達(dá)900%[7]),當(dāng)河道底泥細(xì)顆粒含量較高時(shí),疏浚泥含水率將長(zhǎng)期居高不下,疏浚泥堆放處置時(shí),必然需要征用大量的土地,且征地時(shí)間長(zhǎng),而我國(guó)目前土地資源日趨緊缺,勢(shì)必引發(fā)各種社會(huì)、經(jīng)濟(jì)矛盾。為了有效緩解這些矛盾,需要進(jìn)行堆場(chǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)和對(duì)疏浚泥進(jìn)行脫水固結(jié)處理。然而眾多工程實(shí)踐表明[6,8-13],吹填過程中高含水率疏浚泥的水力分選現(xiàn)象明顯,容易造成堆場(chǎng)疏浚泥土性分布不均,從而影響堆場(chǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和疏浚泥處理工藝的選擇。
實(shí)際疏浚工程中通常存在如下問題:①堆場(chǎng)存儲(chǔ)容積設(shè)計(jì)偏保守,導(dǎo)致堆場(chǎng)存儲(chǔ)容積設(shè)計(jì)過大,造成土地資源浪費(fèi);②能否有效預(yù)測(cè)堆場(chǎng)疏浚泥土性分布,從而有針對(duì)性地選擇淤泥的處理工藝,以期達(dá)到良好的處理效果。上述問題的解決與堆場(chǎng)疏浚泥顆粒分選量化方法的研究密切相關(guān),徐桂中等[6,14-15]對(duì)泥漿垂直分選的研究表明,顆粒的相對(duì)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致泥漿的顆粒分選,而泥漿的分選形態(tài)與泥漿的含水率、物質(zhì)組成等有關(guān)(例如細(xì)顆粒含量低、含水率較高時(shí),泥漿通常呈“上小下大”的正粒序分選形態(tài),隨著細(xì)顆粒含量增大、含水率降低,泥漿呈“上大下小”的反粒序和“混雜”粒序分選形態(tài))。徐桂中[6]提出了“分選度”的概念,對(duì)自重沉積時(shí)疏浚泥的分選進(jìn)行定量描述,但僅限于疏浚泥垂直方向分選的定量評(píng)估,而實(shí)際吹填工程中疏浚泥分選受水動(dòng)力條件影響較大,且工程上較為關(guān)注的是堆場(chǎng)疏浚泥水平方向的分選。本文基于泥沙運(yùn)動(dòng)學(xué)理論和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),分析疏浚泥d<0.005 mm、0.005 mm≤d≤0.01 mm和d>0.01 mm 3個(gè)粒組的沿程分布規(guī)律,提出吹填動(dòng)水條件下疏浚泥顆粒分選特性量化方法,明確疏浚泥分選與土性分區(qū)的相關(guān)性。
泥沙運(yùn)動(dòng)學(xué)的研究[17-18]表明,泥漿中形成絮凝的顆粒臨界粒徑為0.01 mm左右,當(dāng)泥漿中顆粒粒徑d<0.01 mm時(shí),顆粒的絮凝作用明顯,d<0.01 mm的顆粒含量對(duì)泥漿物理力學(xué)特性的影響顯著;而在土的形成過程中,d<0.005 mm的黏粒含量對(duì)黏性土物理力學(xué)性質(zhì)的影響至關(guān)重要[19]。為了分析顆粒的相對(duì)運(yùn)動(dòng)對(duì)堆場(chǎng)疏浚泥分選的影響,將疏浚泥顆粒分為3個(gè)粒組,即d<0.005 mm粒組、0.005 mm≤d≤0.01 mm粒組和d>0.01 mm粒組(以下簡(jiǎn)稱粒組1、粒組2和粒組3)。前期的研究[6,10-11]表明:遠(yuǎn)離吹填口粒組1的顆粒含量沿程增大,粒組3的顆粒含量沿程減小,而粒組2的顆粒含量沿程變化不大;粒組3與粒組2的相對(duì)含量沿程變化幅度最大,而粒組3與粒組1的相對(duì)含量、粒組1與粒組2的相對(duì)含量沿程變化幅度均較小。粒組相對(duì)含量沿程變化幅度越大,粒組間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)越明顯,疏浚泥中粒組3與粒組2之間顆粒的相對(duì)運(yùn)動(dòng)顯著,而粒組3與粒組1之間、粒組1與粒組2之間顆粒的相對(duì)運(yùn)動(dòng)均不明顯,筆者認(rèn)為粒組之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)越明顯,堆場(chǎng)疏浚泥顆粒分選越明顯,因此吹填時(shí)粒組3與粒組2之間顆粒的相對(duì)運(yùn)動(dòng)是造成堆場(chǎng)疏浚泥顆粒分選的內(nèi)在因素。
為了量化堆場(chǎng)疏浚泥顆粒的分選性,提出分選系數(shù)的概念:定義分選系數(shù)為粒組3與粒組2的相對(duì)含量沿程變化關(guān)系曲線的斜率(取絕對(duì)值)。由于實(shí)際工程中粒組相對(duì)含量的沿程變化關(guān)系由實(shí)測(cè)離散數(shù)據(jù)點(diǎn)獲得,考慮到實(shí)際工程中的可操作性,分選系數(shù)采用增量形式表示:
(1)
式中:Fx為分選系數(shù),以粒組相對(duì)含量的沿程變化幅度反映顆粒相對(duì)運(yùn)動(dòng)大小,從而量化堆場(chǎng)疏浚泥顆粒分選的顯著程度;P3,x、P3,x+Δx分別為堆場(chǎng)內(nèi)距離吹填口x、x+Δx處粒組3的質(zhì)量分?jǐn)?shù);P2,x、P2,x+Δx分別為堆場(chǎng)內(nèi)距離吹填口x、x+Δx處粒組2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。增量Δx取值大小主要取決于工程精度要求。
現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究[8-11,12]表明:隨離吹填口距離增大,堆場(chǎng)疏浚泥中粒組3和粒組2的相對(duì)含量關(guān)系曲線的斜率(取絕對(duì)值)沿程減小,即分選系數(shù)沿程減小,疏浚泥分選性沿程減弱,吹填口附近分選系數(shù)最大,顆粒分選顯著,粒度差異大;退水口附近分選系數(shù)趨近于零,分選不明顯,顆粒分布均勻。分選系數(shù)的沿程分布規(guī)律可用冪函數(shù)描述:
Fx=axb(x≥0)
(2)
式中a、b為系數(shù),與原泥顆粒組成、初始含水率和吹填速率等有關(guān)。
國(guó)內(nèi)一些學(xué)者[6,9-11]的研究發(fā)現(xiàn):原泥顆粒組成是堆場(chǎng)疏浚泥顆粒分選的內(nèi)在控制因素。為了考慮原泥顆粒組成對(duì)分選的影響,提出偏離系數(shù)的概念:定義偏離系數(shù)為堆場(chǎng)內(nèi)疏浚泥第i粒組質(zhì)量分?jǐn)?shù)與原泥第i粒組質(zhì)量分?jǐn)?shù)之差與原泥第i粒組質(zhì)量分?jǐn)?shù)之比,即:
(3)
式中:Di,x為堆場(chǎng)內(nèi)距離吹填口x處疏浚泥的偏離系數(shù),反映堆場(chǎng)內(nèi)不同位置的疏浚泥顆粒組成與原泥的偏離程度,通常偏離系數(shù)越大,堆場(chǎng)內(nèi)疏浚泥土性與原泥的差異越大;P0,i為原泥第i粒組的質(zhì)量分?jǐn)?shù);Pi,x為堆場(chǎng)內(nèi)距離吹填口x處疏浚泥第i粒組的質(zhì)量分?jǐn)?shù);i=1,2,3代表粒組1、2、3。
根據(jù)泥沙運(yùn)動(dòng)學(xué)理論[13,16-18],在一定的水流條件下,疏浚泥中粗顆粒由于自重較大,將最先沉積于吹填口附近的堆場(chǎng)前段,而細(xì)顆粒由于自重較小,將隨泥漿運(yùn)移至退水口附近沉積,導(dǎo)致堆場(chǎng)前段粗顆粒聚集,疏浚泥顆粒分布不均,顆粒組成與原泥相差較大,同時(shí)容易造成退水口附近細(xì)顆粒大量富集,顆粒組成與原泥亦相差較大,但細(xì)顆粒分布相對(duì)均勻,從而在吹填口與退水口之間必然存在一個(gè)區(qū)域,疏浚泥顆粒組成與原泥相近,所以堆場(chǎng)內(nèi)疏浚泥偏離系數(shù)沿程先減小后增大,最后在退水口附近保持某一定值,堆場(chǎng)內(nèi)疏浚泥偏離系數(shù)沿程呈勺形分布,可近似用一個(gè)分段函數(shù)描述:
實(shí)驗(yàn)設(shè)備包括聯(lián)想PC一臺(tái),RED5型號(hào)眼動(dòng)設(shè)備一套,最高采樣頻率500Hz,主機(jī)顯示分辨率為1280×1024像素,屏幕亮度調(diào)整為300cd/m2,被試眼睛與屏幕的距離約為60cm,屏幕中央與被試的眼高基本水平.實(shí)驗(yàn)界面由Experimental軟件呈現(xiàn),眼動(dòng)數(shù)據(jù)由軟件自動(dòng)記錄,并利用BeGaze軟件進(jìn)行眼動(dòng)數(shù)據(jù)分析.
(4)
式中k1、k2、c、f為系數(shù),與原泥顆粒組成、吹填速率及初始含水率等有關(guān)。
實(shí)際吹填工程中堆場(chǎng)疏浚泥分選受原泥顆粒組成、吹填工藝等因素的影響,所以本文提出的分選系數(shù)和偏離系數(shù)兩個(gè)量化參數(shù),適用于內(nèi)陸河湖采用絞吸式、水力沖挖式疏浚且原泥顆粒組成非均勻(不均勻系數(shù)Cu>10)時(shí),堆場(chǎng)疏浚泥顆粒分選特性的初步定量評(píng)估。
選取國(guó)內(nèi)外3個(gè)典型疏浚泥堆場(chǎng)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果,驗(yàn)證本文提出的分選系數(shù)、偏離系數(shù)的沿程分布規(guī)律,分析分選系數(shù)、偏離系數(shù)分布與堆場(chǎng)疏浚泥土性分區(qū)的關(guān)系。選取的3個(gè)堆場(chǎng)為南水北調(diào)東線江蘇段疏浚工程的金寶航道N1堆場(chǎng)、白馬湖堆場(chǎng)和美國(guó)的Browns Lake堆場(chǎng),堆場(chǎng)基本情況如表1所示。
表1 3個(gè)堆場(chǎng)基本情況
3個(gè)堆場(chǎng)試驗(yàn)區(qū)的形狀均近似長(zhǎng)方形,堆場(chǎng)疏浚泥的取樣均從吹填口開始至退水口結(jié)束,取樣的路線及取樣點(diǎn)的布置如圖1所示。N1堆場(chǎng)在距離吹填口較近的堆場(chǎng)前段疏浚泥取樣間距約10 m,遠(yuǎn)離吹填口的堆場(chǎng)中、后段取樣間距20~40 m(據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,越靠近退水口顆粒分布越趨于均勻,故取樣間距沿程可加大);白馬湖堆場(chǎng)疏浚泥取樣間距為10 m;Browns Lake堆場(chǎng)在距離吹填口較近的堆場(chǎng)前段疏浚泥的取樣間距約20 m,在堆場(chǎng)中、后段取樣間距約40 m;3個(gè)堆場(chǎng)疏浚泥的取樣深度均為1/2泥深處。N1堆場(chǎng)[11]和Browns Lake堆場(chǎng)[12]疏浚泥的顆粒分析、含水率和界限含水率等試驗(yàn)參照ASTM規(guī)范進(jìn)行,白馬湖堆場(chǎng)[8-9]疏浚泥的室內(nèi)試驗(yàn)參照SL 237—1999《土工試驗(yàn)規(guī)程》進(jìn)行。
圖1 堆場(chǎng)疏浚泥取樣布置
圖2 3個(gè)堆場(chǎng)疏浚泥各粒組相對(duì)含量沿程分布
根據(jù)3個(gè)堆場(chǎng)的顆分試驗(yàn)結(jié)果[8-12],可得3個(gè)粒組相對(duì)含量的沿程分布規(guī)律如圖2所示,綜合考慮3個(gè)堆場(chǎng)的疏浚泥顆粒粒度、含水率及界限含水率分布,堆場(chǎng)一般可劃分為粗粒土區(qū)、過渡區(qū)和細(xì)顆粒富集區(qū)。
從圖2可知,3個(gè)堆場(chǎng)疏浚泥粒組3與粒組2相對(duì)含量沿程變化幅度最大,粒組3與粒組1的相對(duì)含量、粒組1與粒組2的相對(duì)含量沿程變化幅度均較小。
圖4 偏離系數(shù)沿程分布規(guī)律
根據(jù)式(1)分選系數(shù)的定義,考慮圖2中粒組3與粒組2相對(duì)含量的沿程變化關(guān)系,可知3個(gè)堆場(chǎng)疏浚泥分選系數(shù)的沿程分布規(guī)律均滿足式(2)的冪函數(shù)分布,對(duì)于N1堆場(chǎng),a=-60,b=-1.7;對(duì)于白馬湖堆場(chǎng),a=-33,b=-1.8;對(duì)于Browns Lake堆場(chǎng),a=-18,b=-1.5。3個(gè)堆場(chǎng)疏浚泥分選系數(shù)的沿程分布規(guī)律如圖3所示,隨著距離吹填口距離的增大,堆場(chǎng)疏浚泥分選系數(shù)沿程減小,即疏浚泥分選性沿程減弱,吹填口附近分選系數(shù)沿程減小幅度較大,遠(yuǎn)離吹填口分選系數(shù)沿程減小幅度較小,退水口附近分選系數(shù)趨近于零。3個(gè)堆場(chǎng)分選系數(shù)具有相同的分布規(guī)律,但在距離吹填口相同位置處,N1堆場(chǎng)分選系數(shù)比Browns Lake堆場(chǎng)大,而Browns Lake堆場(chǎng)分選系數(shù)又比白馬湖堆場(chǎng)大,這主要是由于原泥顆粒組成、初始含水率及吹填速率等不同造成的。
圖3 3個(gè)堆場(chǎng)分選系數(shù)沿程分布規(guī)律
根據(jù)式(3)偏離系數(shù)的定義,并考慮顆分試驗(yàn)結(jié)果[8,11-12],可得堆場(chǎng)疏浚泥偏離系數(shù)的分布如圖4所示,可知3個(gè)堆場(chǎng)偏離系數(shù)均滿足式(4)的勺形分布,對(duì)于N1堆場(chǎng),k1=-0.004,k2=0.007,c=0.5,f=0.22;對(duì)于白馬湖堆場(chǎng),k1=-0.014,k2=0.016,c=0.55,f=0.43;對(duì)于Browns Lake堆場(chǎng),k1=-0.006,k2=0.006,c=0.35,f=0.35。3個(gè)堆場(chǎng)的偏離系數(shù)D1、D2、D3均沿程先減小后增大,最后在退水口附近保持在某一定值。
分選系數(shù)、偏離系數(shù)的分布與堆場(chǎng)疏浚泥土性分區(qū)具有良好的相關(guān)性,如圖5所示。
圖5 分選系數(shù)、偏離系數(shù)分布與堆場(chǎng)疏浚泥土性分區(qū)
圖5中Ⅰ區(qū)為粗粒土區(qū)、Ⅱ區(qū)為過渡區(qū)、Ⅲ區(qū)為細(xì)顆粒富集區(qū),粗粒土區(qū)疏浚泥分選系數(shù)較大,沿程急劇減小,偏離系數(shù)沿程減小,表明疏浚泥顆粒分選明顯,顆粒間粒度差異大,疏浚泥顆粒組成與原泥逐漸接近;過渡區(qū)疏浚泥分選系數(shù)沿程逐漸減小,偏離系數(shù)沿程增大,表明疏浚泥顆粒分選性沿程逐漸減弱,疏浚泥顆粒組成與原泥逐漸偏離;細(xì)顆粒富集區(qū)疏浚泥分選系數(shù)趨近于零,偏離系數(shù)保持在某一定值,表明顆粒分選不明顯,顆粒分布均勻,疏浚泥顆粒組成與原泥保持某一固定偏離值。
a. 顆粒的相對(duì)運(yùn)動(dòng)越顯著,堆場(chǎng)疏浚泥分選越明顯,d>0.01 mm粒組與0.005 mm≤d≤0.01 mm粒組的相對(duì)運(yùn)動(dòng)是造成堆場(chǎng)疏浚泥顆粒分選的內(nèi)在因素。
b. 分選系數(shù)可量化堆場(chǎng)疏浚泥分選的顯著程度,分選系數(shù)越大,顆粒分選越明顯,反之,顆粒分選越不明顯;分選系數(shù)沿程減小,呈冪函數(shù)分布,堆場(chǎng)疏浚泥分選性沿程減弱,吹填口附近分選系數(shù)最大,顆粒分選顯著,粒度差異大,退水口附近分選系數(shù)趨近于零,分選不明顯,顆粒分布均勻。
c. 偏離系數(shù)可量化原泥顆粒組成對(duì)堆場(chǎng)疏浚泥分選的影響,偏離系數(shù)沿程先減小后增大,呈勺形分布,反映堆場(chǎng)前、后段疏浚泥土性與原泥相差較大,而堆場(chǎng)中段疏浚泥土性與原泥相近。
d. 分選系數(shù)、偏離系數(shù)分布和堆場(chǎng)疏浚泥土性分區(qū)具有良好的相關(guān)性,粗粒土區(qū)分選系數(shù)較大,沿程急劇減小,偏離系數(shù)沿程減小;過渡區(qū)分選系數(shù)沿程逐漸減小,偏離系數(shù)沿程增大;細(xì)顆粒富集區(qū)分選系數(shù)趨近于零,偏離系數(shù)保持在某一定值。
[1] 中國(guó)疏浚協(xié)會(huì).中國(guó)疏浚業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究總報(bào)告[R].北京:中國(guó)疏浚協(xié)會(huì),2009.
[2] 徐元,朱治.長(zhǎng)江口深水航道治理工程疏浚土綜合利用[J].水運(yùn)工程,2009(4):127-133.(XU Yuan,ZHU Zhi.Study and practice of comprehensive utilization of dredging soil of the Yangtze estuary deepwater channel engineering [J].Port & Waterway Engineering,2009 (4):127-133.(in Chinese))
[3] 徐元.港口建設(shè)與疏浚之間關(guān)系淺議:兼談第6屆世界疏浚大會(huì)有關(guān)情況[J].中國(guó)港灣建設(shè),2001(6):65-68.(XU Yuan.A preliminary study on relationship between port construction and dredging with an introduction to related subjects of 16th World Dredging Congress [J].China Harbour Engineering,2001 (6):65-68.(in Chinese))
[4] 林瑞建.航道整治疏浚物的綜合利用[J].珠江水運(yùn),2004(5):26-27.(LIN Ruijian.Comprehensive utilization of dredging material for waterway regulation [J].Pearl River Water Transport,2004 (5):26-27.(in Chinese))
[5] 南水北調(diào)東線江蘇水源有限公司,中國(guó)國(guó)際工程咨詢公司.南水北調(diào)東線第一期工程可行性研究報(bào)告[R].南京:南水北調(diào)東線江蘇水源有限公司,2005.
[6] 徐桂中.疏浚泥堆場(chǎng)顆粒分選及對(duì)工程特性影響規(guī)律試驗(yàn)研究[D].南京:河海大學(xué),2013.
[7] 霍守亮,荊一鳳,席北斗,等.環(huán)保疏浚堆場(chǎng)余水處理生產(chǎn)性試驗(yàn)研究[J].環(huán)境科學(xué)研究,2007,20(1):75-79.(HUO Shouliang,JING Yifeng,XI Baidou,et al.Full-scale experimental research on residual water treatment for environmental dredging [J].Research of Environmental Sciences,2007,20(1):75-79.(in Chinese))
[8] 汪順才,張春雷,黃英豪,等.堆場(chǎng)疏浚淤泥含水率分布規(guī)律調(diào)查研究[J].巖土力學(xué),2010,31(9):2823-2827.(WANG Shuncai,ZHANG Chunlei,HUANG Yinghao,et al.Study of diversification of water contents in dredged sediment storage yard [J].Rock and Soil Mechanics,2010,31(9):2823-2827.(in Chinese))
[9] 吳學(xué)春,孫衣春,丁建文,等.南水北調(diào)東線工程3個(gè)疏浚泥堆場(chǎng)踏勘調(diào)查及試驗(yàn)[J].水利水電科技進(jìn)展,2012,32(4):47-50.(WU Xuechun,SUN yichun,DING Jianwen,et al.Field and experimental investigations on three reclaimed yards of dredged soil in Eastern Route of South to North Water Diversion Project [J].Advances in Science and Technology of Water Resources,2012,32(4):47-50.(in Chinese))
[10] 楊瑞敏,徐桂中,丁建文,等.堆場(chǎng)疏浚泥顆粒分選規(guī)律及機(jī)理研究[J].東南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2013,43(3):639-643.(YANG Ruimin,XU Guizhong,DING Jianwen,et al.Grain sorting laws and mechanisms in reclaimed land of dredged slurries [J].Journal of Southeast University (Natural Science Edition),2013,(43)3:639-643.(in Chinese))
[11] 徐桂中,楊瑞敏,丁建文,等.高含水率疏浚泥堆場(chǎng)顆粒分選規(guī)律現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究[J].東南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2013, 43(3):634-638.(XU Guizhong,YANG Ruimin,DING Jiangwen,et al.Field experiment on grain sorting behaviors in reclaimed land of dredged slurries with high water contents [J].Journal of Southeast University (Natural Science Edition),2013,43(3):634-638.(in Chinese))
[12] US Army Engineer Waterways Experiment Station.Technical report D-77-21:sizing of containment area for dredged material [R].Washington,D.C.:US Army Corps of Engineers,1977.
[13] POWELL D M.Patterns and processes of sediment sorting in gravel-bed rivers [J].Progress in Physical Geography,1998 (22):11-32.
[14] 倪晉仁,曲軼眾.固液兩相流中固體顆粒的垂直分選模型[J].水動(dòng)力學(xué)研究與進(jìn)展:A輯,2003,18(3):349-354.(NI Jinren,QU Yizhong.Modeling of vertical segregation of solid particles in sediment-laden flow [J].Journal of Hydrodynamics:Ser.A,2003,18(3):349-354.(in Chinese))
[15] 曲軼眾,倪晉仁,孟曉剛.固液兩相流中固體顆粒的垂直分選機(jī)理[J].水動(dòng)力學(xué)研究與進(jìn)展:A輯,2003,18(4):483-488.(QU Yizhong,NI Jinren,MENG Xiaogang.Mechanism of vertical segregation of solid particles in sediment-laden flow [J].Journal of Hydrodynamics:Ser.A,2003,18(4):483-488.(in Chinese))
[16] 錢寧.高含沙水流運(yùn)動(dòng)[M].北京:清華大學(xué)出版社,1989.
[17] 費(fèi)祥俊,吳保生,傅旭東.兩相非均質(zhì)流輸沙平衡關(guān)系及挾沙力研究[J].水利學(xué)報(bào),2015,46(7):757-764.(FEI Xiangjun,WU Baosheng,FU Xudong.Equilibrium sediment transport relation and sediment carrying capacity of two-phase heterogeneous flows [J].Journal of Hydraulic Engineering,2015,46(7):757-764.(in Chinese))
[18] 費(fèi)祥俊.高含沙水流長(zhǎng)距離輸沙機(jī)理與應(yīng)用[J].泥沙研究,1998(3):55-61.(FEI Xiangjun.The mechanism of long distance transport for hyper-concentrated flows and its application [J].Journal of Sediment Research,1998 (3):55-61.(in Chinese))
[19] MITCHELL J K.Fundamentals of soil behavior [M].New York:John Wiley & Sons,Inc.,1993.
Preliminary quantitative method for grain sorting behaviors of dredged slurries in reclaimed land//
YANG Ruimin1, DING Jianwen2, ZHOU Zhiyan3, XU Guizhong4, ZHANG Yuanbing1
(1.CollegeofArchitecture,AnhuiScienceandTechnologyUniversity,Chuzhou233100,China; 2.CollegeofTransportation,SoutheastUniversity,Nanjing210096,China; 3.JiangsuHongjiGeotechnicalEngineeringLtd.,Yangzhou225002,China; 4.CollegeofCivilEngineering,YanchengInstituteofTechnology,Yancheng224051,China)
In order to accurately evaluate the storage capacity of reclaimed land and reasonably select treatment technologies for dredged slurries, based on the theory of sediment transportation mechanics, dredged slurries are divided into three particle-size fractions:d<0.005 mm, 0.005 mm≤d≤0.01 mm, andd>0.01 mm.Thevariationofrelativecontentforeachparticle-sizefractionwasanalyzed,anditwasdeterminedthatthemainreasonforgrainsortingofdredgedslurriesistherelativemovementofparticle-sizefractionsd>0.01mmand0.005mm≤d≤0.01mm. Using the sorting coefficient to quantify the significant degree of grain sorting of dredged slurries and the deviation coefficient to quantify the influence of grain composition of in situ mud on grain sorting, the relationships between the sorting coefficient and deviation coefficient and soil properties in reclaimed land were analyzed, and a preliminary quantitative method for grain sorting of dredged slurries in reclaimed land is proposed. The results show that the sorting coefficient decreases with the increase of the distance from the filling inlet and shows a power function distribution, and the significance of grain sorting decreases longitudinally. The sorting coefficient is at its maximum near the filling inlet, where grain sorting is remarkable and the particle-size difference is large. However, it is small near the water outlet, where grain sorting is unremarkable and particle-size distribution is uniform. The deviation coefficient decreases first and then increases longitudinally in reclaimed land, and shows a spoon-type distribution, showing that the soil properties in the forepart and posterior segment of reclaimed land are significantly different from those of in situ mud, but the soil properties in the middle segment of reclaimed land are similar to those of in situ mud. The longitudinal distributions of the sorting coefficient and deviation coefficient are strongly correlated with zoning of soil properties in reclaimed land.
dredged slurry; grain sorting; sorting coefficient; deviation coefficient; quantitative method; reclaimed land
國(guó)家自然科學(xué)基金(51378118);水利部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(201401006);安徽科技學(xué)院重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目(AKZDXK2015B01)
楊瑞敏(1984—),男,講師,博士,主要從事高含水率淤泥物理力學(xué)特性及其處理技術(shù)研究。E-mail:ruiminy131@163.com.
10.3880/j.issn.1006-7647.2017.03.015
TU447
A
1006-7647(2017)03-0089-06
2016-02-29 編輯:熊水斌)