吳海民，田振宇，束一鳴，莫岱輝，裴?怡，毛文龍

土工管袋充填泥砂漿脫水特性吊袋模型試驗研究

吳海民，田振宇，束一鳴，莫岱輝，裴?怡，毛文龍

(河海大學水利水電學院，南京 210098)

在我國河口海岸地區(qū)修筑土工管袋堤壩時，面臨適合充填的砂類土嚴重缺乏的問題．而高含黏量泥砂充填管袋脫水固結(jié)速度太慢，不能滿足潮間帶上一天一層的施工要求，使該技術(shù)應(yīng)用地區(qū)范圍受到較大限制．在調(diào)研我國河口海岸地區(qū)管袋充填土顆粒組成特征的基礎(chǔ)上，通過室內(nèi)吊袋脫水模型試驗，使用正交試驗設(shè)計方法，系統(tǒng)研究了袋布織物孔徑、充填土黏粒含量和砂粒占比(砂粒質(zhì)量占砂、粉粒總質(zhì)量的比例)對管袋保土性能、脫水速率和脫水程度的影響規(guī)律．試驗結(jié)果及分析表明：當充填土的黏粒含量從規(guī)范建議的10%以內(nèi)增加至15%時，脫水速率小幅下降，但大部分試驗工況中吊袋依然能在10h內(nèi)完成初步脫水固結(jié)．75%的試驗工況充填土流失率不超過30%，保土效果良好；袋布選型設(shè)計中，可采用90/90≤1.5作為保土準則．脫水速率主要隨充填土黏粒含量增高、袋布織物孔徑減小而降低，且充填土黏粒含量超過15%時脫水速率顯著降低；最終脫水程度主要隨充填土黏粒含量增高、砂粒占比的降低而降低，且砂粒占比低于35%時脫水程度顯著降低；保土效率主要隨袋布織物孔徑增加、充填土黏粒含量降低而降低；通過選擇合適孔徑的袋布材料，充填土的含黏量上限可由規(guī)范建議的10%適當提高，其脫水固結(jié)速率可滿足潮間帶趕潮施工的要求．

土工管袋；吊袋模型試驗；脫水速度；保土效果；影響規(guī)律

土工織物管袋是以拉伸強度較高的編織或機織土工織物縫制成長條形管狀袋體，在堤壩修筑現(xiàn)場以水力充入泥砂漿脫水固結(jié)后形成的構(gòu)筑物，簡稱土工管袋．因其具有可就地取材、造價低、施工效率高、受天氣影響小等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于填海造陸、蓄淡水庫、沿河沿海筑堤、圍堰合龍等河口海岸基礎(chǔ)設(shè)施工程中[1-5]．當土工管袋充填施工的地點為潮間帶或低灘時，一般需要在約6～10h的露灘時間內(nèi)實現(xiàn)快速脫水和初步固結(jié)，以保證在漲潮之前管袋具備足夠的承載力，為上層管袋提供充填施工條件[6]．相關(guān)研究結(jié)果表明，影響土工管袋脫水固結(jié)效率最關(guān)鍵因素之一是充填土的顆粒級配，但其對脫水固結(jié)效果的具體影響規(guī)律尚未有定論[7]．我國相關(guān)規(guī)范中建議土工管袋充填土中黏粒含量不應(yīng)超過10%，砂粒含量應(yīng)大于50%[8-9]．但隨著土工管袋技術(shù)應(yīng)用范圍的不斷擴大，在我國大部分河口海岸地區(qū)，缺乏符合上述規(guī)范要求的含黏量低、透水性好的砂性充填土．因此，探明充填土級配的合理范圍及變化對不同土工管袋脫水和初步固結(jié)效果的影響規(guī)律，對于拓展土工管袋技術(shù)應(yīng)用地區(qū)范圍、提高施工效率、降低工程造價十分必要．

目前國際上針對土工管袋袋布材料對充填土的透水、保土和淤堵等反濾性能已開展了系列研究．如Moo-Young等[7]分別通過壓濾試驗和真空抽濾試驗對土工織物-淤泥質(zhì)土體的透水性進行了研究，定性分析了土體含水率、顆粒組成和土工織物孔徑等因素對織物透水性和保土性的影響；Huang等[10-11]通過降水頭滲透試驗研究了有紡?fù)凉た椢飳κ杩Ｓ倌嗟姆礊V特性，提出了土工織物脫水速率分析方法；Palmeira等[12]對部分淤堵的土工織物在豎向壓力下的滲流特性進行了試驗研究；Khachan等[13]對比了壓濾試驗和離心測試條件下，有紡?fù)凉た椢飳τ倌噘|(zhì)土的反濾效率．上述研究對進一步認識土工管袋袋布材料的反濾性能和充填土的脫水機理很有幫助，但研究主要基于材料性能試驗，未考慮土工管袋充填過程中的工藝和實際邊界的影響．

為了探究土工管袋實際充填過程中的脫水固結(jié)特性，國內(nèi)外學者進行了一系列室內(nèi)和現(xiàn)場大比尺管袋模型試驗研究：如束一鳴等[14]開展了利用長江口蓄淡避咸水庫庫區(qū)廢棄土充填土工管袋筑壩的工程現(xiàn)場試驗，提出了特定條件滿足潮汐施工的充填土料要求；吳海民等[15-16]開展了室內(nèi)單元管袋模型試驗及大尺度管袋現(xiàn)場充填試驗，提出了放水排泥、充排結(jié)合的快速脫水施工方法；劉偉超等[17]通過室內(nèi)管袋模型試驗，對袋體張力、排水速度等充填特性進行了研究；謝榮星等[18]采用航道疏浚土作為充填料，開展了土工織物充填泥袋筑堤現(xiàn)場試驗研究；武霄等[19]開展了充填粉土的大尺度土工管袋圍埝現(xiàn)場試驗，分析了充填土流失率等指標特征．上述系列管袋模型試驗研究成果較好地反映了土工織物管袋的充填過程和實際邊界條件．但由于模型試驗工作量較大，研究多針對某一具體工程現(xiàn)場典型土料進行試驗，未能系統(tǒng)地揭示不同級配填土料對不同類型土工管袋脫水固結(jié)效率的影響規(guī)律．

相對于大比尺管袋模型試驗，由Fowler在1995年提出，Koerner等[20-21]逐步完善的土工織物吊袋試驗(HBT)在室內(nèi)相對較容易實現(xiàn)，逐漸成為常用的研究手段．吊袋試驗是采集工程現(xiàn)場準備使用的充填土，配置成一定含水率的泥砂漿充填到土工織物制成的吊袋中進行排水固結(jié)的小型模型試驗．近年來已有不少國內(nèi)外學者采用此方法開展相關(guān)研究：如Weggel等[22-23]提出了吊袋試驗脫水過程的無量綱模型，但模型基于充填介質(zhì)為純水的假設(shè)，有一定局限性；常廣品等[24]開展了施加拍打擾動下充填不同含黏量土料的吊袋試驗，對管袋加速脫水固結(jié)方法進行了探索研究；Kim等[25]通過密封加壓的吊袋試驗裝置，研究了充填壓力對土工管袋排水量和排水速度的影響；吳月龍等[26]比較了充填不同含水率泥漿的吊袋的保土性能和脫水效率；Pawar等[27]采用吊袋試驗對比了添加明礬作為絮凝劑和自然脫水時的脫水效率．這些研究成果表明采用吊袋試驗?zāi)茌^好地反映土工織物管袋的充填特性，且相比大比尺模型試驗可操作性強．

總結(jié)現(xiàn)有研究成果可以發(fā)現(xiàn)，充填土粒徑組成和織物孔徑對管袋脫水速度與保土性的影響規(guī)律并非單一的線性關(guān)系，而是綜合的．如黏粒含量過高，導致織物孔徑淤堵而脫水固結(jié)速度慢，但保土性可能會提高；織物孔徑較大雖然脫水速度快，但保土性會過低．因此本文在調(diào)研我國河口海岸地區(qū)管袋充填土顆粒組成特征的基礎(chǔ)上，通過室內(nèi)吊袋脫水模型試驗，使用正交試驗設(shè)計方法，設(shè)置吊袋脫水固結(jié)效果的影響因素及水平，系統(tǒng)研究不同土工織物類型和不同粒徑充填土組合下吊袋的脫水固結(jié)和反濾效果，并分析了各因素對脫水速率、脫水程度和保土效率的影響規(guī)律．

1?試驗裝置和材料

1.1?試驗裝置及試驗方法

本文吊袋脫水模型試驗采用的裝置如圖1所示，主要由充灌系統(tǒng)、吊袋、尾水收集裝置、采集系統(tǒng)組成．充灌過程中，攪拌罐內(nèi)泥砂漿的持續(xù)攪拌和充灌同時進行，保證泥砂漿充填過程均勻、連續(xù)、穩(wěn)定；脫水過程中，通過采集系統(tǒng)中的質(zhì)量傳感器、電子秤實時監(jiān)測吊袋及濾出液質(zhì)量．其中，吊袋的直徑為30cm，高度為70cm．

1—支架；2—質(zhì)量傳感器；3—吊袋；4—充灌泥砂漿；5—濾出液收集；6—電子秤；7—采集系統(tǒng)；8—泥漿泵；9—攪拌罐；○—含水率測點；×—級配測點

1.2?試驗材料

1.2.1?充填土

試驗用土料取自紹興市上虞區(qū)杭州灣南岸某海塘工程管袋充填施工現(xiàn)場的灘地．土料取回后經(jīng)過烘干、碾散、篩分處理為黏性土、粉黏土和砂性土3個粒組的干土粒．試驗前根據(jù)試驗設(shè)計的充填土粒徑組合重新混合，加水調(diào)配至200%含水率，并使用攪拌器充分攪拌均勻后直接充灌至吊袋中．其中粒組缺失部分使用200目標準石英砂和粒徑小于1mm的細河砂補足．

1.2.2?袋體材料

本文選用了國內(nèi)外廣泛用于制作土工管袋的??4種不同規(guī)格及孔徑的土工織物制成吊袋．4種袋布材料分別為200g/m2國產(chǎn)聚丙烯裂膜絲編織織物、150g/m2國產(chǎn)聚丙烯裂膜絲編織織物、475g/m2國外高強聚丙烯機織織物、465g/m2國產(chǎn)高強聚酯機織織物(以下簡稱織物1～4)，袋體材料細部織造結(jié)構(gòu)如圖2所示，織物1和織物2為扁平構(gòu)造，具有二維孔隙結(jié)構(gòu)；織物3和織物4為立體構(gòu)造，具有三維孔隙結(jié)構(gòu)．織物1～4的有效孔徑90分別為0.18mm、0.20mm、0.40mm、0.46mm．90為織物有效孔徑，代表小于該孔徑的通道占總通道的90%．

圖2?試驗用土工織物

2?試驗方案

為了摸清我國河口海岸地區(qū)使用土工管袋可用充填土的顆粒級配組成及地域分布特征，筆者搜集了使用土工管袋相關(guān)工程文獻資料，整理了我國河口海岸灘地有明確記錄的管袋可充填土特性數(shù)據(jù)，包括渤海沿岸、黃海沿岸、長江入?？诘葏^(qū)域，統(tǒng)計所得土樣顆粒組成情況如圖3所示．

在此基礎(chǔ)上以充填土黏粒含量、砂粒質(zhì)量占粉砂粒總質(zhì)量之比(簡稱砂粒占比)、土工織物孔徑為試驗變量，采用16(43)正交表[28]，設(shè)計了三因素四水平的正交試驗方案，共16個試驗工況．如圖3所示，各試驗工況充填土級配特征符合我國沿海地區(qū)可用充填土粒徑分布范圍．需要說明的是，充填土粒徑組成中，最重要的兩個參數(shù)黏粒含量與砂粒含量本身具有相關(guān)性，因此選用了黏粒含量和砂粒占比兩個相互獨立的變量．

圖3 設(shè)計充填土及我國河口海岸地區(qū)管袋充填土顆粒組成

試驗方案影響因素各水平取值見表1，各試驗工況充填土級配特征及袋布織物類型見表2．充填土按《GB/T 50123—2019土工試驗方法標準》測試土體特性，按《GB/T 50145—2007土的工程分類標準》進行分類．

表2中，90為充填土特征粒徑，代表小于該粒徑的顆粒占總顆粒的質(zhì)量的90%．如表2中所示，本文試驗所用土料包括含粗粒低液限粉土(MLS)、含粗粒低液限黏土(CLS)、低液限粉土(ML)、低液限黏土(CL)4種土．

表1?影響因素取值水平

Tab.1?Value range of each affecting factor

表2?正交試驗工況

Tab.2?Orthogonal test scheme

試驗中每個吊袋分兩次充灌．充灌完成后，吊袋內(nèi)泥砂漿在自重作用下開始脫水，泥砂漿中的水和部分細顆粒從袋壁孔隙中滲出．當?shù)醮胁辉儆兴疄V出時，停止試驗．試驗過程中通過濾出液收集箱和電子秤監(jiān)測吊袋濾出液體的質(zhì)量，并收集和測試濾出液中的土顆粒質(zhì)量和級配．試驗停止后在吊袋內(nèi)不同部位取樣測試脫水后的土體含水率和顆粒級配．

3?試驗結(jié)果與分析

3.1?排水量

16組試驗過程中吊袋累計濾出液體質(zhì)量隨時間變化的曲線如圖4所示．由圖可知，充填不同粒徑泥砂漿的各種規(guī)格吊袋濾出液質(zhì)量均隨脫水時間持續(xù)增加，增加的幅度不斷降低，最后趨于穩(wěn)定，基本完成脫水．各試驗工況脫水時間差異較大，接近半數(shù)試驗工況脫水時間不超過6h；除試驗工況11、12、14外，其余試驗工況脫水時間均不超過10h．可見，對于含黏量達到或超過10%的情況，大部分試驗工況仍可滿足潮間帶地區(qū)趕潮施工的時間要求．

圖4?累計濾出液體隨時間變化曲線

3.2?排水速率

根據(jù)測試結(jié)果，將上述排水量單位換算成體積單位，并在排水穩(wěn)定(試驗開始20min)后對每個讀數(shù)間隔時長差分，可以得到排水速率-時間關(guān)系曲線，如圖5所示．由圖可知，不同試驗工況排水速率隨時間變化的規(guī)律不相同，大致可以分為兩類；第一類試驗工況如圖5(a)所示，初期排水速率相對較高，但下降迅速，在較短的時間排水速率降至接近零，其中試驗工況3、4最為典型；第二類試驗工況如圖5(b)所示，排水速率下降較為緩慢，排水時間較長．

圖5?排水速率-時間曲線

3.3?袋內(nèi)土體含水率

為探明吊袋內(nèi)不同部分土體的脫水固結(jié)程度，試驗結(jié)束后將吊袋剖開觀察并取樣分析．在垂直方向上袋內(nèi)土體出現(xiàn)了明顯的沉淀分層現(xiàn)象，吊袋底部土體大部分為砂粒．對吊袋底部、中層外側(cè)、中層中心3處位置分別取土樣測含水率，測試結(jié)果如圖6所示．由圖可知，豎直方向底層含水率顯著低于上層含水率．底層土體多為砂土，相比上層孔隙率更高，脫水固結(jié)效率更好．在同一層水平方向上，含黏量較低的前9組試驗工況，袋子中心部位的含水率更高，外側(cè)的含水率較低，說明此時靠近袋壁織物的土體脫水固結(jié)效果更好．含黏量較高的后7組試驗工況則表現(xiàn)出了截然相反的規(guī)律：對于高含黏量充填土，最不易脫水的土體位于管袋中部靠外側(cè)．該結(jié)果說明吊袋脫水固結(jié)過程中水平方向和豎直方向的脫水固結(jié)規(guī)律并不一致，通過單向過濾試驗[7,29]得出的結(jié)論有一定的局限性．

圖6?不同部位土體含水率

針對上述現(xiàn)象，對吊袋中層外側(cè)和中心兩處位置分別取土樣進行粒度分析測試含黏量，測試結(jié)果如圖7所示．由圖可知，前9組中部土體黏粒含量更高，后7組外側(cè)土體黏粒含量更高．這說明吊袋充填高含黏量土料時，在側(cè)向滲流力作用下，袋內(nèi)發(fā)生了側(cè)向土粒位移重組：袋壁織物附近土體相比袋體中心黏粒含量更多，從而持水能力更強，脫水固結(jié)更慢，是工程實踐中需要重點關(guān)注并積極采取外部措施輔助加速脫水的區(qū)域．

圖7?吊袋中部與外側(cè)黏粒含量對比

3.4?吊袋濾出液

試驗結(jié)束后吊袋濾出液和其中土顆粒的質(zhì)量測試結(jié)果如表3所示，大部分試驗工況滲出土顆粒的質(zhì)量在2.5kg以內(nèi)；各試驗工況充填土流失率變化幅度較大，最小為1%，最大達42%．除了試驗工況2、3、5、10，其余試驗工況流失率均小于30%．在修筑土工織物管袋堤壩工程中，從造價的角度考慮，相對于去外地取土，直接利用附近土體進行充填施工，這樣的流失率應(yīng)該在可接受范圍內(nèi)．

國內(nèi)有紡?fù)凉た椢锂a(chǎn)業(yè)中習慣以90為生產(chǎn)控制指標，但相關(guān)規(guī)范建議的織物保土準則只適用于用作濾層的無紡織物[8-9]．針對充填黏性土的土工管袋，相關(guān)研究建議其袋體有紡?fù)凉た椢锉Ｍ翜蕜t為90/90在2～5之間[29]．本文計算了各工況袋體織物有效孔徑90與充填土等效粒徑90的比值，如表3所示．由表可知，上述準則對本文采用的充填土不完全適用．當90/90≥1.5時，土顆粒流失率與90/90的值沒有明顯的相關(guān)性，且部分試驗工況土顆粒流失率過高；當90/90≤1.5時，土顆粒流失率小于15%；當織物有效孔徑90≤0.4mm時，大部分試驗工況土顆粒流失率小于30%．試驗結(jié)果表明，使用國內(nèi)廣泛采用的含砂粒粉/黏土充填管袋時，從保土角度考慮，需滿足90/90≤1.5．

表3?各試驗工況漏土

Tab.3?Leakage in each test

4?脫水特性影響因素分析

4.1?分析指標及影響因素

為了全面分析充填土粒徑組成和織物孔徑對吊袋充填效果的影響規(guī)律，本文選脫水速率、脫水程度、保土效率這3個指標分別計算綜合平均值，分析了各因素對評價指標的影響規(guī)律．綜合平均值為正交試驗中某試驗變量取特定水平時相應(yīng)的所有試驗結(jié)果的平均值．

脫水速率定義為總脫水過程中平均的單位時間含固率變化量，其反映管袋能否在限定時間內(nèi)初步?脫水，即

式中：DR(dewatering rate)為脫水速率；為總脫水時間；PSfnl為最終含固率，取試驗結(jié)束時3個取樣點含固率的平均值；PSinit為初始含固率，計算方法為

式中為充填土含水率．

脫水程度DE(dewatering efficiency)反映最終管袋脫水效果，關(guān)乎管袋能否達到一定的初步固結(jié)強度以滿足后續(xù)施工，其定義為

保土效率SRE(soil retention efficiency)定義為

式中：TSinit為充填土中初始固體量；TSSfnl為最終總固體量，其計算方法分別為

式中：s為充填土中土顆粒質(zhì)量；為充填濕料體積；sl為濾出土總質(zhì)量；cum為最終累計濾出液體積.

針對上述3個指標，選擇充填土黏粒含量(A)、砂粒占比(B)和織物等效孔徑(C)3個影響因素來?分析．

4.2?脫水速率影響因素分析

脫水速率影響因素的極差分析結(jié)果如表4所示，3個影響因素對吊袋脫水速率影響程度的大小依次為織物孔徑(C)、黏粒含量(A)、砂粒占比(B)．

脫水速率(DR)綜合平均值隨各因素變化關(guān)系曲線如圖8所示．由圖8(a)可知，脫水速率受黏粒含量的影響較為顯著；黏粒含量從5%增加到10%時，脫水速率降幅較大；黏粒含量從10%增加到15%時，脫水速率降幅較??；黏粒含量超過15%后，脫水速率又大幅降低．因此，為了保證較高的脫水速率，充填土的黏粒含量不應(yīng)超過15%．由圖8(b)可知，脫水速率隨砂粒占比先增加后減小，但變化幅度并不明顯．由圖8(c)可知，脫水速率受織物孔徑的影響最為顯著；當織物有效孔徑90＜0.2mm時，織物孔徑增大對脫水速率有顯著提升；當90介于0.2～0.4mm之間時，織物孔徑增大對脫水速率影響不大；90＞0.4mm時，充填土顆粒流失率過大，不具實際意義．因此，從優(yōu)化脫水速率角度考慮，管袋袋體選擇有效孔徑90為0.2mm的土工織物較為合理．

表4?脫水速率指標極差分析

Tab.4?Analysis of the dewatering rate index

圖8?脫水速率隨各因素變化關(guān)系曲線

4.3?脫水程度影響因素分析

脫水程度指標影響因素的極差分析結(jié)果如表5所示，3個影響因素對吊袋脫水程度影響程度的大小依次為黏粒含量(A)、砂粒占比(B)、織物孔徑(C)．

表5?脫水程度指標極差分析

Tab.5?Range analysis of the dewatering efficiency index

脫水程度(DE)綜合平均值隨各影響因素變化關(guān)系曲線如圖9所示．由圖可知，脫水程度與充填土中黏粒含量負相關(guān)，與砂粒占比正相關(guān)，與織物孔徑不相關(guān)．即充填土顆粒越細，黏、粉粒含量越高，最終脫水固結(jié)后的土體含水率就越高，從而初步固結(jié)強度越低．因此，充填高含黏量土料土工管袋施工時，需要采取壓載等外部手段增加管袋脫水，提高管袋初步固結(jié)強度，從而開展后續(xù)頂部管袋施工．

圖9?脫水程度隨各因素變化關(guān)系曲線

由圖9(b)可知，砂粒占比從10%增加到20%時，脫水程度小幅增加；砂粒占比從20%增加到35%時，脫水程度大幅增加；砂粒占比超過35%后，脫水程度增幅降低．因此，為了保證較高的排水效率，充填土的砂粒占比應(yīng)不低于35%．

4.4?保土效率影響因素分析

保土效率指標影響因素的極差分析結(jié)果如表6所示，3個影響因素對吊袋保土效率影響程度的大小依次為織物孔徑(C)、黏粒含量(A)、砂粒占比(B)．

表6?保土效率指標極差分析

Tab.6?Range analysis of the soil retension efficiency index

保土效率(SRE)綜合平均值隨各因素變化關(guān)系曲線如圖10所示．由圖可知，保土效率與充填土黏粒含量正相關(guān)，與袋體土工織物孔徑大小負相關(guān)，與砂粒占比不相關(guān)．黏粒含量較高的充填土雖然整體顆粒較細，但在充填吊袋時保土效率更高的原因可能是較多的細顆粒淤堵了織物部分孔隙，在降低脫水速率的同時，使得稍粗一些的粉砂粒不容易漏出吊袋；另一方面較高的黏粒含量也增加了泥砂漿懸濁液內(nèi)顆粒的黏聚性，黏聚成團的土顆粒也不容易從織物的孔隙中漏出．

圖10?保土效率隨各因素變化關(guān)系曲線

5?結(jié)?論

本文采用正交設(shè)計方法，開展了不同孔徑織物吊袋充填不同級配土料的脫水模型試驗，結(jié)合試驗結(jié)果對吊袋的脫水固結(jié)和保土效果影響因素及規(guī)律進行了分析．研究得到結(jié)論如下．

(1) 當充填土中黏粒含量不大于15%時，通過選型適配的土工織物，土工織物吊袋能在10h內(nèi)完成初步的脫水固結(jié)．充灌剛完成時刻脫水速率最大，并隨脫水進行不斷降低．75%的試驗工況充填土流失率小于30%，保土效果良好；袋布選型設(shè)計中，可取90/90≤1.5作為保土準則．

(2) 吊袋內(nèi)底部脫水效果好于上部．對于高含黏量充填土，吊袋中部中心位置脫水固結(jié)效果好于外側(cè)；對于低含黏量充填土，吊袋中部中心位置脫水固結(jié)效果差于外側(cè)．

(3) 吊袋脫水速率受到充填土中黏粒含量和袋體織物孔徑的綜合影響，黏粒含量越低、袋體織物孔徑越大，則脫水速率越高；充填土黏粒含量超過15%時脫水速率顯著降低；脫水速率受砂粒含量影響不大.

(4) 吊袋脫水程度受充填土顆粒級配影響，充填土中黏粒含量越低、砂粒含量越高，則充填土的脫水程度越高；砂粒占粉砂粒之比低于35%時脫水程度顯著降低；脫水程度受織物孔徑影響不大．

(5) 吊袋的保土效果受制作袋體織物孔徑與充填土黏粒含量影響，且織物孔徑大小起支配作用．織物孔徑越小、充填土中黏粒含量越高，保土反濾效果越好；保土效果受砂粒含量影響不大．

［1］ 陸忠民. 土工合成材料在潮汐河口地區(qū)水庫建設(shè)中的應(yīng)用[J]. 水利水電科技進展，2009，29(6)：39-41，77.

Lu Zhongmin. Application of geosynthetics to reservoir construction in tidal estuary area[J]. Advances in Science and Technology of Water Resources，2009，29(6)：39-41，77(in Chinese).

［2］ 張文斌，譚家華. 土工布充砂袋的應(yīng)用及其研究進展[J]. 海洋工程，2004，22(2)：98-104.

Zhang Wenbin，Tan Jiahua. Application of sand-filled geotextile tubes and the state of the art of their researches [J]. The Ocean Engineering，2004，22(2)：98-104(in Chinese).

［3］ Lawson C R，Kuwano J，Koseki J. Geotextile containment for hydraulic and environmental engineering[J]. Geosynthetics International，2006，15(6)：384-427.

［4］ 束一鳴. 我國管袋壩工程技術(shù)進展[J]. 水利水電科技進展，2018，38(1)：1-11，18.

Shu Yiming. Advances in technology of geotube dam engineering in China[J]. Advances in Science and Technology of Water Resources，2018，38(1)：1-11，18(in Chinese).

［5］ Heerten G. Geotextile containers for coastal and hydraulic engineering structures made of specially designed nonwoven geotextiles[C]//9th International Conference on Geosynthetics. Brazil，2010，287-306.

［6］ 吳海民，束一鳴，常廣品，等. 高含黏(粉)粒土料充填管袋高效脫水技術(shù)[J]. 水利水電科技進展，2018，38(1)：19-27，35.

Wu Haimin，Shu Yiming，Chang Guangpin，et al. Efficient dewatering technology of geotextile tubes filled with high clay(silt)particle-content soil[J]. Advances in Science and Technology of Water Resources，2018，38(1)：19-27，35(in Chinese).

［7］ Moo-Young HK，Gaffney DA，Mo X. Testing procedures to assess the viability of dewatering with geotextile tubes[J]. Geotextiles & Geomembranes，2002，20(5)：289-303.

［8］ 中華人民共和國水利部. GB 50290—2014 土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范[S]. 北京：中國計劃出版社，2014.

Ministry of Water Resources of the PRC. GB 50290—2014 Technical Code for Application of Geosynthetics[S]. Beijing：China Planning Press，2014(in Chinese).

［9］ 天津港航工程研究所. JTJ 239—2005 水運工程土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范[S]. 北京：人民交通出版社，2005.

Tianjin Port and Waterway Engineering Research Institute. JTJ 239—2005 Technical Code for Application of Geosynthetics for Port and Waterway Engineering[S]. Beijing：China Communications Press，2005(in Chinese).

［10］ Huang C C，Luo SY. Dewatering of reservoir sediment slurry using woven geotextiles. Part Ⅰ：Experimental results[J]. Geosynthetics International，2007，14(5)：253-263.

［11］ Huang C C，Jatta M，Chuang CC. Dewatering of reservoir sediment slurry using woven geotextiles. Part Ⅱ：Analytical results[J]. Geosynthetics International，2012，19(2)：93-105.

［12］ Palmeira E M，Gardoni MG. The influence of partial clogging and pressure on the behaviour of geotextiles in drainage systems[J]. Geosynthetics International，2015，7(4)：403-431.

［13］ Khachan M，Bhatia S. Influence of fibers on the shear strength and dewatering performance of geotextile tubes[J]. Geosynthetics International，2016，23(5)：317-330.

［14］ 束一鳴，楊?威，武良金，等. 河口筑堤土料的工程現(xiàn)場試驗[J]. 水利水電科技進展，2004，24(5)：34-36.

Shu Yiming，Yang Wei，Wu Liangjin，et al. Field experiment on soil material for banking at estuaries[J]. Advances in Science and Technology of Water Re-sources，2004，24(5)：34-36(in Chinese).

［15］ 吳海民，束一鳴，常廣品，等. 高含黏(粉)粒土料充填管袋高效脫水工藝現(xiàn)場模型試驗[J]. 巖土工程學報，2016，38(增1)：209-215.

Wu Haimin，Shu Yiming，Chang Guangpin，et al. Field model tests on effective dewatering technology of geotextile tube filled by soil with high clay(silt)particle content[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering，2016，38(Suppl1)：209-215(in Chinese).

［16］ Wu H M，Tian Z Y，Shu Y M，et al. Laboratory study on methods to improve dewatering efficiency of geotextile tube filled by clayey silt slurry[C]//The 11th International Conference on Geosynthetics. Seoul，Korea，2018：1-6.

［17］ 劉偉超，張儀萍，楊廣慶. 土工管袋充填特性模型試驗研究[J]. 巖石力學與工程學報，2013，32(12)：2544-2549.

Liu Weichao，Zhang Yiping，Yang Guangqing. Model experimental study of filling property of geotextile tube[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2013，32(12)：2544-2549(in Chinese).

［18］ 謝榮星，何?寧，周彥章，等. 土工織物充填泥袋筑堤現(xiàn)場試驗研究[J]. 工程勘察，2013，41(6)：6-11.

Xie Rongxing，He Ning，Zhou Yanzhang，et al. In-situ experimental study on the embankment with mud-filled geotextile bags[J]. Geotechnical Investigation & Surveying，2013，41(6)：6-11(in Chinese).

［19］ 武?霄，白?帆. 充填粉土的大尺度土工織物充填袋參數(shù)分析[J]. 水運工程，2013(12)：183-187.

Wu Xiao，Bai Fan. On parameters of large-scale silt-filling geotextile bag[J]. Port & Waterway Engineering，2013(12)：183-187(in Chinese).

［20］ Koerner R M，Koerner GR. Performance tests for the selection of fabrics and additives when used as geotextile bags，containers，and tubes[J]. Geotechnical Testing Journal，2010，33(3)：236-242.

［21］ Koerner G R，Koerner RM. Geotextile tube assessment using a hanging bag test[J]. Geotextiles & Geomem-branes，2006，24(2)：129-137.

［22］ Weggel J R，Dortch J，Gaffney D. Analysis of fluid discharge from a hanging geotextile bag[J]. Geotextiles & Geomembranes，2011，29(1)：65-73.

［23］ Weggel J R，Dortch J，Merida VZ. Experiments with water and slurries in hanging geotextile bags：Afurther appraisal[J]. Geotextiles & Geomembranes，2011，29(5)：502-513.

［24］ 常廣品，束一鳴，尹家春，等. 管袋充填高含粘量泥漿的高效脫水方法[J]. 水電能源科學，2014，32(3)：129-133.

Chang Guangpin，Shu Yiming，Yin Jiachun，et al. Efficient dehydration method of geotube filled high adhesive content mud[J]. Water Resources and Power，2014，32(3)：129-133(in Chinese).

［25］ Kim H J，Lee K H，Joo J H，et al. Determination of design parameters by seepage pressure induced hanging bag test[C]//World Congress on Advances in Structural Engineering and Mechanics. Incheon，Korea，2015：1-9.

［26］ 吳月龍，唐彤芝，徐?波，等. 模袋淤泥筑堤現(xiàn)場試驗研究[J]. 重慶交通大學學報：自然科學版，2017，36(9)：66-72.

Wu Yuelong，Tang Tongzhi，Xu Bo，et al. Field test on separation dike built with slurry filled geotextile tubes[J]. Journal of Chongqing Jiaotong University：Natural Science，2017，36(9)：66-72(in Chinese).

［27］ Pawar P D，Kumar A，Ahirwar S K，et al. Geotextile tube assessment using hanging bag test results of dairy sludge[J]. International Journal of Geosynthetics & Ground Engineering，2017，3(3)：23.

［28］ 劉瑞江，張業(yè)旺，聞崇煒，等. 正交試驗設(shè)計和分析方法研究[J]. 實驗技術(shù)與管理，2010，27(9)：52-55.

Liu Ruijiang，Zhang Yewang，Wen Chongwei，et al. Study on the design and analysis methods of orthogonal experiment[J]. Experimental Technology and Manag-ement，2010，27(9)：52-55(in Chinese).

［29］ Moo-Young H K，Tucker W R. Evaluation of vacuum filtration testing for geotextile tubes[J]. Geotextiles & Geomembranes，2002，20(3)：191-212.

Experimental Study on the Dewatering Performance of Geotextile Tubes Filled with Silt-Sand Slurry Using Hanging Bag Tests

Wu Haimin，Tian Zhenyu，Shu Yiming，Mo Daihui，Pei Yi，Mao Wenlong

(College of Water Conservancy and Hydropower Engineering，Hohai University，Nanjing 210098，China)

The suitable filling sandy soil material for geotextile tube is in serious shortage in the coastal and estuarine areas of China. However，the dewatering and consolidation rate of geotextile tubes filled with high clay particle content soil is very slow. It is difficult to meet the construction requirement that a layer of geotextile tube must first be completely filled and solidified within one day in the intertidal zone；this results in the limited application of this engineering technology. The filling soil particle characteristics of geotextile tubes in the coastal and estuarine areas of China were first investigated. Based on the investigation results，a series of orthogonal laboratory hanging bag tests were conducted to study the influence of geotextile pore size，fillings clay content，and sand proportion(the ratio of sand mass to the total mass of sand and silt)on the soil retention efficiency，dewatering rate，and dewatering efficiency of geotextile tubes. The test results and analysis show that when the fillings clay content increases from 10% to 15% as the relevant technical codes proposed，the dewatering rate decreases slightly and hanging bags in most tests can also be preliminarily dewatered and solidified within 10 h. In 75% tests，soil leakage rate does not exceed 30%，showing good soil retention. During the geotextile design process，90/90≤1.5 can be adapted as the soil retention criterion. The dewatering rate decreases when the clay content increases or pore size of the geotextile decreases，and the decrease is significant when the clay content exceeds 15%. The final dewatering efficiency decreases when clay content of the fillings increases or sand proportion decreases，and the decrease is significant when sand proportion is less than 35%. The soil retension efficiency decreases when the pore size of the geotextile increases or clay content of the fillings decreases. By selecting geotextiles with suitable pore sizes，the upper limit of the clay content of fillings can be appropriately improved from 10% as technical codes proposed and the dewatering and consolidation rate can still meet the requirement of efficient construction in the intertidal zone.

geotextile tube；hanging bag test；dewatering rate；soil retention effect；influence rule

U655.5

A

0493-2137(2021)05-0487-10

10.11784/tdxbz202004075

2020-04-26；

2020-06-02.

吳海民（1982—??），男，博士，副教授.

吳海民，wuhaimin@hhu.edu.cn.

國家科技支撐計劃資助項目(2012BAB03B02)；湖南省水利科技資助項目(XSKJ2019081-28)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費資助項目(B200203068)；江蘇省研究生科研與實踐創(chuàng)新計劃資助項目(KYCX20_0543)

Supported by the National Science and Technology Support Program(No.2012BAB03B02)，the Conservancy Science and Technology Program of Hunan Province，China(No.XSKJ2019081-28)，the Fundamental Research Funds for the Central Universities of China(No.B200203068)，the Postgraduate Research & Practice Innovation Program of Jiangsu Province，China (No.KYCX20_0543).

(責任編輯：許延芳)