机械振动作用下淤泥液化产生的细颗粒释放机理.pdf

　 第２４ 卷　 第１ 期 厦门理工学院学报 Ｖｏｌ． ２４　 Ｎｏ． １ 　 　 ２０１６ 年２ 月 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｘｉａｍｅｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｆｅｂ． ２０１６ 机械振动作用下淤泥液化产生的细颗粒释放机理 １ ２ 杨闻宇 ， 喻国良 （１． 厦门理工学院土木工程与建筑学院， 福建 厦门３６１０２４ ； ２ ． 上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院， 上海２００２４０ ） ［摘　 要］ 在机械振动作用下， 利用环境扫描显微镜， 对水下淤泥样品液化前后的微观结构进行了观 测和分析， 获得了振动前后淤泥样品颗粒表面形貌． 分析结果发现， 淤泥样品在振动载荷作用后， 泥沙粒 径分布范围缩小， 平均粒径减小， 黏粒含量有所增加， 孔隙率变大． 振动载荷的作用破坏了泥沙的微观结 构， 使其释放出大量的细小颗粒， 进而影响其宏观的物理力学特性． ［关键词］ 淤泥； 微观结构； 团粒； 细颗粒释放； 机械振动 ［中图分类号］ ＴＶ１４　 ［文献标志码］ Ａ　 ［文章编号］ １６７３ － ４４３２ （２０１６ ） ０１ － ００８６ － ０６ 天然湖泊、 河流以及人工修建的水库、 港池等地常含有大量的淤泥． 为了改善河流湖泊的水质， 保证水运航道的畅通以及水工建筑物的正常运行， 我国每年都要开展大规模的疏浚清淤工程． 淤泥含 水量高， 承载力低， 受到外界载荷后极易产生流动． 近年来研究发现， 人为的机械振动液化可以应用 ［１］ 到水利工程领域， 如： 喻国良等 研究发现， 将高频机械振动应用于淤泥管道输送的预处理中， 可 以提高管道输送的效率； 中国水利水电科学研究院提出防止水工闸门淤堵的振动液化技术， 用于解决 ［２ ］ 我国水利工程中淤堵闸门的开启问题 ． 关于淤泥的液化或者流化， 可参考土壤液化机理的研究， 大多数学者都是用宏观力学的方法研究土壤液化问题， 并建立了强度和变形的模型， 给出液化的物理 机制和判别方法［３ － ４ ］ ． 然而， 实践经验表明， 以宏观方法得出的土壤的物理力学性质， 越来越无法满 足工程实际的需求， 而土壤的宏观工程性质在很大程度上由其微观结构所控制， 其复杂的物理力学性 质是其微观结构群体变化的集中表现． 随着电子显微技术的发展， 一些学者对淤泥微观结构进行了探 ［５ ］ 索， 从微观角度开展定性或定量的研究， 以图揭示淤泥的液化机理． 范家骅等 对珠江口区淤泥土 ［６ ］ 微观结构及其力学影响进行了分析和探讨． 丁建文 对疏浚淤泥流动固化土微观结构进行了测量， ［７ ］ 并讨论了其力学特征． Ｇｒａｔｃｈｅｖ 等 对循环载荷下粘性土的液化进行了微观研究， 发现易于液化的土 壤一般都有多孔的微观结构， 粘土团粒聚集在沙粒的连接处， 而不易液化的土壤一般有着紧凑的微观 结构， 粘土组成了基质． 本文应用电子显微技术， 对液化前后水下淤泥样本的微观结构进行了观测和 对比分析， 探讨了板结的水下淤泥液化前后的颗粒表面形貌、 粒径分布和孔隙率的变化， 并分析导致 以上变