利用铝-有机质絮状物降低渗透系数的试验研究
发布时间：2021-11-23 15:28
防渗对堤坝等水利工程、地下工程和污染物迁移都具有重要意义。基于自然灰化土层形成过程中因金属离子和有机质络合反应形成不透水土层的过程,提出了利用六水合氯化铝（AlCl3·6H2O）和有机质（OM）相互反应生成Al-OM絮状物来降低渗透系数的方法。开展了系列的注入试验,探究了浆液浓度、注浆速度和砂土颗粒级配对渗透系数降低和形成屏障长度的影响。研究结果表明:该方法可以有效地降低砂土的渗透性;渗透系数降低的速度随着浆液中Al-OM絮状物浓度的增大而增加;由于絮状物浓度的增加,孔隙堵塞的速度增快,从而阻止了其继续扩散,形成的屏障长度随之减小;Al-OM絮状物的尺寸随注浆速度的增大而减小。当注浆速度较大时,Al-OM絮状物的尺寸较小,因此渗透系数降低慢而扩散距离远。砂土的颗粒级配对渗透系数降低有重要影响,粗颗粒含量越大,渗透系数降低越小。
【文章来源】：岩土力学. 2020,41(12)北大核心EICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
Al-OM絮状物降低渗透系数原理图（改自Zhou等[18]）Fig.2IllustrationofthemechanismofAl-OMflocs-clogging
石英砂（DorsilitNo.9）和取自DeGijster堤坝的原位砂土。Dorsilit是一种SiO2含量高达99.1%的石英砂，颗粒密度为2.67。DeGijster粒径范围为0.05～0.8mm，颗粒密度为2.60。三种砂土的颗粒级配曲线见图3。为了保持试样处于饱和状态，首先将试样浸泡在无气水中抽真空24h以排除附着在砂土表面的气泡，然后用水下沉积法装样。图3三种砂的颗粒级配曲线Fig.3Particlesizedistributionsofthreetypesofsand2.2试验仪器与方案本研究自主研发的一维注入设备如图4所示，其中注入容器为内径为6.7cm、外径为7cm、高为160cm的PVC管，在柱体的两端用螺丝帽锁紧以保证注入过程中无液体泄露。PVC管竖直放置，Al-OM浆液从底部通过Watson-marlow120U/DV蠕动泵和内径为4mm的挤压软管注入，顶部排出。通过调整泵的转速（1～200r/min）可控制注入速率。图4注入装置图Fig.4Set-upoftheinjectionexperiment例如，当转速为120r/min时，注入速率为1.3×106m3/s。在两端安装了孔压传感器来监测孔隙水压力的变化。注入前用磁力搅拌器在恒定转速下持续搅拌浆液以保证Al-OM絮状物不沉淀。由于在注入过程中，砂土的渗透系数不断降低，底部孔隙水压力不断增长，使用的泵没能保证浆液以恒速注入。因此，浆液的注入体积是通过排出的液体量来计算。通过天平测量排出液体的质量，同时用pH计和电导率仪测量酸碱度和电导率，数据通过MP3软件自动记录。采用水下沉积法装样。将饱和好的砂土分5层装入，记录装入砂土的质量和试样高度，以计算孔隙比e。在注入Al-OM浆液前，先注入5PV（porevol
宓牧魉?（m3/s）；A为圆柱体的横截面面积（m2）；H为试样的高度（m）；P为PVC管两端的压力传感器的差值。另外一种是通过变水头试验测量渗透系数，计算式如下：2t1c2=lnrHhkrth（2）式中：rt和rc分别为变水头管和PVC容器的半径（m）；h1和h2为试验前后的变水头管的高度（m）；t为水位从h1降到h2所需的时间（s）。注水结束后，根据试验要求注入Al-OM浆液，并用相机记录注入过程。图5显示了注入速率为1.3×106m3/s，OM浓度为5g/L，注入试验在不同时间的PVC管照片。图5注入Q=1.3×106m3/s和OM浓度为5g/L的注入过程Fig.5ExampleforoneinjectiontestwithQ=1.3×106m3/s,andOMconcentrationof5g/L102101100101粒径/mm020406080100小于某粒径之土质量百分数/%DorsilitNo.9DorsilitNo.7DeGijsterPVC容器孔压传感器Al-OM浆液磁力搅拌器蠕动泵孔压传感器pH计和电导率仪收集盒天平t=0st=80st=202st=298st=485st=849st=1081st=1518s
【参考文献】：
期刊论文
[1]微生物灌浆加固裂隙岩体的渗流特性分析[J]. 支永艳,邓华锋,肖瑶,段玲玲,蔡佳,李建林. 岩土力学. 2019(S1)
[2]砂土介质注浆渗透扩散试验与加固机制研究[J]. 沙飞,李术才,林春金,刘人太,张庆松,杨磊,李召峰. 岩土力学. 2019(11)
[3]土体适用MICP技术的渗透特性条件研究[J]. 李贤,汪时机,何丙辉,沈泰宇. 岩土力学. 2019(08)
[4]堤坝防渗加固新技术研究与应用[J]. 王复明,李嘉,石明生,郭成超. 水力发电学报. 2016(12)
[5]颗粒粒径对微生物固化砂土强度影响的试验研究[J]. 崔明娟,郑俊杰,赖汉江. 岩土力学. 2016(S2)
[6]微生物岩土技术的研究进展[J]. 何稼,楚剑,刘汉龙,高玉峰,李冰. 岩土工程学报. 2016(04)
[7]微生物灌浆加固土体研究进展[J]. 钱春香,王安辉,王欣. 岩土力学. 2015(06)
[8]土体裂缝注浆防渗的临界水力梯度及其防渗机理[J]. 葛中华. 南京大学学报(自然科学版). 1997(04)
本文编号：3514165
【文章来源】：岩土力学. 2020,41(12)北大核心EICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
Al-OM絮状物降低渗透系数原理图（改自Zhou等[18]）Fig.2IllustrationofthemechanismofAl-OMflocs-clogging
石英砂（DorsilitNo.9）和取自DeGijster堤坝的原位砂土。Dorsilit是一种SiO2含量高达99.1%的石英砂，颗粒密度为2.67。DeGijster粒径范围为0.05～0.8mm，颗粒密度为2.60。三种砂土的颗粒级配曲线见图3。为了保持试样处于饱和状态，首先将试样浸泡在无气水中抽真空24h以排除附着在砂土表面的气泡，然后用水下沉积法装样。图3三种砂的颗粒级配曲线Fig.3Particlesizedistributionsofthreetypesofsand2.2试验仪器与方案本研究自主研发的一维注入设备如图4所示，其中注入容器为内径为6.7cm、外径为7cm、高为160cm的PVC管，在柱体的两端用螺丝帽锁紧以保证注入过程中无液体泄露。PVC管竖直放置，Al-OM浆液从底部通过Watson-marlow120U/DV蠕动泵和内径为4mm的挤压软管注入，顶部排出。通过调整泵的转速（1～200r/min）可控制注入速率。图4注入装置图Fig.4Set-upoftheinjectionexperiment例如，当转速为120r/min时，注入速率为1.3×106m3/s。在两端安装了孔压传感器来监测孔隙水压力的变化。注入前用磁力搅拌器在恒定转速下持续搅拌浆液以保证Al-OM絮状物不沉淀。由于在注入过程中，砂土的渗透系数不断降低，底部孔隙水压力不断增长，使用的泵没能保证浆液以恒速注入。因此，浆液的注入体积是通过排出的液体量来计算。通过天平测量排出液体的质量，同时用pH计和电导率仪测量酸碱度和电导率，数据通过MP3软件自动记录。采用水下沉积法装样。将饱和好的砂土分5层装入，记录装入砂土的质量和试样高度，以计算孔隙比e。在注入Al-OM浆液前，先注入5PV（porevol
宓牧魉?（m3/s）；A为圆柱体的横截面面积（m2）；H为试样的高度（m）；P为PVC管两端的压力传感器的差值。另外一种是通过变水头试验测量渗透系数，计算式如下：2t1c2=lnrHhkrth（2）式中：rt和rc分别为变水头管和PVC容器的半径（m）；h1和h2为试验前后的变水头管的高度（m）；t为水位从h1降到h2所需的时间（s）。注水结束后，根据试验要求注入Al-OM浆液，并用相机记录注入过程。图5显示了注入速率为1.3×106m3/s，OM浓度为5g/L，注入试验在不同时间的PVC管照片。图5注入Q=1.3×106m3/s和OM浓度为5g/L的注入过程Fig.5ExampleforoneinjectiontestwithQ=1.3×106m3/s,andOMconcentrationof5g/L102101100101粒径/mm020406080100小于某粒径之土质量百分数/%DorsilitNo.9DorsilitNo.7DeGijsterPVC容器孔压传感器Al-OM浆液磁力搅拌器蠕动泵孔压传感器pH计和电导率仪收集盒天平t=0st=80st=202st=298st=485st=849st=1081st=1518s
【参考文献】：
期刊论文
[1]微生物灌浆加固裂隙岩体的渗流特性分析[J]. 支永艳,邓华锋,肖瑶,段玲玲,蔡佳,李建林. 岩土力学. 2019(S1)
[2]砂土介质注浆渗透扩散试验与加固机制研究[J]. 沙飞,李术才,林春金,刘人太,张庆松,杨磊,李召峰. 岩土力学. 2019(11)
[3]土体适用MICP技术的渗透特性条件研究[J]. 李贤,汪时机,何丙辉,沈泰宇. 岩土力学. 2019(08)
[4]堤坝防渗加固新技术研究与应用[J]. 王复明,李嘉,石明生,郭成超. 水力发电学报. 2016(12)
[5]颗粒粒径对微生物固化砂土强度影响的试验研究[J]. 崔明娟,郑俊杰,赖汉江. 岩土力学. 2016(S2)
[6]微生物岩土技术的研究进展[J]. 何稼,楚剑,刘汉龙,高玉峰,李冰. 岩土工程学报. 2016(04)
[7]微生物灌浆加固土体研究进展[J]. 钱春香,王安辉,王欣. 岩土力学. 2015(06)
[8]土体裂缝注浆防渗的临界水力梯度及其防渗机理[J]. 葛中华. 南京大学学报(自然科学版). 1997(04)
本文编号：3514165
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