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青岛土工织物的淤堵( clogging)

时间:2017-08-04 16:46   作者:青岛梦想材料 点击:
青岛土工织物的淤堵( clogging)
青岛土工织物用作滤层时,水从被保护的土流过织物,水中的土颗粒可能封闭织物表面的孔口或堵塞在织物内部,产生淤堵现象,使得织物的渗透流量逐渐减小。同时,在织物上产生过大的渗透力,严重的淤堵会使滤层失去作用。
织物的淤堵主要取决于织物的孔径分布和土颗粒的级配。如果土颗粒均匀且大于织物的等效孔径,或者虽不均匀,但在水流作用下能形成稳定的反滤拱架结
构,则一般不会产生较明显的淤堵。此外,水流的条件也对淤堵有影响,例如单一方向的水流比流向反复变化的水流易形成淤堵。
目前还没有防止淤堵的设计公式,也没有统一的标准说明淤堵允许的程度(在砂滤层的设计中也存在同样的问题),只有通过试验判断土工织物滤层的淤堵。淤堵试验持续的时间一般达1000h或更长,观测渗透流量(或渗透系数)随时间的变化,检验是否能稳定在某个一定的数值上。长期淤堵试验的困难在于测量渗透系数的影响因素很多,例如伴随产生的生物淤堵和化学淤堵现象,土样和织物试样上可能积聚气泡等,渗透系数不易测准,同时很难给出渗透系数下降的允许幅度。长期淤堵试验存在较多的问题,但它毕竟是滤层工作状况的直接模拟,故在条件许可的情况下,应尽可能持续试验到渗透流量稳定为止。有人建议用滤纸收集通过织物滤层的土颗粒,绘制每平方米织物通过的土颗粒质量与时间的曲线,并指出,只要有土颗粒流失,渗透系数就不可能稳定,可能变大,也可能变小,因此可将土颗粒不再流失作为滤层工作稳定的标准。
为了用较短的时间判断织物滤层的工作情况,1972年美国Calhoun提议测量土和土工织物系统中水头损失的变化,该法于1977年被美国陆军工程师兵团所接受,定名为梯度比试验,并将这个方法提交给美国材料与试验协会土工织物及有关产品分委员会(ASTM D- 35)。梯度比试验装置参见图3- 23。将常水头的脱气水接通装有织物和被保护土的渗透仪,待渗流稳定后,以一定的时间间隔测读各测压管水位,并计算不同部位的水力坡降(水力梯度),取渗流稳定24h后
的水力梯度按下式计算梯度比GR 式中  il -土工织物及其上方lin (25mm)土样的水力梯度;
i:-上方相邻的2in土(从织物上方25mm到75mm)的水力梯度。
梯度比试验延续的时间短,用测量多点的水位分布代替渗透系数的量测,方法比较简单。大量比较试验指出,当GR大于3时,滤层将产生较严重的淤堵,渗透系数的下降将超过一个数量级,从而不能满足滤层的透水性要求。因此,美国陆军工程师兵团制定的指导性规范中将GR≤3作为土工织物能满足滤层要求的标准。许多研究者对梯度比试验进行验证,例如,采用理想球形的渥太华砂,通过改变砂中粉粒的含量对四种有纺和两种无纺织物进行梯度比试验,将测得的梯度比与粉粒含量绘成曲线,如图3 - 24所示。可以看出粉粒含量越大,梯度比越大,也就是说容易产生不允许的淤堵。在不同类型的织物中,热粘无纺与扁丝有纺容易淤堵,针刺无纺织物一般能满足滤层要求,而单丝有纺不容易淤堵,最适于作为无粘性土的滤层。
大量试验表明:对于细砂,梯度比在渗流几个小时后即可稳定;对于粉砂约需100h左右;而对粘粒含量较高的土其稳定过程要延续200h,甚至更长。因此,有的研究者建议试验应进行到梯度比基本稳定或呈下降趋势为止。
试验装置的整体水力坡降(或试验水头)在规范中没有规定,大多试验取水力坡降6。20之间。一般情况,对粉粒、粘粒含量大的土应采用大的水力坡降。对比试验表明,对相对密度大的土,水力坡降对梯度比的影响较小,但对中密或
松散的土有明显影响,大的渗透力使织物上方的土变密,故大的水力坡降使梯度比增大。
对梯度比试验争议较多的是GR≤3的临界值确定的问题。很多试验表明,GR值很少大于1.5,故建议GR的允许值应取在1.5以下,如不允许淤堵发生,必须满足GR≤1的条件。实际上梯度比的大小和滤层系统的渗透系数有关,下面分析它们之间的关系。
根据达西定律v=统,在梯度比试验中各截面的流速相等,由式(3- 25)得 式中  庇:-2#和4 4测压管间土的渗透系数(参见图3 - 22),因距织物较远,
后:即为被保护土的渗透系数;
k12 -织物与邻近lin土系统的渗透系数。
从式(3 - 26)可见,GR表示织物与土系统的渗透系数相对于土的渗透系数下降的倍数。还可以进一步推导得 式中  矗。——土工织物的渗透系数;
后,——织物上方lin土的渗透系数。
从式(3 - 27)可见,织物渗透系数矗。相对于被保护土渗透系数座:下降的倍数与GR有关,同时取决于k21k,,后者是被保护土的渗透系数与邻近织物土的渗透系数之比。如果邻近织物的土中细颗粒被水带走,则尼,变大,k2/矗,小于1;如细颗粒没有流失,则k2l ki等于1。
为观察式(3 - 27)的变化规律,取k2/七,分别等于0.5和1.0,并取织物厚度占= 2.5mm,将不同GR对应的k2/矗。列于表3-3。
从表3-3可见,当GR =3时,后。已下降到矗:的1/23以下。如果淤堵设计中给出织物渗透系数下降的限度,例如等于被保护土的渗透系数的1/10,则从表
3-3可以选择GR在1.5左右。
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