疏浚饱和密实粉土剪胀特性及其对耙齿切削阻力的影响

针对黄骅港区饱和密实粉土,通过三轴剪切试验以及原型耙齿切削试验,研究饱和密实粉土剪胀特性及其对耙齿切削阻力的影响。三轴试验结果表明,黄骅地区饱和密实粉土在剪切过程中表现为应变软化性状,偏应力峰值与围压之间基本呈线性关系。在剪切过程中,土体先剪缩后剪胀,随着围压的增大,剪缩性状体现得越来越明显,应力应变性状可划分为4个不同阶段。原型耙齿切削试验结果表明,饱和土较非饱和土切削阻力增长得更快;饱和土切削阻力最大值为非饱和土切削阻力最大值的2.7~3.3倍;对于饱和土,切削阻力达到稳定值后,其波动幅度较非饱和土要大。上述试验结果均表明,土的剪胀性对于耙齿切削阻力的影响十分显著,须采取相应的措施来降低土的剪胀性对于耙齿切削阻力的影响。     

耙齿切削饱和硬质土的试验研究

自航耙吸挖泥船在疏浚饱和硬质土时,耙齿贯入困难,切削阻力大,使得疏浚浓度较低,极大地影响了施工效率和经济效益。为了更好地设计和优化切削过程,提高耙头的施工效率,通过模型试验的方法,综合考虑耙齿类型、负载、航速、不同位置高压冲水等因素的影响,研究不同工况下的原型耙齿切削过程,探讨切削阻力、切削深度、切削宽度等与这些因素之间的关系。结果表明：饱和硬质土切削过程中,纯机械切削的作用有限,且切削阻力很大;只有辅以各种高压冲水,才能大幅增加切削深度,显著降低切削阻力。该模型试验的成果可直接用于指导耙头的优化设计和对现有耙头的改进,以进一步提高耙头疏浚饱和硬质土的施工效率。     

密实粉土单耙齿及三耙齿水下切削试验及耙齿切削阻力计算

滨州港分布的回淤性密实粉土含水量低、标贯击数大、坚硬难挖,给疏浚施工带来很大的麻烦,特别是对耙吸船的挖掘提出挑战,影响了施工效率。为了研究密实粉土的切削机理,进行了密实粉土的切削试验研究。对3种含水量的密实粉土在不同切削角、不同切削深度和不同切削速度的工况下进行了单耙齿和三耙齿水下切削试验,并进行了高压冲水条件下的切削试验研究。试验过程中,通过刀具上布置的切削力传感器监测切削力。通过密实粉土切削试验得到了密实粉土的破坏特性,总结了密实粉土切削的特点,并根据试验数据建立密实粉土耙齿切削阻力计算经验公式。     

自航耙吸挖泥船耙头模型试验研究

为了提高自航耙吸挖泥船耙头疏浚饱和硬质土时的效率,根据模型相似的原理推导了耙头的局部模型试验方法,并通过该方法试验了不同位置高压冲水辅助下的挖掘效果,分析了垂直高压冲水和耙齿内高压冲水在耙齿挖掘中的作用,并根据两种高压冲水的作用机理,提出了沿齿面冲水的辅助挖掘新型式,进一步提高了耙头的挖掘能力和疏浚效率,同时降低了耙头的挖掘阻力.研究了耙齿对地压力、耙头吸腔密封度等因素的影响,并做出了调整和改进.结果表明,改进后的模型耙头疏浚坚硬的黄骅港密实砂质粉土时,泥浆密度换算到原型耙头可达1.19t/m3,相对于国内现有耙头同类土质下的施工密度1.10 t/m3已有大幅提高.     

基于硬质黏土切削理论的耙齿切削阻力分析

耙头在挖掘硬质黏土时,耙齿切削阻力较大,需要匹配的主机负荷也相应增加,使得工程经济性降低.为了分析硬质黏土切削过程中耙齿切削阻力的大小及变化趋势,优化耙头设计和使用工艺,对一定含水率和标贯击数的硬质黏土进行多工况下耙齿水平和垂直切削阻力计算.通过计算模型对2种耙齿切削过程中土体破坏长度和宽度进行计算.结果表明:硬质黏土...     

开挖密实砂绞刀研制与应用

针对我国沿海港口密实砂土、回淤粉土绞吸挖泥船挖掘效率低的问题,进行密实粉土切削试验研究,得到密实粉土的切削阻力特性,并针对大功率绞刀挖掘密实砂土的特点,优化刀臂的断面形状,建立绞刀的三维模型,分析绞刀挖掘砂土的受力情况和绞刀在最危险工况下的应力与变形,研制出一款密实砂绞刀.研究成果在实船应用表明,在同等工况条件下,密实...     

连云港港混合土的特性指标与挖掘产量关系

绞吸船疏浚典型黏性土、密实粉土粉砂和钙质结核物的混合土时易糊绞刀头,且输送时易堵管。依托连云港港30万吨级航道疏浚工程,对混合土的不均匀性进行分析,从典型土的挖掘比能与船舶施工参数相关性角度,推导出连云港港混合土的特性指标与挖掘产量的计算公式,可预测复杂土的疏浚产量。结果表明:连云港港典型混合土由黏性土、密实粉土粉砂和钙质结核物混合而成,具有多种土质特性;利用推导出的公式预测"天虎号"绞吸船挖掘此类土的生产率,经过与实测值对比,其相对偏差在15%以下,可靠性好,可为类似工程提供借鉴。     

耙吸式挖泥船黏土耙头刀齿形态及排布方式

借助LS-DYNA数值模拟方法研究耙吸式挖泥船耙头刀齿的形态及刀齿的排布方式对挖掘过程的影响,分析不同结构耙齿的宏观切削效果和切削过程中的微观动态响应特性。结果表明:相比平齿刀具,尖齿刀具的切削阻力有所降低,切削土体的效果较好;多齿刀具在切割土块时,土体更易破碎,切削效率更高;在相同条件下,尖齿错排刀具的切削效率要强于平齿错排刀具。由此可见,实际工程中,进行耙头刀齿设计时遵循多尖齿错排的原则在一定程度上可提高耙吸式挖泥船对黏土的破碎效率。     

“新海牛”轮挖掘硬质黏土高压冲水耙头系统研制

针对挖掘硬黏土时耙头堵塞、破土能力弱等问题,对比硬质黏土与长江口土质性能,得知硬质黏土具有凝聚力大、颗粒细、抗剪强度大等特点。结合数值模拟技术,采用超高压射流技术,研制一套具有自主知识产权的高效挖掘硬质黏土耙头系统（最大压力为38 MPa）。该系统采用“高压头、低排量”的模式,减少挖掘阻力,缓解堵耙问题,增加破土能力,为航道疏浚工程提供了技术保障。     

航道工程密实粉砂挖掘关键技术分析

水运工程中在涉及到挖掘密实粉砂时,由于其开挖难度大、沉降速度慢、装舱效果差,最佳的挖泥时间难以确定等特点,严重影响施工产能。而目前国内外对挖掘密实粉砂的有效方法较少,多是仅针对挖掘浓度进行改进,并未改善粉砂的装舱效果,船舶产能严重受限。本文结合具体工程实例,提出了利用重新筛选施工区、确定最佳装舱时间、改进耙齿型式等措施提高挖掘密实粉砂的同时,改善装舱效果。对今后类似的疏浚工程施工具有一定的参考意义。     

靖江边滩演变水动力特性分析

对近年来靖江边滩周期性切割发生的位置、切割时的规模和切割体的大小进行梳理分析,并对1966年以来已发生的12次较大规模切割时机和切割流量进行重点研究。结果表明:洪季和枯季均有可能出现切割。洪季落潮切割时上游径流38 700~54 100 m³/s,平均47 000 m³/s;枯季涨潮切割时上游径流11 800~23 700m³/s,平均17 000 m³/s;心滩下移速度1.0~1.8 km/a。为此,可加强易切割流量时地形观测,预估下移心滩进入航槽的时间,提前配置疏浚设备,对航道疏浚维护具有重要的意义。     

绞吸挖泥船吹填管线泥沙分离施工工艺

肯尼亚拉姆港疏浚及吹填项目中吹填区须进行临时围埝施工。由于当地石料价格较高,陆地砂源少,因此只能通过大型绞吸挖泥船采用水下取砂的方式进行备砂。而施工区土质为黏土混砂,且含有大量贝壳,砂层较薄,取砂效率极低。为此,研制一种管线用滤砂装置,该装置可将砂与其他废土分离,并分别吹填至不同区域。该大型绞吸挖泥船黏土与砂混挖分离施工技术,解决了砂与黏土球及贝壳分离的难题,保证了砂袋充填砂的质量,提高了充填砂袋施工效率,大大降低了施工成本。     

大规模采沙对弯道滩险的影响

以岷江朱石滩为例,分析大规模采沙对弯道滩险河床演变和航道条件的影响。采沙前,朱石滩河段河床基本冲淤平衡;采沙后,河床冲淤平衡被破坏,河床严重下切,汛期河床回淤剧烈。大规模采沙对弯道滩险航道条件的影响主要表现为破坏航道边界、降低河段水位、增加上游水面比降;原来稳定的弯槽由于水深不足而被舍弃,航道改走不稳定的直槽,给航道维护带来困难;河床地形凌乱,航槽局部存在较大横流,给船舶航行带来安全隐患。     

如何确定耙吸船最佳装舱时间

提高耙吸船开挖密实粉细砂的施工效率是疏浚工程界不断探索的问题,而采用最佳装舱时间是提高耙吸船挖砂效率最有效的方法之一。结合锦州港301泊位工程港池粉细砂的疏浚施工,通过对有效载重曲线和小时效率曲线的分析,简要介绍最佳装舱时间的计算。     

沉箱防波堤沙质底床对波浪动态响应的研究

海床破坏同孔隙水压力的分布有着密切的关系。利用波浪水槽试验,对波浪作用下沙质底床的孔隙水压力响应进行了研究。试验中观测了不同波况条件下自由底床和有抛石基床防波堤的土体孔隙水压力的变化。结果分析表明,土体孔隙水压力受波高、周期、水深、泥沙粒径、沙床厚度的影响较大,建堤后,底床中的孔隙水压力会增大;堤中断面以前海床中的孔隙水压力均较大。     

疏浚泥水混合物电导率特性初探

为论证电导率测试法用于测定疏浚泥浆浓度的可行性,探讨疏浚泥浆电导率与泥浆浓度间的关系及影响因素,选取国内较有代表性的淤泥质土、粉土、粉砂以及细砂等疏浚泥样,配置成不同浓度的混合物,测试了配置混合物的电导率以及温度和盐度对混合物电导率的影响.试验结果表明:混合物中水的盐度、泥沙体积浓度、混合物温度等参数与混合物电导率存在明显的相关关系;泥沙粒径级配对混合物电导率也有一定影响.因此,通过电导率测试法用于测定疏浚泥浆浓度是可行的,但须注意对混合物温度和盐度的影响进行补偿或相关处理.     

福姜沙北水道12.5 m深水航道疏浚方案的难点与对策

福姜沙北水道作为长江南京以下12.5 m深水航道二期工程重点疏浚河段,易受上游靖江边滩冲刷沙体过境的影响,河势变化较为复杂。针对疏浚方案中存在的掉头区布置、运泥线路选择及艏吹点布设等难点,对施工条件、通航法规、施工效率、施工安全及经济合理性等进行研究。采用理论计算与施工经验相结合的方法,提出解决对策,从而完善了福姜沙北水道12.5 m疏浚方案,也可为今后长江内河疏浚施工提供借鉴。     

绞吸挖泥船吸扬系统数字仿真匹配计算

针对绞吸式挖泥船吸扬系统匹配选型不佳和产量预测不准等问题,利用数字仿真建模技术重构绞吸挖泥船吸扬系统的镜像数字模型。针对不同的绞吸挖泥船,通过调整模型参数可求解得到与之相对应的各子系统数字模型。在绞刀及其驱动系统中定量分析了绞刀转速、横移速度和吸口流速与泥浆比重的关系;在泥泵与管路系统中根据相似定律构建了泥泵-管路模型,研究了不同土质和泥浆浓度对泥泵扬程的影响,并求解预测出不同管道流速下的施工最佳工况点。将仿真系统应用到实验室小型疏浚平台上进行试验验证,试验结果显示数字系统能准确预测施工动态参数和产量,并能提前为施工策略提供指导性建议。     

疏浚施工中截沙槽的应用

在长江南京以下12.5 m深水航道工程一期疏浚工程施工中,因通州沙航道受裤子港沙尾部右缘淤涨南压影响,水深逐步变差,直接影响了B区的疏浚施工。研究通州沙水域水沙运动特点、床沙特性及潮汐特征;分析河势变化及回淤特点;通过在B区航槽外预设截沙槽,减缓航槽边缘泥沙进入航槽的速度;对实施效果进行总结分析,对工程后续施工提出建议。