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      敢掀粒度測試革命的“土行孫” ——訪中交天津港灣工程研究院有限公司巖土所副所長、教授級高工朱耀庭

      儀器信息網 2020/01/09 09:51:00 點擊 2284 次
      新冠在線展
      [導讀] 為了讓激光粒度儀廣被我國港口巖土研究及工程領域,多年以來,他馳而不息。

      甫一見到朱耀庭,袖口微微開線的質樸工裝,眉宇低垂,眼眸澹泊!皠e見怪,平時工作穿得‘土’!彼χ,略帶羞赧,與世無爭的學者氣息迎面而來。直到握手時從掌心傳來的堅實力量才讓我想起,這位副所長還是一位先驅斗士。為了讓激光粒度儀被我國港口巖土研究及工程領域,多年以來,他馳而不息。而探究這背后的故事正是儀器信息網到訪的初衷。

      港口巖土工程主要與哪種粉體顆粒打交道?粒度測試在其中扮演了怎樣的角色?溫厚學者朱耀庭又為何要為激光粒度儀奔走疾呼呢?開門見山,一落座,朱耀庭就打開了話匣。

      敢掀粒度測試革命的“土行孫”.jpg

      中交天津港灣工程研究院有限公司巖土所副所長、教授級高工朱耀庭

      關鍵在于處理軟粘土

      對于朱耀庭所在單位來說,港口用海岸地基處理是其工作的重要組成。我國沿海的港口所在地大多數為淤泥質海岸,港口用地經常需要通過人工挖、填的方式來解決。要達到工程上使用,通常需要經過航道疏浚、吹填、地基加固等工程步驟。航道疏!巴凇鄙蟻淼耐链蠖鄶禐轭w粒細小的淤泥或淤泥質土,如何將這些強度極低的“稀泥湯”變成為在港口堆場、道路、碼頭建設中有價值的“土”,是中交天津港灣工程研究院有限公司幾代巖土人一直值守和探索的的工作!拔覀兊墓ぷ骶拖裆裨捴械耐列袑O!敝煲バχf。

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      航道疏浚的淤泥在吹填過程中

      在處理淤泥土時,有兩個步驟至關重要:一個是如何將“稀泥湯”中的水擠出來、一個是如何對處理好的地基進行評價!霸谖覀兏劭趲r土工程中,航道疏浚時挖出來的這些“稀泥湯”在加固處理時,通常采用的處理方法為排水法固結,其中的真空預壓法就是最近三十年來發展最快應用最廣泛的方法之一,我們這里就是真空預壓法的‘根’! 朱耀庭介紹到,“排水固結過程就好比把“豆腐腦”變成豆干,如何最好最快地做成‘豆干’,滿足工程的需要,是業主、施工單位等各方都十分關注的問題!

      “豆腐腦”是否適合排水固結的方法來加固處理,在工程前期通常需要開展一系列的試驗研究,這些試驗參數包括含水率、密度、土粒比重、粒度測試、塑性指數、滲透系數以及壓縮性等,這其中很重要的一個檢測項目就是土的粒度測試分析!巴ㄟ^粒度測試試驗可以了解到土顆粒的大小以及土的級配,即不同大小的土顆粒的分布情況。在我們這個行業一般認為:顆粒大小分布越寬,土的級配越好,土越密實,相應土的滲透性越差;另一方面,土顆粒越細小,土顆粒之間的孔隙也越小,滲透性也越差。土的滲透性越差,土中的水就越難排出來,反之土中的水分就容易排出來。滲透性太差的土可能就還需要采取一些其它特殊措施來進行處理。

      日趨重要的5μm粒徑

      在對土的粒度測試檢測時,75μm和5μm是兩個非常重要的值。在巖土工程領域,75μm以上含量是土的分類的重要依據之一,粒徑大于75μm的顆粒含量超過總質量的的50%的土一般歸類為砂土;粒徑大于75μm的顆粒含量小于總質量的50%且塑性指數不大于10的土歸類為粉土,如果塑性指數大于10則歸類為黏性土。砂土、粉土、黏性土的工程特性迥異,因此將土的分類弄清楚十分重要。5μm則是具有一定港口巖土工程行業特色的參數值,是評價土中細顆粒含量重要界限值之一,小于5μm的土顆粒通常被稱為黏粒,黏粒含量越多,土的平均粒徑越小,土也越“黏”,滲透性越差,工程上處理起來的難度也越大。

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      各地圍海造地實例

      近些年隨著國家宏觀政策調控、投資主體多元化等因素,一些地方紛紛涉足圍海建地或建港,傳統的工程建設周期被大大縮短,并逐漸暴露出一批工程問題,特別是被業內許多專家稱之為的“超軟土”問題。在工程前期將 “超軟土”鑒別出來,對工程的決策具有至關重要的作用!斑@些‘超軟土’的典型特征之一就是黏粒含量高。因此,如何客觀、準確、真實、快捷地檢測出土的粒度測試成為我十分關注的事情!敝煲フf。

      節約萬倍時間!

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      土不同于其他工業化材料,大多數為非均質材料,土顆粒的粒徑分布范圍比較寬,因此在巖土工程的粒度測試中,代表性取樣是很關鍵的一步。據朱耀庭介紹,巖土工程中被檢測的樣品大多數為天然形成的,需要通過現場鉆孔來進行取樣:首先,工程師們采用專門的工程鉆機,在確定好的取樣位置,通過鉆孔沿深度、按照一定的間隔將地基中的土逐一取出,再對樣品進行編號、處理,為了充分搞清楚各不同深度土層的情況,往往一個土樣要制備成幾個樣品! 取樣過程已經如此繁復,完成一組試驗的工作量可見一斑。

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      傳統試驗用比重計

      在巖土工程中,對于細顆粒土常用的粒度測試方法是比重計法,該方法也是標準規范中主推的方法。比重計法是一種采用沉降法原理的傳統粒度試驗方法,測量的精確度可以滿足巖土工程需求,然而該方法有一個最大的弊病——時間長!坝眠@種方法,一系列流程操作下來,大概需要3-4天的時間!敝煲グ欀碱^說。

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      BT-2001激光粒度分布儀

      然而樣品數量多,科研人員催要試驗成果急,傳統試驗手段很難滿足他們的時間要求。窮則思變的朱耀庭將視線轉向了市面上其它行業越來越普及的粒度測試儀器——激光粒度儀!爱敃r,我聯系了幾家國內外主流廠商,并委托他們采用激光粒度儀對我提供的土樣進行檢測,經過比對分析,發現激光粒度儀的檢測結果與傳統的比重計法差不多,遠超過我的心理預期,檢測結果完全能滿足我們的需求!敝煲フf,而最讓他驚喜的是,用這種方法檢測一個樣品只需要數秒的時間就可以完成,相對比重計法,省去了制樣、煮沸、分散、等候、數據處理等大量的時間。這也讓朱耀庭下定了去吃這口“螃蟹”的決心,于2012年選購了丹東百特生產的BT-2001激光粒度分布儀,沿用至今。

      研究處花已荼靡  工程地標準欲來

      技術革新從來都不是一件容易的事,在剛剛將激光粒度儀引入行業時,朱耀庭也遇到很大阻力。然而一貫溫和的他卻犯了犟脾氣,堅持頂著壓力前行。在長期使用中,他越來越發現,不僅時間短,激光粒度儀在粒徑結果的重復性和準確性上都比傳統的比重計法具有明顯優勢!拔疫@個人還是想做點事情的,如果能將這種先進方法在我們行業中推廣,提高一下檢測數據的準確性和可靠性,解放一些檢測人員的勞動強度,也算是為行業進步出點微薄之力! 朱耀庭認真地說。為了能更好地“說服”同行們,他自己還拆卸過激光粒度儀,研究其工作原理,并且不停地“傳道”自己的使用心得。

      在朱耀庭的努力下,激光粒度儀已經成為越來越多巖土試驗研究人員的得力助手,并且覆蓋巖土研究的方方面面,對朱耀庭的研究更是如此。例如近年來具有圖像功能的激光粒度儀的出現,就能夠幫助朱耀庭探索土顆粒形狀、分布與土的形成年代、成因等之間的相關性。為此,他所在單位又購買了同樣產自丹東百特的Bettersize 3000plus 激光圖像粒度粒形分析儀!拔覀兺令w粒的形狀千奇百怪,除了沒有理想中的圓球狀之外,片狀、針狀等不規則形狀應有盡有,因此這種最新的粒度粒形一體化分析儀,又與我們的研究思路不謀而合! 朱耀庭笑著說,激光粒度儀已經成為了他研究中的左膀右臂。

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      Bettersize3000plus 激光圖像粒度粒形分析儀(點擊查看儀器詳情

      然而激光粒度儀之“花香”仍僅僅播馥在研究領域而已,雖然其力足以勝任久矣,但由于相關方法的行業標準缺失,激光粒度儀至今無法在巖土工程的試驗中大展身手?丛谘劾,痛在心里。在相關單位和部門的支持下,朱耀庭又開始著手制定激光粒度儀行業標準的制訂工作!盀榱诉@個標準,我近年來投入較大的精力,目的就是讓標準盡可能貼近行業的需求,具有較強的可操作性,并推動激光粒度儀早日在巖土工程試驗領域具備“合法身份”!敝煲远ǖ卣f。不拘窠臼,敢執牛耳。在朱耀庭的努力下,或許不遠的未來,在巖土工程這片一般檢測人員相對陌生的疆土,我們將見到激光粒度儀更加活躍的身影。 

      附錄:中交天津港灣工程研究院有限公司介紹:

      中交天津港灣工程研究院有限公司(下簡稱港研院)始建于1959年,已經歷六十載的風雨,F隸屬于中交第一航務工程局有限公司,是世界500強“中國交建”旗下的重點科研開發機構。港研院先后獲得國家級企業技術中心(主體)和高新技術企業認定,1998 年率先通過了英國勞氏質量管理體系認證。具有“工程勘察專業類巖土工程”乙級資質、防腐設計與施工資質。公司還設有博士后科研工作站。同時主編并向國內外公開發行全國中文科技核心期刊《中國港灣建設》,以及一航局刊物《華北交通工程》。

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      中交天津港灣工程研究院有限公司

      同時,港研院是國內最早的巖土工程專業研究的機構之一,也是國內知名較高的巖土工程試驗檢測機構之一。擁有交通行業重點實驗室、天津市重點實驗室、中國交建重點實驗室、國家級企業技術中心等多個科研平臺,尤其是在軟土地基加固處理領域在國內外享有盛譽。真空預壓軟土地基加固技術、水運工程地基設計規范、模袋固化土海上圍埝技術、巖土工程原位監測技術等一批先進的技術或標準由這里走出來,走向全國,走向海外。

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      編輯: 李易明
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      • 佩服佩服啊
        01月10日 07:00:28

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