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敢掀粒度测试革命的“土行孙” ——访中交天津港湾工程研究院有限公司岩土所副所长、教授级高工朱耀庭

蓝冠信息网 2020/01/09 09:51:00 点击 2507 次
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[导读] 为了让激光粒度仪广被我国港口岩土研究及工程领域,多年以来,他驰而不息。

甫一见到朱耀庭,袖口微微开线的质朴工装,眉宇低垂,眼眸澹泊。“别见怪,平时工作穿得‘土’。”他笑着,略带羞赧,与世无争的学者气息迎面而来。直到握手时从掌心传来的坚实力量才让我想起,这位副所长还是一位先驱斗士。为了让激光粒度仪被我国港口岩土研究及工程领域,多年以来,他驰而不息。而探究这背后的故事正是蓝冠信息网到访的初衷。

港口岩土工程主要与哪种粉体颗粒打交道?粒度测试在其中扮演了怎样的角色?温厚学者朱耀庭又为何要为激光粒度仪奔走疾呼呢?开门见山,一落座,朱耀庭就打开了话匣。

敢掀粒度测试革命的“土行孙”.jpg

中交天津港湾工程研究院有限公司岩土所副所长、教授级高工朱耀庭

关键在于处理软粘土

对于朱耀庭所在单位来说,港口用海岸地基处理是其工作的重要组成。我国沿海的港口所在地大多数为淤泥质海岸,港口用地经常需要通过人工挖、填的方式来解决。要达到工程上使用,通常需要经过航道疏浚、吹填、地基加固等工程步骤。航道疏浚“挖”上来的土大多数为颗粒细小的淤泥或淤泥质土,如何将这些强度极低的“稀泥汤”变成为在港口堆场、道路、码头建设中有价值的“土”,是中交天津港湾工程研究院有限公司几代岩土人一直值守和探索的的工作。“我们的工作就像神话中的土行孙。”朱耀庭笑着说。

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航道疏浚的淤泥在吹填过程中

在处理淤泥土时,有两个步骤至关重要:一个是如何将“稀泥汤”中的水挤出来、一个是如何对处理好的地基进行评价。“在我们港口岩土工程中,航道疏浚时挖出来的这些“稀泥汤”在加固处理时,通常采用的处理方法为排水法固结,其中的真空预压法就是最近三十年来发展最快应用最广泛的方法之一,我们这里就是真空预压法的‘根’。” 朱耀庭介绍到,“排水固结过程就好比把“豆腐脑”变成豆干,如何最好最快地做成‘豆干’,满足工程的需要,是业主、施工单位等各方都十分关注的问题。”

“豆腐脑”是否适合排水固结的方法来加固处理,在工程前期通常需要开展一系列的试验研究,这些试验参数包括含水率、密度、土粒比重、粒度测试、塑性指数、渗透系数以及压缩性等,这其中很重要的一个检测项目就是土的粒度测试分析。“通过粒度测试试验可以了解到土颗粒的大小以及土的级配,即不同大小的土颗粒的分布情况。在我们这个行业一般认为:颗粒大小分布越宽,土的级配越好,土越密实,相应土的渗透性越差;另一方面,土颗粒越细小,土颗粒之间的孔隙也越小,渗透性也越差。土的渗透性越差,土中的水就越难排出来,反之土中的水分就容易排出来。渗透性太差的土可能就还需要采取一些其它特殊措施来进行处理。

日趋重要的5μm粒径

在对土的粒度测试检测时,75μm和5μm是两个非常重要的值。在岩土工程领域,75μm以上含量是土的分类的重要依据之一,粒径大于75μm的颗粒含量超过总质量的的50%的土一般归类为砂土;粒径大于75μm的颗粒含量小于总质量的50%且塑性指数不大于10的土归类为粉土,如果塑性指数大于10则归类为黏性土。砂土、粉土、黏性土的工程特性迥异,因此将土的分类弄清楚十分重要。5μm则是具有一定港口岩土工程行业特色的参数值,是评价土中细颗粒含量重要界限值之一,小于5μm的土颗粒通常被称为黏粒,黏粒含量越多,土的平均粒径越小,土也越“黏”,渗透性越差,工程上处理起来的难度也越大。

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各地围海造地实例

近些年随着国家宏观政策调控、投资主体多元化等因素,一些地方纷纷涉足围海建地或建港,传统的工程建设周期被大大缩短,并逐渐暴露出一批工程问题,特别是被业内许多专家称之为的“超软土”问题。在工程前期将 “超软土”鉴别出来,对工程的决策具有至关重要的作用。“这些‘超软土’的典型特征之一就是黏粒含量高。因此,如何客观、准确、真实、快捷地检测出土的粒度测试成为我十分关注的事情。”朱耀庭说。

节约万倍时间!

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土不同于其他工业化材料,大多数为非均质材料,土颗粒的粒径分布范围比较宽,因此在岩土工程的粒度测试中,代表性取样是很关键的一步。据朱耀庭介绍,岩土工程中被检测的样品大多数为天然形成的,需要通过现场钻孔来进行取样:首先,工程师们采用专门的工程钻机,在确定好的取样位置,通过钻孔沿深度、按照一定的间隔将地基中的土逐一取出,再对样品进行编号、处理,为了充分搞清楚各不同深度土层的情况,往往一个土样要制备成几个样品。” 取样过程已经如此繁复,完成一组试验的工作量可见一斑。

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传统试验用比重计

在岩土工程中,对于细颗粒土常用的粒度测试方法是比重计法,该方法也是标准规范中主推的方法。比重计法是一种采用沉降法原理的传统粒度试验方法,测量的精确度可以满足岩土工程需求,然而该方法有一个最大的弊病——时间长。“用这种方法,一系列流程操作下来,大概需要3-4天的时间。”朱耀庭皱着眉头说。

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BT-2001激光粒度分布仪

然而样品数量多,科研人员催要试验成果急,传统试验手段很难满足他们的时间要求。穷则思变的朱耀庭将视线转向了市面上其它行业越来越普及的粒度测试仪器——激光粒度仪。“当时,我联系了几家国内外主流厂商,并委托他们采用激光粒度仪对我提供的土样进行检测,经过比对分析,发现激光粒度仪的检测结果与传统的比重计法差不多,远超过我的心理预期,检测结果完全能满足我们的需求。”朱耀庭说,而最让他惊喜的是,用这种方法检测一个样品只需要数秒的时间就可以完成,相对比重计法,省去了制样、煮沸、分散、等候、数据处理等大量的时间。这也让朱耀庭下定了去吃这口“螃蟹”的决心,于2012年选购了丹东百特生产的BT-2001激光粒度分布仪,沿用至今。

研究处花已荼靡  工程地标准欲来

技术革新从来都不是一件容易的事,在刚刚将激光粒度仪引入行业时,朱耀庭也遇到很大阻力。然而一贯温和的他却犯了犟脾气,坚持顶着压力前行。在长期使用中,他越来越发现,不仅时间短,激光粒度仪在粒径结果的重复性和准确性上都比传统的比重计法具有明显优势。“我这个人还是想做点事情的,如果能将这种先进方法在我们行业中推广,提高一下检测数据的准确性和可靠性,解放一些检测人员的劳动强度,也算是为行业进步出点微薄之力。” 朱耀庭认真地说。为了能更好地“说服”同行们,他自己还拆卸过激光粒度仪,研究其工作原理,并且不停地“传道”自己的使用心得。

在朱耀庭的努力下,激光粒度仪已经成为越来越多岩土试验研究人员的得力助手,并且覆盖岩土研究的方方面面,对朱耀庭的研究更是如此。例如近年来具有图像功能的激光粒度仪的出现,就能够帮助朱耀庭探索土颗粒形状、分布与土的形成年代、成因等之间的相关性。为此,他所在单位又购买了同样产自丹东百特的Bettersize 3000plus 激光图像粒度粒形分析仪。“我们土颗粒的形状千奇百怪,除了没有理想中的圆球状之外,片状、针状等不规则形状应有尽有,因此这种最新的粒度粒形一体化分析仪,又与我们的研究思路不谋而合。” 朱耀庭笑着说,激光粒度仪已经成为了他研究中的左膀右臂。

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Bettersize3000plus 激光图像粒度粒形分析仪(点击查看仪器详情

然而激光粒度仪之“花香”仍仅仅播馥在研究领域而已,虽然其力足以胜任久矣,但由于相关方法的行业标准缺失,激光粒度仪至今无法在岩土工程的试验中大展身手。看在眼里,痛在心里。在相关单位和部门的支持下,朱耀庭又开始着手制定激光粒度仪行业标准的制订工作。“为了这个标准,我近年来投入较大的精力,目的就是让标准尽可能贴近行业的需求,具有较强的可操作性,并推动激光粒度仪早日在岩土工程试验领域具备“合法身份”。”朱耀庭坚定地说。不拘窠臼,敢执牛耳。在朱耀庭的努力下,或许不远的未来,在岩土工程这片一般检测人员相对陌生的疆土,我们将见到激光粒度仪更加活跃的身影。 

附录:中交天津港湾工程研究院有限公司介绍:

中交天津港湾工程研究院有限公司(下简称港研院)始建于1959年,已经历六十载的风雨。现隶属于中交第一航务工程局有限公司,是世界500强“中国交建”旗下的重点科研开发机构。港研院先后获得国家级企业技术中心(主体)和高新技术企业认定,1998 年率先通过了英国劳氏质量管理体系认证。具有“工程勘察专业类岩土工程”乙级资质、防腐设计与施工资质。公司还设有博士后科研工作站。同时主编并向国内外公开发行全国中文科技核心期刊《中国港湾建设》,以及一航局刊物《华北交通工程》。

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中交天津港湾工程研究院有限公司

同时,港研院是国内最早的岩土工程专业研究的机构之一,也是国内知名较高的岩土工程试验检测机构之一。拥有交通行业重点实验室、天津市重点实验室、中国交建重点实验室、国家级企业技术中心等多个科研平台,尤其是在软土地基加固处理领域在国内外享有盛誉。真空预压软土地基加固技术、水运工程地基设计规范、模袋固化土海上围埝技术、岩土工程原位监测技术等一批先进的技术或标准由这里走出来,走向全国,走向海外。

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编辑: 李易明
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  • 佩服佩服啊
    01月10日 07:00:28

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