水下抗分散水泥土正交试验及配比优化方法研究

黄挺; 郑杰; 戴国亮; 谭慧明

doi:10.13409/j.cnki.jdpme20230831001

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水下抗分散水泥土正交试验及配比优化方法研究

论文 | 更新时间：2024-06-26

- 水下抗分散水泥土正交试验及配比优化方法研究
- Research on Orthogonal Experiments and Optimization of Mixing Ratios for Underwater Anti‑Dispersion Cement‑Stabilized Soil
- 防灾减灾工程学报 2024年44卷第3期页码：678-688
- 作者机构：
  
  1.河海大学海岸灾害及防护教育部重点实验室，江苏南京210098
  2.河海大学港口海岸与近海工程学院，江苏南京 210098
  3.东南大学土木工程学院，江苏南京 210096
- 作者简介：
  
  黄挺（1983—），男，副研究员，博士。主要从事地基基础、海洋岩土等方面的研究。E-mail:huangting@hhu.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金项目(52078128)
- DOI：10.13409/j.cnki.jdpme20230831001
  中图分类号： TU443
- 收稿：2023-08-31，
  
  修回：2024-04-04，
  
  纸质出版：2024-06-25
- 稿件说明：
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黄挺,郑杰,戴国亮等.水下抗分散水泥土正交试验及配比优化方法研究[J].防灾减灾工程学报,2024,44(03):678-688.

HUANG Ting,ZHENG Jie,DAI Guoliang,et al.Research on Orthogonal Experiments and Optimization of Mixing Ratios for Underwater Anti‑Dispersion Cement‑Stabilized Soil[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2024,44(03):678-688.
黄挺,郑杰,戴国亮等.水下抗分散水泥土正交试验及配比优化方法研究[J].防灾减灾工程学报,2024,44(03):678-688. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme20230831001.

HUANG Ting,ZHENG Jie,DAI Guoliang,et al.Research on Orthogonal Experiments and Optimization of Mixing Ratios for Underwater Anti‑Dispersion Cement‑Stabilized Soil[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2024,44(03):678-688. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme20230831001.

摘要

水流经过桩基时会形成漩涡侵蚀床面，影响桩基及上部结构的稳定性，冲刷治理是工程界关注的热点问题。为促进固化土技术在桩基冲刷修复中的应用，设计开展了抗分散水泥固化土系列正交试验。针对高岭土和淤泥土，选用PAM、EVA、黄原胶、HPMC四种抗分散剂，采用平均效果分析和极差分析，研究了抗分散剂种类、抗分散剂掺量、含水量和水泥掺量对流动度、浊度、7 d和28 d无侧限抗压强度的影响。结果表明：对于高岭土，抗分散剂掺量从0.25‰增大到1‰，水泥土流动度减小20%，浊度减小25%，抗分散剂掺量对流动性和抗分散性的影响显著。对于淤泥土，对抗分散性影响显著的仍是抗分散剂掺量，而对流动性的影响显著的则是含水量，含水量从1.4倍液限增大到2.0倍液限，水泥土流动度增大45%。基于综合平衡法、矩阵分析法和多元线性回归模型，提出了一种抗分散水泥土配比设计方法，研究得到了高岭土和淤泥土抗分散水泥固化土的推荐配比，其在泥沙起动实验中的抗冲刷特性明显优于原始土样。

Abstract

Water flow around pile foundations can create vortices that erode the bed surface

compromising the stability of both pile foundations and superstructure. Therefore

addressing scour management has always been a hot topic in engineering. To advance the application of cement-stabilized soil technology in scour repair for pile foundations

orthogonal experiments were designed and carried out on dispersion-resistant cement-stabilized soils. Four types of anti-dispersants

PAM

EVA

xanthan gum

and HPMC

were selected for kaolinite and silt soils. The effects of anti-dispersants type

anti-dispersant dosage

water content

and cement dosage on fluidity

turbidity

and unconfined compressive strength at 7 and 28 days were studied using average effect and range analysis. The results showed that for kaolinite

increasing the anti-dispersants content from 0.25 ‰ to 1 ‰ decreased the fluidity of the cement-stabilized soil by 20% and turbidity by 25%

demonstrating a significant impact on both fluidity and anti-dispersion properties. For silt soils

the anti-dispersant dosage significantly influenced anti-dispersion properties

while water content was the main factor affecting fluidity. When the water content increased from 1.4

to 2.0

the fluidity of cement-stabilized soil increased by 45%. Based on the comprehensive balance method

matrix analysis method

and multiple regression linear model

a method for designing the mixing proportions of anti-dispersion cement-stabilized soil was proposed. The recommended ratio of kaolinite and silt soils showed significantly better anti-scour characteristics in the sediment initiation experiments compared to the original soil sample.

关键词

Keywords

references

陈金路，张翔宇，郑向远，等 . 海上风电智能运维关键技术与发展建议［J］. 海洋开发与管理， 2023 ， 40 （ 6 ）： 117 - 128 .

Chen J L ， Zhang X Y ， Zheng X Y ， et al . Key technologies and development suggestions for intelligent operation and maintenance of offshore wind power ［J］. Ocean Development and Management ， 2023 ， 40 （ 6 ）： 117 - 128 . （in Chinese）

王勇强，陈静，兰小华，等 . 单桩基础冲刷对海上风电结构的影响［J］. 武汉大学学报（工学版）， 2020 ， 53 （增1 ）： 192 - 195 .

Wang Y Q ， Chen J ， Lan X H ， et al . Lnfluence of the scour around a single pile foundation on the structure of the offshore turbine ［J］. Engineering Journal of Wuhan University ， 2020 ， 53 （ Sup1 ）： 192 - 195 . （in Chinese）

陈琛，马宏旺，李玉韬，等 . 冲刷对海上风电单桩基础自振频率影响的研究［J］. 振动与冲击， 2020 ， 39 （ 22 ）： 16 - 22 .

Chen C ， Ma H W ， Li Y T ， et al . Effects of scour on the natural frequency of offshore wind turbine structures ［J］. Journal of Vibration and Shock ， 2020 ， 39 （ 22 ）： 16 - 22 . （in Chinese）

袁建中 . 固化土在海上风电单桩基础冲刷修复中的应用［J］. 中国海洋平台， 2021 ， 36 （ 4 ）： 46 - 50 .

Yuan J Z . Application of stabilized soil in scour repair of offshore wind power single pile foundation ［J］. China Offshore Platform ， 2021 ， 36 （ 4 ）： 46 - 50 . （in Chinese）

孙业君，何奕成，王俊，等 . 海上风电平台地震监测实验站记录的南黄海 M 3.8地震初探［J］. 防灾减灾工程学报， 2022 ， 42 （ 6 ）： 1351 - 1353 .

Sun Y J ， He Y C ， Wang J ， et al . A preliminary investigation of an M 3.8 earthquake in the South Yellow Sea recorded by an experimental offshore wind power platform based seismic station ［J］. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering ， 2022 ， 42 （ 6 ）： 1351 - 1353 . （in Chinese）

张小玲，刘建秀，杜修力，等 . 风浪流共同作用下海上风电基础与海床的动力响应分析［J］. 防灾减灾工程学报， 2018 ， 38 （ 4 ）： 658 - 668 .

Zhang X L ， Liu J X ， Du X L ， et al . Dynamic response analysis of offshore wind power foundation and seabed under the combined wind，wave and current loadings ［J］. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering ， 2018 ， 38 （ 4 ）： 658 - 668 . （in Chinese）

丁健，谢锦波，王菁，等 . 原位淤泥固化技术在海上风电单桩基础防冲刷中的研究与应用［J］. 中国港湾建设， 2022 ， 42 （ 8 ）： 18 - 21 .

Ding J ， Xie J B ， Wang J ， et al . Research and application of in-situ solidification technology in monopile foundation scour protection for offshore wind turbines ［J］. China Harbour Engineering ， 2022 ， 42 （ 8 ）： 18 - 21 . （in Chinese）

沈晓雷，郭健，张海涛，等 . 固化土加固海上风电桩基水平承载特性研究［J］. 水道港口， 2023 ， 44 （ 1 ）： 118 - 123 .

Shen X L ， Guo J ， Zhang H T ， et al . Study on the horizontal bearing characteristics of offshore wind power pile foundation protected by solidified soil ［J］. Journal of Waterway and Harbor ， 2023 ， 44 （ 1 ）： 118 - 123 . （in Chinese）

Wang J ， Xie J B ， Wu Y J ， et al . An investigation of the effect of utilizing solidified soil as scour protection for offshore wind turbine foundations via a simplified scour resistance test ［J］. Journal of Marine Science and Engineering ， 2022 ， 10 （ 9 ）： 1317 .

Khayat K . Effects of antiwashout admixtures on fresh concrete properties ［J］. ACI Materials Journal ， 1995 ， 92 ： 164 - 171 .

Abbas A ， El-wakil A ， El-basel E ， et al . Effect of admixtures on the performance of anti-washout concrete ［J］. Springer Nature ， 2023 ： 49 - 62 .

逄鲁峰，黄凌苗，贾广贺，等 . 水下不分散灌浆料的制备及性能研究［J］. 混凝土与水泥制品， 2023 ， 5 （ 10 ）： 16 - 20 .

Feng L F ， Huang L M ， Jia G H ， et al . Preparation and performance study of anti-washout underwater grout material ［J］. China Concrete and Cement Products ， 2023 ， 5 （ 10 ）： 16 - 20 . （in Chinese）

高礼雄，崔皓 . 铝酸盐水泥基砂浆抗分散性研究［J］. 混凝土与水泥制品， 2020 ， 12 （ 1 ）： 69 - 72 .

Gao L X ， Cui H . Study on anti-dispersion of aluminate cement based mortar ［J］. China Concrete and Cement Products ， 2020 ， 12 （ 1 ）： 69 - 72 . （in Chinese）

汪隆裕，胡旭斌，刘倩，等 . 基于海相淤泥土的流动化处治试验研究［J］. 建材世界， 2023 ， 44 （ 2 ）： 30 - 33 .

Wang L Y ， Hu X B ， Liu Q ， et al . Experimental study on fluidization treatment based on marine silt soil ［J］. The World of Building Materials ， 2023 ， 44 （ 2 ）： 30 - 33 . （in Chinese）

丁华柱，申隐杰，都增延，等 . 偏高岭土改性再生骨料混凝土的试验研究［J］. 重庆建筑， 2023 ， 22 （ 2 ）： 52 - 56 .

Ding H Z ， Shen Y J ， Du Z Y ， et al . Experimental study on metakaolin modified recycled coarse aggregate concrete ［J］. Chongqing Architecture ， 2023 ， 22 （ 2 ）： 52 - 56 . （in Chinese）

王宇峰，陈钱宝，梅晓君，等 . 掺杂EVA胶粉的硫铝酸盐-硅酸盐复合防腐砂浆制备及性能研究［J］. 胶体与聚合物， 2022 ， 40 （ 1 ）： 3 - 7 .

Wang Y F ， Chen Q B ， Mei X J ， et al . Study on preparation and properties of sulphoaluminate silicate anticorrosive mortar doped with EVA rubber powder ［J］. Chinese Journal of Colloid & Poilmer ， 2022 ， 40 （ 1 ）： 3 - 7 . （in Chinese）

公路工程无机结合料稳定材料试验规程： JTG E51—2009 ［S］. 北京：人民交通出版社， 2009 .

地面用水泥基自流平砂浆： JC/T 985—2005 ［S］. 上海：同济大学出版社， 2005 .

水下不分散混凝土试验规程： DL/T 5117—2021 ［S］. 北京：中国电力出版社， 2021 .

刘瑞江，张业旺，闻崇炜，等 . 正交试验设计和分析方法研究［J］. 实验技术与管理， 2010 ， 27 （ 9 ）： 52 - 55 .

Liu R J ， Zhang Y W ， Wen C W ， et al . Study on the design and analysis methods of orthogonal experiment ［J］. Experimental Technology and Management ， 2010 ， 27 （ 9 ）： 52 - 55 . （in Chinese）

员学锋，吴普特，冯浩 . 聚丙烯酰胺（PAM）的改土及增产效应［J］. 水土保持研究， 2002 ， 9 （ 2 ）： 55 - 58 .

Yuan X F ， Wu P T ， Feng H . Role of polyacrylamide on soil structure and increasing yield ［J］. Research of Soil and Water Conservation ， 2002 ， 9 （ 2 ）： 55 - 58 . （in Chinese）

王赫，程洪，黄国敏，等 . 本构因子及环境因子水对土壤粘聚力的影响分析［J］. 南昌工程学院学报， 2019 ， 38 （ 1 ）： 60 - 66 .

Wang H ， Chen H ， Huang G M ， et al . Analysis of impact of constitutive factors and environmental factor （water） on soil cohesion ［J］. Journal of Nanchang Institute of Technology ， 2019 ， 38 （ 1 ）： 60 - 66 . （in Chinese）

张浩浩 . 高岭土表面润湿性的分子动力学研究［J］. 化工矿物与加工， 2023 ， 52 （ 5 ）： 9 - 12 .

Zhang H H . Study on molecular dynamics of surface wettability of kaolinite ［J］. Industrial Minerals & Processing ， 2023 ， 52 （ 5 ）： 9 - 12 . （in Chinese）

李青，李玉平，杨斌，等 . 掺加稳泡剂HPMC对泡沫混凝土性能的影响［J］. 墙材革新与建筑节能， 2008 ， 23 （ 9 ）： 33 - 35，3 .

Li Q ， Li Y P ， Yang B ， et al . Effect of adding foam stabilizing agent HPMC on the performance of foam concrete ［J］. Wall Materials Innovation & Energy Saving in Buildings ， 2008 ， 23 （ 9 ）： 33 - 35，3 . （in Chinese）

韩文祥 . EVA、PVA改性水泥净浆的力学性能及机理研究［J］. 橡塑技术与装备， 2019 ， 45 （ 18 ）： 9 - 15 .

Han W X . Study on mechanical properties and mechanism of EVA/PVA ［J］. Modified Cement Paste ， 2019 ， 45 （ 18 ）： 9 - 15 . （in Chinese）

周晨林，冷政，彭晖，等 . 水泥与偏高岭土地聚物砂浆碱骨料反应对比研究［J］. 广东工业大学学报， 2022 ， 39 （ 4 ）： 91 - 97 .

Zhou C L ， Leng Z ， Peng H ， et al . A comparative study of alkali aggregate reaction of cement mortar and metakaolin geopolymer mortar ［J］. Journal of Guangdong University of Technology ， 2022 ， 39 （ 4 ）： 91 - 97 . （in Chinese）

李战国，张浩，王子赓，等 . 基于正交试验的超高层泵送混凝土配合比优化研究［J］. 混凝土， 2022 ， 96 （ 12 ）： 110 - 116 .

Li Z G ， Zhang H ， Wang Z G ， et al . Optimization of pumping concrete mix ratio for super high-rise buildings based on orthogonal experiment ［J］. Concrete ， 2022 ， 96 （ 12 ）： 110 - 116 . （in Chinese）

魏效玲，薛冰军，赵强 . 基于正交试验设计的多指标优化方法研究［J］. 河北工程大学学报（自然科学版）， 2010 ， 27 （ 3 ）： 95 - 99 .

Wei X L ， Xue B J ， Zhao Q . Optimization design of the stability for the plunger assembly of oil pumps based on multi-target orthogonal test design ［J］. Journal of Hebei University of Engineering （Natural Science Edition）， 2010 ， 27 （ 3 ）： 95 - 99 . （in Chinese）

张鸽 . 基于多元线性回归分析法的洗混煤低位发热量数学模型研究［J］. 煤炭技术， 2014 ， 33 （ 12 ）： 337 - 339 .

Zhang G . Mathematical model analysis of blend coal calorific value based on multiple linear regressions ［J］. Coal Technology ， 2014 ， 33 （ 12 ）： 337 - 339 . （in Chinese）

张子建，范利丹，余永强，等 . 多指标混凝土正交试验的分析方法研究［J］. 科技通报， 2017 ， 33 （ 11 ）： 47 - 51，99 .

Zhang Z J ， Fan L D ， Yu Y Q ， et al . Study on analysis methods for the multi-index orthogonal experiment of concrete ［J］. Bulletin of Science Technology ， 2017 ， 33 （ 11 ）： 47 - 51，99 . （in Chinese）

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