[科普中國(guó)]-沉降試驗(yàn)

沉降

組成懸浮系的流體和懸浮物因密度差異，在力場(chǎng)中發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而分離，是一種屬于流體動(dòng)力過(guò)程的單元操作。靠重力實(shí)現(xiàn)分離的操作是重力沉降；靠慣性離心力實(shí)現(xiàn)分離的操作是離心沉降。

沉降用于氣相懸浮系時(shí)，是從氣體中分離出所含固體粉塵或液滴；用于液相懸浮系時(shí)，是從液體中分離出所含固體顆?；蛄硪灰合嗟囊旱?。這種分離在生產(chǎn)上的目的有二：①獲得清凈的流體，如空氣的凈化、水的澄清、油品脫水等；②為了回收流體中的懸浮物，如從干燥器出口氣體中回收固體產(chǎn)品、從流化床反應(yīng)器出口氣體中回收催化劑等。有時(shí)兩個(gè)目的兼而有之。沉降操作在化工、醫(yī)藥、冶金、食品、環(huán)境保護(hù)等部門都有廣泛應(yīng)用。
沉降的推動(dòng)力是懸浮顆粒受到的重力或慣性離心力，它正比于粒徑的立方；而流體作用于沉降顆粒表面的阻力，正比于粒徑的平方。因之顆粒越細(xì)，則沉降速度越小,分離也越困難。通常,用重力沉降分離的最小粒徑為30～40m;用離心沉降分離的最小粒徑為5～10m。更小的顆粒則用電除塵、超聲波除塵等分離方法（見(jiàn)流體動(dòng)力過(guò)程）。

沉降試驗(yàn)應(yīng)用實(shí)例路基沉降研究方法太沙基(Karl Terzaghi)于1923年提出了滲透固結(jié)理論和有效應(yīng)力原理，在此基礎(chǔ)上，地基沉降計(jì)算理論的研究己取得了長(zhǎng)足進(jìn)展。

研究路基沉降的方法很多，基本上可以分為分層總和法、有限元法、數(shù)學(xué)計(jì)算法，試驗(yàn)推演法及組合預(yù)測(cè)法。其中，有限元法是近年來(lái)得到了廣泛應(yīng)用的一種方法，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是不僅可以考慮土體應(yīng)力應(yīng)變的非線性特征，而目可以考慮側(cè)向變形和水平向滲流對(duì)固結(jié)沉降的影響。本文以路基沉降試驗(yàn)為基礎(chǔ)，利用有限元法ANSYS軟件進(jìn)行數(shù)值模擬分析，研究路基沉降變形規(guī)律。數(shù)值模擬材料各參數(shù)取值詳見(jiàn)表1。1

本文試驗(yàn)以十慢高速公路建設(shè)為依托，在十慢高速公路三個(gè)標(biāo)段(K36+660"-K36+900段的填方路基、K47+570附近的半填半挖路基和K47+700～K47+900段的填方路基)進(jìn)行路基沉降試驗(yàn)。試驗(yàn)采用在每段路基埋設(shè)了五個(gè)沉降觀測(cè)樁，間距為50 m，觀測(cè)樁的序號(hào)排列是按照從小里程到大里程進(jìn)行編號(hào)，沉降樁截面的尺寸為30 cm×30 cm，長(zhǎng)1 m，外露60 cm，在樁頂露出～節(jié)長(zhǎng)3 cm的鋼筋頭。

在85天內(nèi)，K36-6660～K36+900段的填方路基沉降已逐漸趨于穩(wěn)定狀態(tài)，沉降量增長(zhǎng)率在逐漸減小，將降水情況和圖進(jìn)行對(duì)照，便可以發(fā)現(xiàn)降水對(duì)路基沉降有較大的影響，一般來(lái)說(shuō)降水之后一段時(shí)間，路基沉降將明顯增加，比如在2006年12月31日的一次較大的降雪之后，路基的沉降明顯增加。從5根樁的沉降平均值來(lái)看，該曲線可分為三段：開(kāi)始快速沉降階段、均勻沉降階段、沉降速率減小階段，分別對(duì)應(yīng)的時(shí)間段為：2006年12月份、2007年1月～3月份和2007年3月之后。圖1以日期為橫坐標(biāo)，累計(jì)沉降量為縱坐標(biāo)建立沉降量和時(shí)間關(guān)系圖。1

礦漿沉降試驗(yàn)礦漿沉降試驗(yàn)是礦物加工作業(yè)尾礦、精礦或中間物料處理的基礎(chǔ)試驗(yàn)之一，其目的在于測(cè)試一定濃度的礦漿其固體物料群的沉降速度，作為選礦廠設(shè)計(jì)選擇分泥斗、濃密機(jī)、尾礦壩、回水池等的依據(jù)。下面的方法是在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)用量筒進(jìn)行礦漿沉降試驗(yàn)的方法，并分析比較每種方法的優(yōu)缺點(diǎn)。

接觀測(cè)沉降界面法

直接觀測(cè)沉降界面法是實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行礦漿沉降試驗(yàn)普遍的方法，也是選礦教科書提供的沉降試驗(yàn)方法¨。其測(cè)試方法為：取容量為1L或2L的透明玻璃量簡(jiǎn)數(shù)只(一般3—5只即可)，清洗干凈后烤干，在量筒外壁粘貼寬度為2em左右、長(zhǎng)度與量筒高度相當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)紙。為便于測(cè)定和計(jì)算沉降試驗(yàn)的料漿濃度，一般應(yīng)將料漿裝滿至量筒的標(biāo)稱容積，并使坐標(biāo)紙的整刻度與量筒標(biāo)稱滿容積的刻度線對(duì)齊，該刻度線為沉降的起始點(diǎn)，即沉降零點(diǎn)，向下依次標(biāo)注沉降高度，直至量筒底部，如圖1所示。

將不同濃度的礦漿分別倒人貼有坐標(biāo)紙的量筒內(nèi)，分別進(jìn)行試驗(yàn)。量筒內(nèi)礦漿用攪拌器充分?jǐn)嚢杈鶆?，取出攪拌器靜置-10see后開(kāi)始計(jì)時(shí)，并觀測(cè)量筒內(nèi)物料群的沉降高度或清水層的高度，記錄不同沉降時(shí)間點(diǎn)的物料群沉降高度。開(kāi)始沉降時(shí)，量筒內(nèi)的礦漿處于均質(zhì)狀態(tài)，濃度較低，物料的沉降速度較快，記錄的時(shí)間間隔應(yīng)較短，一般以5、10或30see為沉降時(shí)間段，沉降到中后期后，沉降區(qū)的濃度逐漸增大，干涉沉降嚴(yán)重，物料的沉降速度變慢，此時(shí)記錄的沉降時(shí)間間隔可延長(zhǎng)至數(shù)分鐘到數(shù)十分鐘，物料處于壓縮沉降后，記錄時(shí)間間隔以小時(shí)計(jì)。2

實(shí)驗(yàn)結(jié)論

1．礦漿的沉降速度試驗(yàn)是選礦廠選擇計(jì)算濃密機(jī)和分級(jí)設(shè)備的主要依據(jù)，不同的沉降試驗(yàn)方法會(huì)得到不同的測(cè)試結(jié)果。

2．上清液含固量測(cè)試法測(cè)定的物料群沉降速度，考慮了濃密機(jī)溢流的排放質(zhì)量，其參數(shù)作為濃密機(jī)的設(shè)計(jì)選擇較為準(zhǔn)確可靠。

3．直接觀測(cè)界面法測(cè)定物料的沉降速度比較簡(jiǎn)單，在條件簡(jiǎn)陋的地方仍可使用，建議采用本文所述的第二種方法計(jì)算沉降速度和濃密機(jī)面積。

4．上清液含固量測(cè)試法作為一種新的沉降試驗(yàn)方法，宜在科研和生產(chǎn)中廣泛推廣應(yīng)用。

其他應(yīng)用實(shí)例強(qiáng)夯處理紅粘土沉降試驗(yàn)研究：紅粘土作為高填方體的底基時(shí)，由于上部附加荷載很大，其沉降和不均勻沉降可能導(dǎo)致高填方工程的失敗。如何在保證質(zhì)量、技術(shù)可行和經(jīng)濟(jì)合理的原則下有效地減少紅粘土地基的沉降和不均勻沉降將是高填方工程研究的重點(diǎn)問(wèn)題。

高泥化煤泥水絮凝沉降試驗(yàn)研究：煤泥水處理是整個(gè)選煤工藝中涉及面廣、投資大、最難管理的工藝環(huán)節(jié)，而高泥化煤泥水中細(xì)泥含量高，灰分高，更難以處理，這種狀況在淮南、淮北新礦區(qū)表現(xiàn)得較為明顯，是亟需解決的問(wèn)題。在高泥化煤泥水處理過(guò)程中，需要根據(jù)煤泥水特性進(jìn)行煤泥水沉降試驗(yàn)，以得出特定條件下處理煤泥水所需的最佳藥劑種類、用量、添加方式以及處理工藝等，以達(dá)到煤泥水處理的最優(yōu)化?；诖斯P者對(duì)淮南礦區(qū)某選煤廠高泥化煤泥水進(jìn)行了絮凝沉降優(yōu)化試驗(yàn)，以達(dá)到減少藥劑用量、節(jié)約成本的目的。

動(dòng)荷載下凍土中模型樁的沉降試驗(yàn)研究：在多年凍土地區(qū),尤其是在地下冰比較發(fā)育的地區(qū)進(jìn)行建筑物基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí),樁基是首選的一種基礎(chǔ)形式. 大量的工程實(shí)踐已經(jīng)證明,架空通風(fēng)式樁基礎(chǔ)是保持建筑物基礎(chǔ)下多年凍土熱穩(wěn)定狀態(tài)最有效、最經(jīng)濟(jì)、最廣泛使用的結(jié)構(gòu)形式 . 因此,研究?jī)鐾林袠对诟鞣N受力條件下的沉降規(guī)律及承載能力具有非常重要的意義.