基于土工布的引黃充填復(fù)墾條帶末端強(qiáng)化沉沙排水方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及基于土工布的引黃充填復(fù)墾條帶末端強(qiáng)化沉沙排水方法，屬于礦山環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。該方法包括：確定條帶末端排水口的數(shù)量和尺寸；根據(jù)充填泥沙的特征粒徑，按照保土、透水及防淤堵準(zhǔn)則，結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)確定沉沙排水用三種土工布的結(jié)構(gòu)與材料；布設(shè)條帶末端排水口土工布擋墻，強(qiáng)化沉沙排表層積水；條帶內(nèi)泥沙充填，更換處置條帶末端的土工布擋墻，強(qiáng)化排除充填泥沙中的過(guò)飽和水。采用本發(fā)明方法可減輕排水溝渠淤積，可縮短復(fù)墾工期。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
基于土工布的引黃充填復(fù)墾條帶末端強(qiáng)化沉沙排水方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于礦山環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及高潛水位平原礦區(qū)基于土工布的引 黃充填復(fù)墾條帶末端強(qiáng)化沉沙排水方法。 技術(shù)背景
[0002] 中國(guó)的東部平原礦區(qū)，由于地下潛水位較高，采煤沉陷后積水情況嚴(yán)重，有些礦區(qū) 的耕地?fù)p失量能達(dá)到50%以上。對(duì)于該類(lèi)礦區(qū)土地復(fù)墾的研究最早引起了各方學(xué)者的重 視。自二十世紀(jì)八十年代起，中國(guó)采煤沉陷地的土地復(fù)墾工作逐步蓬勃開(kāi)展起來(lái)，并形成了 相應(yīng)的工程技術(shù)體系（胡振琪，卞正富，成樞，等.土地復(fù)墾與生態(tài)重建[M].徐州：中國(guó)礦業(yè) 大學(xué)出版社，2008:263_272;Hu Z Q，Xiao W.Optimization of concurrent mining and reclamation plans for single coal seam:a case study in northern Anhui,China [J] .Environmental Earth Sciences，2013,68(5): 1247-1254)，包括："挖深墊淺"技術(shù)、充 填"技術(shù)、"直接利用"和疏排法"等。但是對(duì)于中國(guó)東部高潛水位平原礦區(qū)，由于地表大范圍 積水，且積水深度較深，"直接利用法"和"疏排法"無(wú)法使用，而傳統(tǒng)的"挖深墊淺"技術(shù)耕地 恢復(fù)率低，復(fù)墾后的耕地質(zhì)量較差（胡振琪，卞正富，成樞，等.土地復(fù)墾與生態(tài)重建[M].徐 州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2008: 263-272 )，而充填復(fù)墾技術(shù)由于充填物料(主要是粉煤灰、 煤矸石)存在數(shù)量的有限性和潛在的污染性(胡振琪，戚家忠，司繼濤.不同復(fù)墾時(shí)間的粉煤 灰充填復(fù)墾土壤重金屬污染與評(píng)價(jià)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2003,19(2) :214-218;Dong J H，Yu M，Bian Z F,et al.The safety study of heavy metal pollution in wheat planted in reclaimed soil of mining areas in Xuzhou,China[J].Environmental Earth Sciences，2012，66(2): 673-682;徐良驥，黃璨，章如芹，等.煤矸石充填復(fù)墾地理化特性與 重金屬分布特征[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2014,30(5) :211-219)，使得這一技術(shù)的應(yīng)用也受到了 限制。我國(guó)東部高潛水位采煤沉陷地因其獨(dú)有的特性，亟需尋找一種廉價(jià)、環(huán)保、量足的新 型充填復(fù)墾材料。針對(duì)部分礦區(qū)靠近黃河的優(yōu)點(diǎn)，引用黃河泥沙充填復(fù)墾，不僅可以合理利 用黃河水沙資源，而且能夠最大限度地增加耕地面積，緩解礦區(qū)人地矛盾;在恢復(fù)耕地的同 時(shí)十分有利于降低黃河河床高程，提高防洪效益，能夠解決黃河清淤泥沙處置難題;壓煤村 莊搬迀選址不再是難題，而且搬迀村民也不用遠(yuǎn)離鄉(xiāng)土，耕地資源的恢復(fù)有利于社會(huì)的和 諧穩(wěn)定。
[0003] 國(guó)內(nèi)采煤沉陷地的引黃充填排水工藝多借鑒引黃放淤改土和固堤的相關(guān)工藝。在 放淤改土施工中，無(wú)論是采用管道輸水放淤、還是渠道引水放淤，均需要在待淤沙區(qū)域預(yù)先 修筑格堤和退水渠（溝），然后在靠近退水渠（溝）的一側(cè)格堤上開(kāi)挖排水口，再在排水口上 鋪設(shè)塑料布或土工布作為溢流堰進(jìn)行排水(李興平，趙仁榮.黃河溫孟灘放淤改土工程措施 [J].人民黃河，1998，20(9): 7-9;蘇茂林，何平安.黃河溫孟灘放淤改土施工技術(shù)簡(jiǎn)介[J]. 人民黃河，2003，25(1): 28-30)。另外一種常用的排水方法是在格堤內(nèi)部鋪設(shè)排水管道進(jìn)行 排水(耿明全，曹文中.黃河下游放淤固堤施工應(yīng)注意的問(wèn)題[J].中國(guó)水利，2003,（8) :63-64;張穎，楊逆，尚杰.黃河山東槐蔭段放淤固堤工程質(zhì)量管理[J].黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院 學(xué)報(bào)，2010,22(2) :21-23)。除了在靠近退水渠(溝)一側(cè)的格堤上采用溢流堰或排水管進(jìn)行 排水外，引黃放淤固堤工程還在淤背土體中使用水平碎石盲溝、土工席墊及水平和豎向PVC 滲管等主動(dòng)排水技術(shù)，以加速其排水固結(jié)(劉小文，許成承，沈細(xì)中，等.排水措施對(duì)黃河堤 防淤背體排水效果試驗(yàn)研究[J].巖土力學(xué)，2010，31 (11): 3563-3568;劉小文，耿小牧，彭忠 福，等.黃河放淤固堤工程淤背體排水固結(jié)規(guī)律分析[J].南昌大學(xué)學(xué)報(bào)(工科版），2011a，33
[3] :265-268;劉小文，許成承，沈細(xì)中.碎石盲溝排水對(duì)黃河放淤固堤工程淤背體固結(jié)影響 [J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2011b，38(l) :81-85)，其中使用水平和豎向PVC滲管的排水效果最 好。引黃河泥沙復(fù)墾采煤沉陷地的最終目的是再造高質(zhì)量耕地，引黃放淤固堤的淤背土體 中使用的水平碎石盲溝、土工席墊及水平PVC滲管等主動(dòng)排水技術(shù)對(duì)于復(fù)墾農(nóng)田后期耕作 過(guò)程保水不利。
[0004] 針對(duì)黃河泥沙充填復(fù)墾采煤沉陷地的排水方法，本
【申請(qǐng)人】提出過(guò)"黃河泥沙復(fù)墾 采煤沉陷地的充填復(fù)耕方法"專(zhuān)利(ZL 201310192516.6)。該專(zhuān)利排水時(shí)在末端圍堤排水口 前端僅采用一層土工布阻擋措施，在連續(xù)充填過(guò)程中持續(xù)排水，土工布受到的側(cè)向壓力較 大，容易變形淤堵失效。因此土工布雖然起到了一定攔截黃河泥沙排走清水的目的，但還是 有部分細(xì)粒徑泥沙(黏粒和粉粒)被排走，且容易淤堵而導(dǎo)致后期排水基本停止。
[0005] 總體來(lái)看，現(xiàn)有引黃河泥沙充填復(fù)墾采煤沉陷地的排水技術(shù)存在如下不足：（1)現(xiàn) 有引黃河泥沙連續(xù)充填過(guò)程中持續(xù)排明水速度太快，僅適用于充分長(zhǎng)的充填條帶，當(dāng)充填 條帶較短時(shí)，黃河泥沙沒(méi)有足夠長(zhǎng)的沉淀路徑，雖然使用了土工布阻擋措施，仍然會(huì)造成較 多的細(xì)粒徑泥沙(黏粒和大部分粉粒)隨排水流失，既淤積周?chē)潘疁锨质沟贸两翟诔?填區(qū)域內(nèi)的泥沙養(yǎng)分含量降低；（2)條帶末端使用的土工布更換困難，當(dāng)其因淤堵失效后會(huì) 阻礙充填區(qū)域淤積泥沙中的底部過(guò)飽和水的側(cè)向排除，使得充填泥沙只能靠向下滲透排 水，排水慢且效率低下，延長(zhǎng)了復(fù)墾工期。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是為解決上述難題，提出一種基于土工布的引黃充填復(fù)墾條帶末端 強(qiáng)化沉沙排水方法，通過(guò)科學(xué)合理地確定條帶末端排水口的數(shù)量、寬度與深度，篩選沉沙排 水用土工布的結(jié)構(gòu)與材料，在條帶末端圍堤排水口上布設(shè)兩道土工布擋墻，以快速沉淀泥 沙，排走清水，為縮短復(fù)墾時(shí)間奠定基礎(chǔ)，最終為引黃河泥沙充填復(fù)墾高潛水位平原礦區(qū)采 煤沉陷地的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施提供技術(shù)支撐。
[0007] 本發(fā)明提出一種基于土工布的引黃充填復(fù)墾條帶末端強(qiáng)化沉沙排水方法，其特征 在于:該方法包括以下步驟：
[0008] (1)確定條帶末端排水口數(shù)量和尺寸；
[0009] (2)根據(jù)充填泥沙的特征粒徑，按照保土、透水及防淤堵準(zhǔn)則，結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)確定 沉沙排水用三種土工布的結(jié)構(gòu)與材料；
[0010] (3)布設(shè)條帶末端排水口土工布擋墻，強(qiáng)化沉沙排表層積水；
[0011] (4)條帶內(nèi)泥沙充填，更換處置條帶末端的土工布擋墻，強(qiáng)化排除充填泥沙中的過(guò) 飽和水。
[0012] 本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)和積極效果在于：
[0013] (1)可減輕排水溝渠淤積:通過(guò)在條帶末端排水口處使用兩道土工布擋墻，其中第 二道為雙層結(jié)構(gòu)，可以較大幅度地降低排水含沙量，減輕排水溝渠泥沙淤積；
[0014] (2)可縮短復(fù)墾工期：由于在每個(gè)充填條帶末端圍堤上設(shè)置了多個(gè)排水口，同時(shí)增 大了排水口的斷面面積，選取的第一道擋墻土工布孔徑較大，透水性和支撐力強(qiáng)，不宜淤 堵，第二道擋墻土工布孔隙較小，兩者結(jié)合既能攔截細(xì)粒徑泥沙，又能快速排走表層積水 (明水)和深層泥沙中的過(guò)飽和水(暗水），加速充填泥沙的固結(jié)進(jìn)程，縮短整個(gè)復(fù)墾工期。
【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1為本發(fā)明方法流程圖；
[0016] 圖2條帶末端土工布攔沙排水俯視圖；
[0017]圖3條帶末端土工布攔沙排水正視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 本發(fā)明提出的基于土工布的引黃充填復(fù)墾條帶末端強(qiáng)化沉沙排水方法，結(jié)合附圖 及實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明如下：
[0019] 本發(fā)明提出的基于土工布的引黃充填復(fù)墾條帶末端強(qiáng)化沉沙排水方法流程如圖1 所示，包括以下步驟：
[0020] (1)確定條帶末端排水口數(shù)量和尺寸：為加快水沙充填過(guò)程中的表層積水（明水） 和后期充填飽和泥沙中的過(guò)飽和水（暗水)排除速率，應(yīng)盡可能增加條帶末端的排水口數(shù) 量，如圖2所示，充填過(guò)程中的明水及后期飽和泥沙中的暗水都需要通過(guò)排水口③排入條帶 末端預(yù)先開(kāi)挖的排水溝渠⑥中；但在條帶末端圍堰土堤寬度和充填水沙流量一定的情況 下，排水口數(shù)量的選擇應(yīng)保證圍堰土堤不潰壩;排水口的數(shù)量選擇還需要與其自身的尺寸 選擇結(jié)合起來(lái)統(tǒng)一考慮;為保證條帶內(nèi)充填水沙的排水速率，每一個(gè)排水口的深度設(shè)計(jì)成 與圍堰土堤等高，其寬度與充填水沙的流量、排水口數(shù)量等有關(guān);在實(shí)際充填過(guò)程中，排水 口的寬度和數(shù)量要根據(jù)野外工程排水的快慢、施工的便利程度及防止?jié)蔚仍瓌t綜合考慮 后選擇：
[0021 ] (11)確定排水口深度:假設(shè)每一條帶內(nèi)充填水沙的流量為Q，條帶寬度為W，排水口 的數(shù)量為η，每個(gè)排水口的寬度為b，排水口深度為h;確定排水口深度h與圍堰土堤高度相 同；根據(jù)每一條帶充填前土壤剝離總厚度及設(shè)計(jì)泥沙充填高程，確定堆存形成的圍堰土堤 高度；
[0022] (12)每一條帶內(nèi)水沙流經(jīng)每個(gè)排水口時(shí)的斷面平均流速
為保證排水過(guò)程 中土堤不潰壩，水沙流經(jīng)每個(gè)排水口時(shí)的斷面流速應(yīng)小于某個(gè)限值Vm，即該流速滿(mǎn)足
;其中，Vm根據(jù)圍堰土堤的土壤質(zhì)地及壓實(shí)情況等因素后確定;得到排水口的數(shù)量η 和每個(gè)排水口的寬度b的乘積滿(mǎn)足
[0023] (13)根據(jù)防潰堤原則，確定相鄰排水口的間隔;根據(jù)每一條帶的寬度W，相鄰排水 口的間隔以及步驟(12)確定的排水口的數(shù)量η和每個(gè)排水口的寬度b的乘積關(guān)系，確定排水 口的多個(gè)數(shù)量值及相應(yīng)的每個(gè)排水口的寬度范圍；
[0024] (14)根據(jù)野外工程排水的快慢、施工的便利程度綜合最終確定排水口的數(shù)量及每 個(gè)排水口的寬度；
[0025]本實(shí)施例引黃充填復(fù)墾條帶末端設(shè)置排水口的數(shù)量、深度和寬度選擇過(guò)程如下： [0026] (11)本實(shí)施例中每一條帶長(zhǎng)度為200m，寬度為15m，如圖2中所示，管道①的水沙輸 送流量為〇. 14m3/s，水沙輸送濃度為500kg/m3;條帶充填前剝離其全部表土和部分心土，剝 離總厚度至少為70cm，按照外側(cè)為表土、內(nèi)側(cè)為心土的堆放形式在條帶四周形成圍堰土堤 ②;圍堪土堤的堤頂至條帶底部的尚度約為2.0m;
[0027] (12)本實(shí)施例圍堰土堤內(nèi)側(cè)的心土質(zhì)地類(lèi)型為粉壤土，土堤防侵蝕潰壩的流速一 般應(yīng)不大于0.07m/s，本實(shí)施例中排水口的深度與土堤堤頂至條帶底部的高度一致，為 2.0m，因此，
[0028] (13)排水口數(shù)量越多，排水口之間的間隔數(shù)也越多，為防止排水口之間的間隔土 堤在排水過(guò)程中被沖毀，相鄰排水口之間的間隔距離應(yīng)不小于2.5m(根據(jù)圍堰土堤的土壤 質(zhì)地、土壤壓實(shí)情況及排水口流速綜合考慮選取）；當(dāng)排水口的數(shù)量η = 3時(shí)，各排水口之間 的間隔距離總和應(yīng)不小于l〇.〇m，因此排水口寬度應(yīng)滿(mǎn)足:0.33m彡b彡1.67m。考慮排水口的 施工方便程度及布設(shè)的土工布支撐力限制，排水口寬度可以選擇0.5~1.5m。當(dāng)排水口的數(shù) 量η = 4時(shí)，各排水口之間的間隔距離總和應(yīng)不小于12.5m，因此排水口寬度應(yīng)滿(mǎn)足:0.25m彡 b<0.625m，為施工方便，排水口寬度可以選擇為0.5m。
[0029] (14)本實(shí)施例中選擇的排水口數(shù)量為4個(gè)，寬度為0.5m，深度為2. Om，如圖2中的③ 所示。
[0030] (2)根據(jù)充填泥沙的特征粒徑，按照保土、透水及防淤堵準(zhǔn)則，結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)篩選 沉沙排水用三種土工布的結(jié)構(gòu)與材料:為保證邊充填邊排水過(guò)程中盡可能攔截細(xì)顆粒泥 沙，提高條帶內(nèi)沉降泥沙的養(yǎng)分，同時(shí)降低排水中的泥沙含量，應(yīng)根據(jù)充填泥沙的特征粒 徑，按照保土準(zhǔn)則、透水準(zhǔn)則及防淤堵準(zhǔn)則篩選沉沙排水用土工布，并結(jié)合室內(nèi)充填排水模 擬試驗(yàn)篩選出最佳的沉沙排水用土工布結(jié)構(gòu)和材料。
[0031] (21)確定第一種土工布:充填泥沙特征粒徑測(cè)試:首先采集用作采煤沉陷區(qū)充填 物料的黃河泥沙的代表性樣品，室內(nèi)自然風(fēng)干過(guò)篩后進(jìn)行樣品前處理，再利用傳統(tǒng)的篩分_ 沉降法或激光粒度儀進(jìn)行測(cè)試，得出泥沙樣品的粒徑分布曲線(xiàn)，通過(guò)數(shù)值擬合反算出泥沙 樣品的特征粒徑，包括(110、(15()、(16()、(185，(11()、(15()、(16()、(185分別表不體積或質(zhì)量百分比為10%、 50%、60 %和85%的泥沙粒徑小于的某值分別對(duì)應(yīng)的粒徑;根據(jù)充填泥沙特征粒徑d85，選取 鋼塑(加筋)土工格柵，孔隙直徑大于特征粒徑d 85;
[0032] (22)確定第二種土工布：
[0033] (221)按照保土準(zhǔn)則篩選出土工布:利用土工布等效孔徑儀測(cè)定初選土工布的等 效孔徑，再篩選等效孔徑滿(mǎn)足保土準(zhǔn)則的土工布，即：〇9<Bs · d85,式中，095為土工布等效 孔徑，Bs為與被保護(hù)泥沙的類(lèi)型、級(jí)配、織物品種和狀態(tài)有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，一般取值為1~2， 其取值根據(jù)泥沙樣品的不均勻系數(shù)Cu大小確定，
[0034] (222)按照透水準(zhǔn)則進(jìn)一步篩選步驟(221)篩選出的土工布;首先采用常水頭滲透 試驗(yàn)方法測(cè)定黃河泥沙樣品的滲透系數(shù)ks，再利用試驗(yàn)儀器測(cè)定土工布的垂直滲透系數(shù)kg， 篩選出滿(mǎn)足透水準(zhǔn)則的土工布:kg>10ks;
[0035] (223)通過(guò)土工布淤堵試驗(yàn)篩選經(jīng)過(guò)步驟(221)保土和步驟(222)透水準(zhǔn)則篩選后 的土工布;使用梯度比試驗(yàn)方法進(jìn)一步篩選前兩輪試驗(yàn)篩選通過(guò)的土工布，篩選出滿(mǎn)足防 淤堵準(zhǔn)則的土工布：
式中，GR為梯度比，h為土工布及其上方25mm泥沙樣的水力梯 度，i2為土工布上方25mm~75mm泥沙樣的水力梯度；
[0036] (224)在經(jīng)過(guò)步驟(221)保土、（222)透水和（223)防淤堵準(zhǔn)則三輪篩選后，對(duì)篩選 出的土工布在室內(nèi)玻璃模型槽內(nèi)開(kāi)展黃河泥沙充填排水模擬試驗(yàn)，選定土工布。
[0037] (23)確定第三種土工布:第三種土工布采用高密度聚乙烯材料制成的高強(qiáng)度塑料 框架，孔隙直徑為2~5mm。
[0038] 本實(shí)施例土工布篩選具體過(guò)程如下：
[0039] (21)確定第一種土工布:充填泥沙特征粒徑測(cè)試:首先采集用作采煤沉陷區(qū)充填 物料的黃河泥沙的代表性樣品，室內(nèi)自然風(fēng)干過(guò)篩后進(jìn)行樣品前處理，再利用傳統(tǒng)的篩分_ 沉降法或激光粒度儀進(jìn)行測(cè)試，得出泥沙樣品的粒徑分布曲線(xiàn)，通過(guò)數(shù)值擬合反算出泥沙 樣品的特征粒徑，包括(110、(15()、(16()、(185等，(11()、(15()、(16()、(185分別表不體積或質(zhì)量百分比為 10 %、50 %、60 %和85 %的泥沙粒徑小于的某值分別對(duì)應(yīng)的粒徑;通過(guò)激光粒度儀測(cè)試得出 的黃河泥沙樣品的特征粒徑 di〇 = 0.101mm，d5Q = 0.163mm，d6Q = 0.177mm，d85 = 0.232mm;第一 種土工布選取鋼塑(加筋)土工格柵(通過(guò)多次調(diào)研土工布生產(chǎn)廠(chǎng)家選定），如圖2和圖3中的 ④所示，孔隙直徑為〇. 3~1.0mm，具有較大的側(cè)向抗壓力，與充填水沙直接接觸，能減小充 填水沙流速，快速排水并能攔截部分泥沙。
[0040] (22)確定第二種土工布：
[0041] (221)為篩選出滿(mǎn)足擋沙要求的土工布，需要準(zhǔn)確測(cè)定土工布的等效孔徑095,根據(jù) 文獻(xiàn)研究和工程實(shí)踐調(diào)研，進(jìn)行室內(nèi)土工布初步篩選，利用土工布等效孔徑儀測(cè)定初選土 工布的等效孔徑，按照保土準(zhǔn)則:〇95<Bs · d85篩選土工布，Bs的取值根據(jù)泥沙樣品的不均勻 系數(shù)Cu大小確定，一般取值為1~2;本實(shí)施例中泥沙樣品的不均勻系數(shù)
，因此Bs 的取值為1，篩選出的土工布的等效孔徑〇95 < 0.232mm;
[0042] (222)在按照保土準(zhǔn)則篩選出部分滿(mǎn)足要求的土工布后，還需要按照透水準(zhǔn)則進(jìn) 一步篩選，以最大程度的滿(mǎn)足黃河泥沙的滲水速率;首先采用常水頭滲透試驗(yàn)方法測(cè)定黃 河泥沙樣品的滲透系數(shù)，再利用試驗(yàn)儀器測(cè)定土工布的垂直滲透系數(shù)，按照透水準(zhǔn)則：kg> 10k s篩選土工布；
[0043] (223)在經(jīng)過(guò)保土和透水準(zhǔn)則篩選后，還需要通過(guò)土工布淤堵試驗(yàn)篩選出不容易 發(fā)生淤堵的土工布。使用梯度比試驗(yàn)方法進(jìn)一步篩選前兩輪試驗(yàn)篩選通過(guò)的土工布，按照 防淤堵準(zhǔn)則:GR〈3進(jìn)行篩選；
[0044] (224)在經(jīng)過(guò)保土、透水和防淤堵準(zhǔn)則三輪篩選后，得出針刺無(wú)紡250g和300g 土工 布能滿(mǎn)足要求。在室內(nèi)玻璃模型槽內(nèi)使用這兩種土工布開(kāi)展黃河泥沙充填排水模擬試驗(yàn)， 結(jié)果表明使用針刺無(wú)紡300g 土工布處理的排水含沙量最低、玻璃槽內(nèi)的表層泥沙粉粒含量 最高;使用針刺無(wú)紡250g土工布處理的玻璃槽內(nèi)的表層泥沙極細(xì)砂粒含量最高，加速后期 充填泥沙中過(guò)飽和水的排除效果最好。
[0045] (23)通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)篩選出的針刺無(wú)紡250g和300g 土工布，在實(shí)際應(yīng)用到野外工程 時(shí)，應(yīng)設(shè)法增大其側(cè)向抗變形能力。經(jīng)過(guò)調(diào)研多家土工布生產(chǎn)廠(chǎng)家，最終選取兩層復(fù)合立體 土工布排水網(wǎng)，步驟(22)確定的土工布作為第一層土工布為針刺無(wú)紡250g或300g土工布， 起攔沙降速作用，第三種土工布即為第二層，采用高密度聚乙烯材料制成的高強(qiáng)度塑料框 架，孔隙直徑為2~5mm，起支撐作用。
[0046] (3)布設(shè)條帶末端排水口 土工布，強(qiáng)化沉沙排明水:在每個(gè)排水口布設(shè)兩道土工布 擋墻，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化沉沙排水。采用步驟(21)確定的土工布作為第一道土工布擋墻在排水口前 端，為單一土工布，具有較大的側(cè)向抗壓力，與充填水沙直接接觸，起減小充填水沙流速與 攔截部分泥沙的作用。步驟(22)、（23)確定的土工布，固定在一起作為第二道土工布擋墻布 設(shè)在排水口后端，步驟(22)確定的土工布作為第一層土工布孔徑較小，起攔截泥沙作用，步 驟(23)確定的土工布作為第二層土工布孔徑較大，支撐力較大，起支撐作用。
[0047] (31)本實(shí)施例中排水口前端第一類(lèi)土工布可以選取鋼塑(加筋)土工格柵(通過(guò)多 次調(diào)研土工布生產(chǎn)廠(chǎng)家選定），如圖2和圖3中的④所示，孔隙直徑為0.3~1.0mm，具有較大 的側(cè)向抗壓力，與充填水沙直接接觸，能減小充填水沙流速，快速排水并能攔截部分泥沙。 [0048] (32)本實(shí)施例中排水口后端選用兩層復(fù)合立體土工布排水網(wǎng)，如圖2和圖3中的⑤ 所示，第一層土工布為針刺無(wú)紡250g或300g土工布，起攔沙排水作用，針刺無(wú)紡250g土工布 的等效孔徑為〇. 118~0.164mm，針刺無(wú)紡300g 土工布的等效孔徑為0.113~0.142mm。第二 層為高密度聚乙烯材料制成的高強(qiáng)度塑料框架，孔隙直徑為2~5mm，支撐力較大，起支撐作 用。兩層土工布固定在一起，容易根據(jù)淤堵情況隨時(shí)更換。
[0049] (4)更換處置條帶末端的土工布擋墻，強(qiáng)化排暗水:待條帶內(nèi)泥沙充填達(dá)到設(shè)計(jì)高 程，明水排盡后，應(yīng)先移走第二道土工布擋墻（圖2和圖3中的⑤），清理干凈第一和第二道擋 墻之間通道上的泥沙(直接回填到圍堰土堤內(nèi)側(cè)的充填區(qū)），以加速排干已充填沉沙中的暗 水。如有必要，也可移除第一道土工布擋墻（圖2和圖3中的④）以加速暗水的排除，移除時(shí)機(jī) 一般以充填泥沙達(dá)到30%~45%的固結(jié)度，保證拆除第一道土工布擋墻后充填泥沙不坍塌 為宜。若是采用多次充填工藝，應(yīng)在條帶兩次充填的間歇期，待明水排盡后，更換安置新的 第二道土工布擋墻，并對(duì)第一道擋墻的出露部分進(jìn)行清洗或更換新的第一道土工布擋墻， 保障下次充填時(shí)的強(qiáng)化沉沙排水效果。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于±工布的引黃充填復(fù)星條帶末端強(qiáng)化沉沙排水方法，其特征在于：該方法 包括W下步驟： (1) 確定條帶末端排水口數(shù)量和尺寸； (2) 根據(jù)充填泥沙的特征粒徑，按照保±、透水及防渺堵準(zhǔn)則，結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)確定沉沙 排水用立種±工布的結(jié)構(gòu)與材料； (3) 布設(shè)條帶末端排水口 ±工布擋墻，強(qiáng)化沉沙排表層積水； (4) 條帶內(nèi)泥沙充填，更換處置條帶末端的±工布擋墻，強(qiáng)化排除充填泥沙中的過(guò)飽和 水。2. 如權(quán)利要求1所述的引黃充填復(fù)星條帶末端強(qiáng)化沉沙排水方法，其特征在于，所述的 步驟(1)具體包括： (11) 確定排水口深度:假設(shè)每一條帶內(nèi)充填水沙的流量為Q，條帶寬度為W，排水口的數(shù) 量為n，每個(gè)排水口的寬度為b，排水口深度為h;確定排水口深度h與圍堪±堤高度相同；根 據(jù)每一條帶充填前±壤剝離總厚度及設(shè)計(jì)泥沙充填高程，確定堆存形成的圍堪±堤高度； (12) 每一條帶內(nèi)水沙流經(jīng)每個(gè)排水口時(shí)的斷面平均流速為該流速滿(mǎn)足^ <喘;其 中，Vm根據(jù)圍堪±堤的±壤質(zhì)地及壓實(shí)情況確定;得到排水口的數(shù)量η和每個(gè)排水口的寬度 b的乘積滿(mǎn)足： (13) 根據(jù)圍堪±堤的±壤質(zhì)地、±壤壓實(shí)情況及排水口流速綜合確定相鄰排水口的間 隔;根據(jù)每一條帶的寬度W，相鄰排水口的間隔W及步驟（12)確定的排水口的數(shù)量η和每個(gè) 排水口的寬度b的乘積關(guān)系，確定排水口的多個(gè)數(shù)量值及相應(yīng)的每個(gè)排水口的寬度范圍； (14) 根據(jù)野外工程排水的快慢、施工的便利程度綜合最終確定排水口的數(shù)量及每個(gè)排 水口的寬度。3. 如權(quán)利要求1所述的引黃充填復(fù)星條帶末端強(qiáng)化沉沙排水方法，其特征在于，所述的 步驟(2)具體包括： (21) 確定第一種±工布:充填泥沙特征粒徑測(cè)試，首先采集用作采煤沉陷區(qū)充填物料 的黃河泥沙的代表性樣品，室內(nèi)自然風(fēng)干過(guò)篩后進(jìn)行樣品前處理，再利用傳統(tǒng)的篩分-沉降 法或激光粒度儀進(jìn)行測(cè)試，得出泥沙樣品的粒徑分布曲線(xiàn)，通過(guò)數(shù)值擬合反算出泥沙樣品 的特征粒徑dio、d日日、d6〇、d8日;dio、d日日、d6〇、d8日分別表示體積或質(zhì)量百分比為10%、50%、60% 和85 %的泥沙粒徑小于的某值分別對(duì)應(yīng)的粒徑，根據(jù)充填泥沙特征粒徑ds5，選取鋼塑±工 格柵，孔隙直徑大于特征粒徑ds5; (22) 確定第二種±工布： (221) 按照?！罍?zhǔn)則篩選出±工布:利用±工布等效孔徑儀測(cè)定初選±工布的等效孔 徑，再篩選等效孔徑滿(mǎn)足保±準(zhǔn)則的±工布，即：化5《Bs · d85,式中，〇95為±工布等效孔徑， Bs為與被保護(hù)泥沙的類(lèi)型、級(jí)配、織物品種和狀態(tài)有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，其取值根據(jù)泥沙樣品的 不均勻系數(shù)Cu大小確定， (222) 按照透水準(zhǔn)則進(jìn)一步篩選步驟(221)篩選出的±工布;首先采用常水頭滲透試驗(yàn) 方法測(cè)定黃河泥沙樣品的滲透系數(shù)ks，再利用試驗(yàn)儀器測(cè)定±工布的垂直滲透系數(shù)kg，篩選 出滿(mǎn)足透水準(zhǔn)則的±工布:kg〉lOks; (223) 通過(guò)±工布渺堵試驗(yàn)篩選經(jīng)過(guò)步驟(221)保±和步驟(222)透水準(zhǔn)則篩選后的± 工布;使用梯度比試驗(yàn)方法進(jìn)一步篩選前兩輪試驗(yàn)篩選通過(guò)的±工布，篩選出滿(mǎn)足防渺堵 準(zhǔn)則的±工布:(一?=1；-<3;式中，GR為梯度比，1功±工布及其上方25mm泥沙樣的水力梯度， 12為±工布上方化mm~75mm泥沙樣的水力梯度； (224) 在經(jīng)過(guò)步驟(221)?！?、（222)透水和（223)防渺堵準(zhǔn)則Ξ輪篩選后，對(duì)篩選出的 ±工布在室內(nèi)玻璃模型槽內(nèi)開(kāi)展黃河泥沙充填排水模擬試驗(yàn)，選定±工布； (23)確定第立種±工布：第立種±工布采用高密度聚乙締材料制成的高強(qiáng)度塑料框 架，孔隙直徑為2~5mm。4. 如權(quán)利要求1所述的引黃充填復(fù)星條帶末端強(qiáng)化沉沙排水方法，其特征在于，所述的 步驟（3)具體包括:在每個(gè)排水口布設(shè)兩道±工布擋墻，用于強(qiáng)化沉沙排水，將上述步驟 (21)確定的±工布作為第一道±工布擋墻設(shè)置在排水口前端，用于減小充填水沙流速與攔 截部分泥沙;將上述步驟(22)和(23)確定的±工布固定在一起，作為第二道±工布擋墻布 設(shè)在排水口后端，步驟(22)確定的±工布用于攔截泥沙，步驟(23)確定的±工布用于支撐。5. 如權(quán)利要求1所述的引黃充填復(fù)星條帶末端強(qiáng)化沉沙排水方法，其特征在于，所述的 步驟(4)具體包括:采用一次填充，待條帶內(nèi)泥沙充填達(dá)到設(shè)計(jì)高程，表層積水排盡后，先移 走第二道±工布擋墻，清理干凈第一和第二道擋墻之間通道上的泥沙，W加速排干已充填 沉沙中的過(guò)飽和水或一并移除第一道±工布擋墻W加速過(guò)飽和水的排除，移除時(shí)機(jī)W充填 泥沙達(dá)到30%~45%固結(jié)度;采用多次充填工藝，在一次充填結(jié)束待表層積水排盡后，更換 安置新的第二道±工布擋墻，并對(duì)第一道擋墻的出露部分進(jìn)行清洗或更換新的第一道±工 布擋墻。
【文檔編號(hào)】E02D3/10GK106087956SQ201610692862
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年8月19日 公開(kāi)號(hào)201610692862.4, CN 106087956 A, CN 106087956A, CN 201610692862, CN-A-106087956, CN106087956 A, CN106087956A, CN201610692862, CN201610692862.4
【發(fā)明人】胡振琪, 王培俊
【申請(qǐng)人】中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)