EPS对淤泥密实的延缓效果：一个月后密度逐渐减小

4.2.1　试验现象

试验开始后，观察到泥沙在重力作用下逐渐密实。对照组浮泥沉降速度明显快于含有EPS的浮泥，并且仅在几十分钟内就出现了明显的水-泥界面。但添加了EPS的浮泥即使在几小时后，也只出现一个不清晰的界面，上层的水仍保持浑浊，且有少量泥沙，特别是EPS含量最高为1.16g/L的浮泥。在试验过程中，不同EPS含量对应的水-泥界面下泥浆厚度差异较大，而对照组的泥浆厚度最小。这些结果表明，EPS能够延缓浮泥的密实。此外，所有试验均未发现水质恶化现象，水和泥的颜色没有变黑，也没有散发出臭味。同时，水面也没有出现气泡，而这是以往类似试验过程中当水质恶化时普遍存在的现象。

4.2.2　EPS对密实过程的影响

图6-14显示了不同EPS含量的浮泥的相对高度h/h0（h0是浮泥的初始高度）随时间变化的过程，表明水-泥界面下的泥浆高度随时间逐渐减小。此外，所有组的浮泥密实过程均呈现出明显不同的阶段。此外，将对照组泥沙密实过程的三个阶段绘制在图6-15中，从试验中得到的主要参数列于表6-3。

4.2.2.1　沉降阶段（对照组泥沙对应时间t=0—0.04天）

对照组泥浆在仅仅一个小时内，高度便迅速下降到一半。根据方程（6-7），相对高度随时间呈指数下降。在t=0.04天时观测到的拐点对应于制约沉降状态的结束。

EPS含量为0.12g/L的浮泥的h/h0变化过程跟对照组泥沙相似，但是EPS含量为1.16g/L的浮泥高度在试验开始后的前几十个小时内都基本保持不变。很明显，含有EPS的浮泥比对照组沉降更慢。EPS含量分别为0.36g/L、0.68g/L和1.16g/L的流体泥浆样品，对应的本阶段的拐点分别为0.12、0.28和0.87天。

4.2.2.1　渗透阶段（对照样品从t＝0.04—10 天）

在渗透状态下，泥沙继续密实，淤泥高度缓慢下降。控制组泥沙的h/h0随时间t（天）呈对数递减：

淤泥达到平衡状态所需时间与其EPS含量呈正相关。EPS含量为0.12g/L的浮泥与对照组几乎同时达到平衡。EPS含量分别为0.36g/L和0.68g/L的浮泥到达平衡的时间分别为13天和25天，而EPS含量为1.16g/L的浮泥在30天后仍未达到稳定状态。经过相同密实时间后，EPS含量越高，相对高度h/h0越大。

4.2.2.3　有效应力阶段（对照组为t=10—30天（试验结束））

在此阶段，淤泥高度保持基本不变，对照组的h/h0仅为0.15左右。EPS含量分别为0.12g/L、0.36g/L、0.68g/L和1.16g/L时，相对高度分别为0.16、0.21、0.25和0.30。经过一个月左右的密实，EPS含量最高的淤泥厚度是对照组的两倍，表明EPS的确有效延缓了浮泥密实。

图6-14　不同EPS含量对应浮泥的相对高度h/h0随时间变化过程(www.xing528.com)

图6-15　对照组浮泥的相对高度h/h0随时间变化过程

4.2.3　EPS含量对淤泥密度的影响

利用不同时间记录的水-泥界面下的泥浆高度，假设界面以上为不含泥沙的纯水，根据泥沙质量守恒计算出淤泥的垂线平均密度。需要说明的是，EPS含量较高的量筒中上层水略微混浊，其中仍含有少量泥沙，则含EPS的淤泥计算得到的垂线平均密度略大于实际值。界面下淤泥的平均密度随着时间逐渐增加，如图6-16所示。

在沉降阶段，对照组浮泥的平均密度从最初的1 050kg/m3迅速增加到1 096kg/m3（泥沙浓度为158kg/m3）。这与以往的研究成果相似，即沉降和密实之间的过渡以凝胶点为特征，凝胶点通常在30～150kg/m3。与对照泥沙相似，含有EPS的泥样密度也随时间逐渐增大，但速度较慢。EPS含量分别为0.36g/L、0.68g/L和1.16g/L的浮泥，在沉降段结束时对应垂线平均密度分别为1 093kg/m3（浓度为153kg/m3）、1 089kg/m3（浓度为147kg/m3）和1 086kg/m3（浓度为142kg/m3）。

在渗透阶段，对照组泥沙的密度在第10天增加到1 302kg/m3左右。此后，在有效应力阶段，所有泥上样品的密度都保持基本不变。如表6-3试验得出的主要参数所示，在密实 1个月后对照组泥沙密度为1 327kg/m3，EPS含量为0.12g/L、0.36g/L、0.68g/L和1.16g/L的泥样密度分别为1 312kg/m3、1 238kg/m3、1 205kg/m3和1 168kg/m3。

为了说明EPS延缓浮泥密实的效果，我们尝试找出EPS含量与密实一个月后淤泥垂线平均密度之间的关系，如图6-17所示。关系式如下：

其中，ρ是密实一个月后淤泥垂线平均密度（单位为kg/m3），S是EPS含量（单位为g/L）。可知，密实一个月后淤泥垂线平均密度随着EPS含量的增加而逐渐减小。

表6-3　试验得出的主要参数

图6-16　不同EPS含量的浮泥对应的水-泥交界面下淤泥垂线平均密度随时间变化过程

图6-17　密实一个月后的淤泥垂线平均密度