基本介紹
- 中文名：表層壓密法
- 外文名：surface packing
- 作用：對材料的表層進行壓密化處理
- 套用領域：木材，土壤，岩石等
- 特點：不破壞結構
簡介,壓密函式,表面壓密材,水層壓密,爆炸壓密,作用原理,歷史,研究現狀,
簡介
表面壓密法它通過對材料的表層進行壓密化處理，可將需要的硬度、 強度集中在材料的表層，而未壓密部分仍保持較低的密度，既使材料有很高的強重比，又使木材的利用效率和使用價值得到了較大提高。現有技術中，有些採用將木材用水煮軟化或將木材表層浸水後用微波加熱 軟化，再進行表面壓密製得的表面壓密材，尺寸不穩定、壓縮變形極易恢復。現有技術中，還有些採用普通水溶性酚醛樹脂膠或低分子量酚酸樹脂膠或 低分子量三聚氰胺樹脂膠對木材進行常壓浸漬處理，之後再壓密等方法製得的 表面壓密材顏色深、浸漬效果差、生產效率低。
壓密函式
通過用壓密階段體積應變和載入過程中聲發射累計數的變化規律分別描述試件在載入過程中的壓密程度和損傷程度,建立了用 Logistic 函式表征壓密，用指數函式表征損傷,並以線性組合的方式用 Logistic 函式和指數函式對岩石彈性階段進行不同程度的折減，得到了用單一連續可導函式描述載入失穩過程並且相關程度較高的應力應變回歸曲線。
(1)通過對單軸載荷作用下壓密階段顯著的沉積砂岩進行本構曲線(峰前和全程)回歸分析，得到了基於壓密函式和損傷函式的應力應變關係的連續可導的數學表達式。
(2)用體積應變和聲發射累計數分別表征岩石的壓密和損傷程度,用 Logistic 和指數函式進行擬合得到岩石的壓密函式和損傷函式。 通過壓密函式和損傷函式的線性組合對彈性模量進行折減,得到載荷控制和位移控制的應力應變曲線的擬合回歸函式。
(3)在壓密函式中,b 值的物理意義代表著岩石的可壓密程度， 值越大意味著試件的壓密程度越短，試件的可壓縮空間越少。 在損傷函式中值的大小代表著岩石的損傷加速程度，值越大,岩石越是均勻，其損傷越是集中突變式增加。
表面壓密材
表面強化的方法擬通過木材壓縮,不破壞木材結構,塑化後達到表層壓密,並固定其形狀。木材經壓縮後,得到暫時的固定，但遇到水或在使用過程中從空氣中吸濕後，將會產生一定量的回彈。通過對人工速生杉木的長條木地板坯進行不同的預處理後進行橫紋壓縮，並測定了壓縮後地板的強度指標(彎曲強度)和表面性能(硬度)，以及最小的壓縮永久回復率。變低質材為優質材,為速生材加工長條木地板提供經濟、合理、生產可行的工藝條件，為速生材的高效利用開闢新途徑、提供新技術。
對木材進行樹脂浸漬和機械壓縮結合的處理，隨著樹脂固體含量和壓縮率的增加，木材表面密度增加大於內層密度，可獲得比較理想的表面密實化效果。浸漬固體含量15%PF樹脂並壓縮處理的木材試件，同未處理木材相比，壓縮率為11%時，試件的平均密度增加12.6%，壓縮率為11%時，試件的平均密度提高35.7%表面密度提高57.5%。PF樹脂浸漬表層壓密木材的尺寸穩定性提高，冷水浸泡和沸水煮時，濕、乾狀態下木材的弦、徑向膨脹率均有不同程度的減小，木材表面耐磨性能亦有所提高。
將速生杉木長條木地板坯經過高溫高壓蒸汽噴蒸和低分子量樹脂塗刷的預處理後,進行熱壓使其表面壓密化,並測定了壓縮試樣的各項力學性能和回復率。結果表明:經過表面壓密化處理的試樣,其密度、抗彎強度、表面硬度都得到了大幅提高,並且其壓縮後的回彈也得到較好的固定。
水層壓密
地面沉降目前已成為全球性問題，它主要由人為開採地下水和石油、採礦、自然塌陷、地應力變化及土體自然固結等因素引發。地面沉降伴隨含水層壓密過程存在，使含水層水文地質參數發生變化，這種伴隨壓密過程的變異性成為諸多地面沉降模型實際套用中的瓶頸。地面沉降很大程度上導致含水層厚度變化，其對含水層參數影響的大小是水文地質研究的難點。伴隨著含水層可持續開採量的深入研究，研究熱點逐漸轉移到地面沉降對含水層水文地質參數的影響上。
（1）伴隨模擬含水層的壓密，滲透係數有近乎線性的減小趨勢；給水度的減小趨勢較為複雜，在不同
介質中差異性較大，難以用統一的線性曲線擬合。
（2）含水層透水能力和給水能力的損失往往遠超過含水空間的損失比率，由沉降後分子力和毛管力
的作用越發明顯所致；文中滲透係數和給水度伴隨沉降過程損失比率的上下界範圍方程，可作為定量化描述沉降對此二參數影響大小的初步參考，沉降與此二參數的關係有待進一步深入研究。在沉降之初，含水層的釋水主要由於骨架的壓縮造成，彈性釋水空間的損失伴隨沉降過程有明顯的變化趨勢。
（3）滲透係數和給水度在實驗室同尺寸模擬含水層介質中，有較好的線性相關關係；3種不同尺寸的砂柱試驗中，這2個參數的線性相關曲線表達式十分相近，這進一步揭示了在實際含水層中，滲透係數和給水度之間可能存在的線性相關特徵。
爆炸壓密
作用原理
爆炸壓密處理地基對於飽和砂土和粘性土的作用原理不同，對於飽和砂土是利用埋置於土體中的炸藥爆炸急劇釋放出的能量破壞砂土顆粒初始結構，使得孔隙水壓力升高，砂土液化，砂土顆粒在自重或其他外荷載作用下重新排列到更加緊密的結構，強度大大提高。而對於含水量較少的粘性土，土中還有空氣、水，在炸藥爆炸急劇釋放能量的作用下，氣體孔隙變小，孔隙水壓力增大，水被擠出。在炸藥強大的能量下，土體顆粒壓縮使其結構變得緊密，強度提高。
歷史
爆炸壓密土體套用於地基處理已有70多年的歷史，最早於20世紀30年代成功地套用於美國新罕布夏州的Franklin FallsDam的地基處理阻，以後就開始試驗性地套用於一些工程實際中。爆炸壓密土體這種方法以其快速、經濟、簡單及處理深度深(可達40．50m)等優點為人們所認可和推崇，但由於對該方法不熟悉，其設計方法不完善，多數都是基於工程經驗，缺乏相應的設計理論指導，在我國地基處理中套用不多，也不常見，相應的理論研究和設計方法研究遠遠落後於工程實踐的要求。爆炸壓密法最早於1936年用於前蘇聯的Svirsk水電站工程中鐵軌路基的處理，但沒有取得成功。第一個被公認為成功使用爆炸壓密方法處理地基的實例是20世紀30年代美國新罕布夏州的Franklin Falls Dam的地基處理。對天然沉積的砂土採用爆炸法密實的研究卻開始於1940年。這種方法主要是在蘇聯發展起來，同時在美國也對此方法進行研究並得到了套用。其後，波蘭、荷蘭、羅馬尼亞等國也進行了地基處理方面的套用。我國在1959年分別在安徽花涼亭水庫、橫排水庫、河南鴨河口水庫和內蒙紅山水庫等土壩地基處理中採用過這種爆破密實法。然而，以上都是小規模的試驗性工程。直到20世紀60年代末期，隨著前蘇聯、美國等套用爆炸壓密方法處理大壩、輸電線路塔基及大型建築物等實例的成功，這種方法逐漸引起人們的關注，對其研究才邁上了新的台階。
研究現狀
爆炸法處理砂土地基國內外都進行大量研究工作，積累很多寶貴經驗，並在一定範圍內套用，而爆炸處理粘性土國內外研究較少。由於爆炸過程的複雜性以及土體結構的碎散性、多相性和天然性，鬆散砂土的爆炸密實機理沒有公認的成熟理論，爆炸荷載作用下土體的反應規律，爆炸密實的效果與爆炸設計參數的關係仍然需要深入地研究。該方面的研究有大量的工作要開展，需要深入系統地探索。今後在試驗研究方面，重點需要確定粘性土軟基在爆炸處理後的變形規律、排水規律及軟基強度增長規律等；在理論研究方面，尚需確定爆炸衝擊波與土體的作用機理及土體固結機理，同時需要確定爆炸參數和壓密效果之間的關係等。
