[科普中国]-表层压密法

表层压密法是在表层使粉体层或凝集体受外压时体积减小的现象。即对表层进行压密化处理。当粉体层内充满液体时外力和层的变形是成比例的；描述这一现象的数学关系式，叫压密方程，它是土质力学的基本方程。空隙被水充满的粉体层，若进行压密时会引起脱水，因而压密理论作为压缩脱水的理论基础是很有用的。

简介表面压密法它通过对材料的表层进行压密化处理，可将需要的硬度、 强度集中在材料的表层，而未压密部分仍保持较低的密度，既使材料有很高的强重比，又使木材的利用效率和使用价值得到了较大提高。现有技术中，有些采用将木材用水煮软化或将木材表层浸水后用微波加热 软化，再进行表面压密制得的表面压密材，尺寸不稳定、压缩变形极易恢复。现有技术中，还有些采用普通水溶性酚醛树脂胶或低分子量酚酸树脂胶或 低分子量三聚氰胺树脂胶对木材进行常压浸渍处理，之后再压密等方法制得的 表面压密材颜色深、浸渍效果差、生产效率低。

压密函数通过用压密阶段体积应变和加载过程中声发射累计数的变化规律分别描述试件在加载过程中的压密程度和损伤程度,建立了用 Logistic 函数表征压密，用指数函数表征损伤,并以线性组合的方式用 Logistic 函数和指数函数对岩石弹性阶段进行不同程度的折减，得到了用单一连续可导函数描述加载失稳过程并且相关程度较高的应力应变回归曲线。

(1)通过对单轴载荷作用下压密阶段显著的沉积砂岩进行本构曲线(峰前和全程)回归分析，得到了基于压密函数和损伤函数的应力应变关系的连续可导的数学表达式。

(2)用体积应变和声发射累计数分别表征岩石的压密和损伤程度,用 Logistic 和指数函数进行拟合得到岩石的压密函数和损伤函数。 通过压密函数和损伤函数的线性组合对弹性模量进行折减,得到载荷控制和位移控制的应力应变曲线的拟合回归函数。

(3)在压密函数中,b 值的物理意义代表着岩石的可压密程度， 值越大意味着试件的压密程度越短，试件的可压缩空间越少。 在损伤函数中值的大小代表着岩石的损伤加速程度，值越大,岩石越是均匀，其损伤越是集中突变式增加。1

表面压密材表面强化的方法拟通过木材压缩,不破坏木材结构,塑化后达到表层压密,并固定其形状。木材经压缩后,得到暂时的固定，但遇到水或在使用过程中从空气中吸湿后，将会产生一定量的回弹。通过对人工速生杉木的长条木地板坯进行不同的预处理后进行横纹压缩，并测定了压缩后地板的强度指标(弯曲强度)和表面性能(硬度)，以及最小的压缩永久回复率。变低质材为优质材,为速生材加工长条木地板提供经济、合理、生产可行的工艺条件，为速生材的高效利用开辟新途径、提供新技术。

对木材进行树脂浸渍和机械压缩结合的处理，随着树脂固体含量和压缩率的增加，木材表面密度增加大于内层密度，可获得比较理想的表面密实化效果。浸渍固体含量15%PF树脂并压缩处理的木材试件，同未处理木材相比，压缩率为11%时，试件的平均密度增加12.6%，压缩率为11%时，试件的平均密度提高35.7%表面密度提高57.5%。PF树脂浸渍表层压密木材的尺寸稳定性提高，冷水浸泡和沸水煮时，湿、干状态下木材的弦、径向膨胀率均有不同程度的减小，木材表面耐磨性能亦有所提高。

将速生杉木长条木地板坯经过高温高压蒸汽喷蒸和低分子量树脂涂刷的预处理后,进行热压使其表面压密化,并测定了压缩试样的各项力学性能和回复率。结果表明:经过表面压密化处理的试样,其密度、抗弯强度、表面硬度都得到了大幅提高,并且其压缩后的回弹也得到较好的固定。

水层压密地面沉降目前已成为全球性问题，它主要由人为开采地下水和石油、采矿、自然塌陷、地应力变化及土体自然固结等因素引发。地面沉降伴随含水层压密过程存在，使含水层水文地质参数发生变化，这种伴随压密过程的变异性成为诸多地面沉降模型实际应用中的瓶颈。地面沉降很大程度上导致含水层厚度变化，其对含水层参数影响的大小是水文地质研究的难点。伴随着含水层可持续开采量的深入研究，研究热点逐渐转移到地面沉降对含水层水文地质参数的影响上。

（1）伴随模拟含水层的压密，渗透系数有近乎线性的减小趋势；给水度的减小趋势较为复杂，在不同

介质中差异性较大，难以用统一的线性曲线拟合。

（2）含水层透水能力和给水能力的损失往往远超过含水空间的损失比率，由沉降后分子力和毛管力

的作用越发明显所致；文中渗透系数和给水度伴随沉降过程损失比率的上下界范围方程，可作为定量化描述沉降对此二参数影响大小的初步参考，沉降与此二参数的关系有待进一步深入研究。在沉降之初，含水层的释水主要由于骨架的压缩造成，弹性释水空间的损失伴随沉降过程有明显的变化趋势。

（3）渗透系数和给水度在实验室同尺寸模拟含水层介质中，有较好的线性相关关系；3种不同尺寸的砂柱试验中，这2个参数的线性相关曲线表达式十分相近，这进一步揭示了在实际含水层中，渗透系数和给水度之间可能存在的线性相关特征。2

爆炸压密作用原理爆炸压密处理地基对于饱和砂土和粘性土的作用原理不同，对于饱和砂土是利用埋置于土体中的炸药爆炸急剧释放出的能量破坏砂土颗粒初始结构，使得孔隙水压力升高，砂土液化，砂土颗粒在自重或其他外荷载作用下重新排列到更加紧密的结构，强度大大提高。而对于含水量较少的粘性土，土中还有空气、水，在炸药爆炸急剧释放能量的作用下，气体孔隙变小，孔隙水压力增大，水被挤出。在炸药强大的能量下，土体颗粒压缩使其结构变得紧密，强度提高。3

历史爆炸压密土体应用于地基处理已有70多年的历史，最早于20世纪30年代成功地应用于美国新罕布什尔州的Franklin FallsDam的地基处理阻，以后就开始试验性地应用于一些工程实际中。爆炸压密土体这种方法以其快速、经济、简单及处理深度深(可达40．50m)等优点为人们所认可和推崇，但由于对该方法不熟悉，其设计方法不完善，多数都是基于工程经验，缺乏相应的设计理论指导，在我国地基处理中应用不多，也不常见，相应的理论研究和设计方法研究远远落后于工程实践的要求。爆炸压密法最早于1936年用于前苏联的Svirsk水电站工程中铁轨路基的处理，但没有取得成功。第一个被公认为成功使用爆炸压密方法处理地基的实例是20世纪30年代美国新罕布什尔州的Franklin Falls Dam的地基处理。对天然沉积的砂土采用爆炸法密实的研究却开始于1940年。这种方法主要是在苏联发展起来，同时在美国也对此方法进行研究并得到了应用。其后，波兰、荷兰、罗马尼亚等国也进行了地基处理方面的应用。我国在1959年分别在安徽花凉亭水库、横排水库、河南鸭河口水库和内蒙红山水库等土坝地基处理中采用过这种爆破密实法。然而，以上都是小规模的试验性工程。直到20世纪60年代末期，随着前苏联、美国等应用爆炸压密方法处理大坝、输电线路塔基及大型建筑物等实例的成功，这种方法逐渐引起人们的关注，对其研究才迈上了新的台阶。3

研究现状爆炸法处理砂土地基国内外都进行大量研究工作，积累很多宝贵经验，并在一定范围内应用，而爆炸处理粘性土国内外研究较少。由于爆炸过程的复杂性以及土体结构的碎散性、多相性和天然性，松散砂土的爆炸密实机理没有公认的成熟理论，爆炸荷载作用下土体的反应规律，爆炸密实的效果与爆炸设计参数的关系仍然需要深入地研究。该方面的研究有大量的工作要开展，需要深入系统地探索。今后在试验研究方面，重点需要确定粘性土软基在爆炸处理后的变形规律、排水规律及软基强度增长规律等；在理论研究方面，尚需确定爆炸冲击波与土体的作用机理及土体固结机理，同时需要确定爆炸参数和压密效果之间的关系等。3

本词条内容贡献者为:

胡建平 - 副教授 - 西北工业大学