一种高含水率淤泥固化压实土的固化参数优化方

本发明属于淤泥资源化利用，具体涉及一种高含水率淤泥固化压实土的固化参数优化方法及系统。背景技术：1、近年来，因水利工程、港口航道工程以及城市河道工程的治理和维护需要，每年都会产生大量的疏浚淤泥。在所有资源化利用途径中，通过固化处理改善淤泥的理化性质和力学性能，将其转变成能够满足工程需要的土材料，是一个可以大量消化淤泥的出路。固化后的淤泥可直接浇筑于堤防、道路及其他填方工程，但为了维持其流动性以及填方工程的强度要求，需要增加淤泥的初始含水率(>150％)以及固化材料的掺入量；另一方面，在实际的淤泥处理工程和填方工程中，淤泥的固化搅拌与浇筑施工在时间和空间上往往不能同步，这就需要先将淤泥进行固化处理后置于临时堆放场中，待有工程需要时先将其破碎，运送至目的地后再进行填筑压实，从而形成压实土。2、针对固化淤泥破碎后而形成的重塑结构，其强度必须满足碾压机械的施工要求才能进行填筑压实，为此，通常需要加大固化剂掺量或者延长固化淤泥破碎前的养护龄期。然而，较大的固化剂掺量以及临时堆场内的长时间养护将增加材料成本以及场地占用费用。因此，针对某现场淤泥，在满足压实土强度要求的基础上，通过合理调控固化剂掺量和养护时间使其总成本最低，可进一步促进淤泥固化的工程应用。技术实现思路1、针对现有技术的不足，本发明提出了一种高含水率淤泥固化压实土的固化参数优化方法及系统，有效降低了施工成本，实现资源的有效利用。2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：3、一种高含水率淤泥固化压实土的固化参数优化方法，包括以下步骤：4、s1：取部分现场淤泥，对不同初始含水率、不同固化剂掺量、不同养护龄期的淤泥固化土开展无侧限抗压强度试验，获得现场淤泥固化土强度变化模型；5、s2：选取部分不同组合工况的淤泥固化土进行破碎并压实成样，通过测试压实土的无侧限抗压强度，获得压实土强度与固化土强度关系模型；6、s3：根据碾压机械对压实土的强度要求以及所述压实土强度与固化土强度关系模型，获得破碎前固化土的强度限值；7、s4：根据现场淤泥实际含水率、所述破碎前固化土的强度限值以及所述现场淤泥固化土强度变化模型，建立固化剂掺量和养护龄期之间的关联模型；8、s5：基于所述固化剂掺量和养护龄期之间的关联模型，根据固化剂材料成本和场地占用成本，在满足压实土强度要求的基础上，以总成本最低建立目标函数，对固化剂掺量和养护时间进行参数优化。9、优选的，所述s1中，取部分现场淤泥，通过对不同初始含水率、不同固化剂掺量、不同养护龄期的淤泥固化土开展无侧限抗压强度试验，获得现场淤泥固化土强度变化模型的方法包括：10、11、式中，qu为固化土的无侧限抗压强度，kpa；αc为固化剂掺量，kg/m3；w0为淤泥初始含水率，％；t为淤泥固化土养护龄期，d；a、b、c、d均为模型拟合参数，由室内试验拟合确定，且b、d介于0～1之间。12、优选的，所述s2中，选取部分不同组合工况的淤泥固化土进行破碎并压实成样，通过测试压实土的无侧限抗压强度，获得压实土强度与固化土强度关系模型的方法包括：13、q'u＝a·(1-exp(b·qu))c，14、式中，q'u为压实土强度，kpa；a、b、c均为模型拟合参数，由室内试验拟合确定。15、优选的，所述s4中，根据现场淤泥实际含水率、所述破碎前固化土的强度限值以及所述现场淤泥固化土强度变化模型，建立固化剂掺量和养护龄期之间的关联模型的方法包括：16、17、式中，v(αc,t)为与αc和t相关的固化土强度值，kpa；w'为现场淤泥实际含水率，％；为固化土强度限值，kpa。18、优选的，所述s5中，以总成本最低建立的目标函数为：19、mine(αc,t)＝βαc+γt，20、式中，mine(αc,t)为与αc和t相关的最低总成本，元；β为单位重量固化材料成本，元/kg；γ为单位时间场地占用成本，元/d。21、本发明还提供了一种高含水率淤泥固化压实土的固化参数优化系统，包括：固化土强度变化模型构建模块、压实土-固化土强度关系模型构建模块、固化土强度限值获取模块、固化剂掺量-养护龄期关联模型构建模块和固化剂掺量-养护龄期参数优化模块；22、所述固化土强度变化模型构建模块用于取部分现场淤泥，对不同初始含水率、不同固化剂掺量、不同养护龄期的淤泥固化土开展无侧限抗压强度试验，获得现场淤泥固化土强度变化模型；23、所述压实土-固化土强度关系模型构建模块用于选取部分不同组合工况的淤泥固化土进行破碎并压实成样，通过测试压实土的无侧限抗压强度，获得压实土强度与固化土强度关系模型；24、所述固化土强度限值获取模块用于根据碾压机械对压实土的强度要求以及所述压实土强度与固化土强度关系模型，获得破碎前固化土的强度限值；25、所述固化剂掺量-养护龄期关联模型构建模块用于根据现场淤泥实际含水率、所述破碎前固化土的强度限值以及所述现场淤泥固化土强度变化模型，建立固化剂掺量和养护龄期之间的关联模型；26、所述固化剂掺量-养护龄期参数优化模块用于基于所述固化剂掺量和养护龄期之间的关联模型，根据固化剂材料成本和场地占用成本，在满足压实土强度要求的基础上，以总成本最低建立目标函数，对固化剂掺量和养护时间进行参数优化。27、优选的，所述固化土强度变化模型构建模块中，取部分现场淤泥，通过对不同初始含水率、不同固化剂掺量、不同养护龄期的淤泥固化土开展无侧限抗压强度试验，获得现场淤泥固化土强度变化模型的过程包括：28、29、式中，qu为固化土的无侧限抗压强度，kpa；αc为固化剂掺量，kg/m3；w0为淤泥初始含水率，％；t为淤泥固化土养护龄期，d；a、b、c、d均为模型拟合参数，由室内试验拟合确定，且b、d介于0～1之间。30、优选的，所述压实土-固化土强度关系模型构建模块中，选取部分不同组合工况的淤泥固化土进行破碎并压实成样，通过测试压实土的无侧限抗压强度，获得压实土强度与固化土强度关系模型的过程包括：31、q'u＝a·(1-exp(b·qu))c，32、式中，q'u为压实土强度，kpa；a、b、c均为模型拟合参数，由室内试验拟合确定。33、优选的，所述固化剂掺量-养护龄期关联模型构建模块中，根据现场淤泥实际含水率、所述破碎前固化土的强度限值以及所述现场淤泥固化土强度变化模型，建立固化剂掺量和养护龄期之间的关联模型的过程包括：34、35、式中，v(αc,t)为与αc和t相关的固化土强度值，kpa；w'为现场淤泥实际含水率，％；为固化土强度限值，kpa。36、优选的，所述固化剂掺量-养护龄期参数优化模块中，以总成本最低建立的目标函数为：37、mine(αc,t)＝βαc+γt，38、式中，mine(αc,t)为与αc和t相关的最低总成本，元；β为单位重量固化材料成本，元/kg；γ为单位时间场地占用成本，元/d。39、与现有技术相比，本发明的有益效果为：40、(1)本发明所提出的固化土强度随淤泥初始含水率、固化剂掺量和养护龄期变化模型具有普适性，具体实施时，可首先取部分现场淤泥，通过对不同淤泥初始含水率、不同固化剂掺量和不同养护龄期的淤泥固化土开展无侧限抗压强度试验，进而确定出模型参数；41、(2)本发明借助压实土强度与固化土强度的关系模型，将碾压机械施工时对压实土的强度要求转换为对固化土的强度要求，避免了建立压实土强度随淤泥初始含水率、固化剂掺量和养护龄期变化关系，室内试验时只需选取部分不同组合工况的淤泥固化土进行破碎击实进而确定出模型参数即可，省去大量对固化土破碎后再击实的重复试验；42、(3)本发明在满足压实土施工强度要求的基础上，根据固化剂材料成本和养护时间场地占用成本，通过优化算法可得出以总成本最低为目标的固化剂掺量与养护时间组合，可以有效降低工程成本，实现资源有效利用；43、(4)本发明有效避免了建立压实土强度随淤泥初始含水率、固化剂掺量和养护龄期的变化关系，省去了大量对固化土破碎后再击实的重复试验，大幅降低了室内试验工作量；同时，有效克服了固化材料的大量掺入以及临时堆场内的长时间养护所带来的资源浪费问题，有效节省了施工成本，可进一步促进淤泥固化处理的工程应用。