在国家积极倡导创新驱动发展战略、大力推进科技自立自强的时代背景下，土木工程学院师生以其锐意创新的精神和宽广的学术视野，不断推动学院高质量发展。为此我院推出“ESI优秀科研成果速递”推文系列，精心遴选并深度剖析学院师生的优秀论文成果，覆盖土木工程、给排水工程、水利工程、交通工程等多个前沿领域，旨在通过这些成果背后的深刻洞察与前瞻思考，进一步激发广大师生的科研热情，促进学术交流与合作，携手并进，共同为土木工程领域的蓬勃发展贡献智慧与力量。

1前言

近日，福州大学土木工程学院博士生路遥、黄明教授（通讯作者）、硕士生张成昭和博士生王炳楠等合作发表了题为“Optimization of defoaming-flocculation-dewatering indices of earth pressure balance (EPB) shield muck using response surface methodology and desirability approach”（基于响应面法与满意度函数法优化土压平衡盾构消泡-絮凝-脱水指标）的研究成果。该论文发表在国际岩石力学与岩土工程领域顶级学术期刊Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering上，该期刊系SCI检索期刊，JCR Q1，中科院一区TOP，最新影响因子为9.4。本研究获得国家级青年人才项目（Nos.00389335）、国家自然科学基金面上项目（Nos.52378392）和福建省“雏鹰计划”青年拔尖人才项目（No.00387088）的支持。论文链接：https://doi.org/ 10.1016/j.jrmge.2024.04.001。

2研究背景

“十四五”发展规划颁布以来，我国城市轨道交通建设量迅速增长。土压平衡盾构由于操作方便、施工造价低、占用施工场地小、掘进高效等优点被广泛应用于城市地铁隧道。然而，大量的废弃渣土随之产生，常规开挖直径6米的地铁双隧道每公里废弃渣土体积可达5.7×104立方米。废弃渣土的传统处置方式是将其直接运出施工场地进行非法丢弃或者堆填。这种方式不仅会造成环境污染而且会诱发一系列的地质灾害，如滑坡和坍塌等。2015年，中国深圳某堆填场发生的一起重大滑坡事故，造成77人遇难和33处房屋毁坏。此外，值得注意的是，中国的一部分城郊堆填场已经远超其自身渣土处置能力。为此，众多学者开展废弃渣土资源化处置技术研究。其中，原位再利用是一项很有前景的渣土处置技术，通过筛分、絮凝、脱水等手段，将盾构渣土分离为砾石、砂、黏土残余物和水，以实现废弃渣土的资源化利用和运输成本节约。在土压平衡盾构掘进过程中，泡沫（改良剂）被广泛应用于改良土舱内开挖渣土物理及力学性质。废弃渣土中会残留泡沫剂组分，在原位资源化再利用过程中易造成泡沫溢出絮凝罐以及处置效率显著降低等难题。因此，厘清消泡剂、絮凝剂与渣土之间的相互作用机理，优化残余泡沫剂废弃渣土原位再利用过程中消泡-絮凝-脱水性能指标具有重要的工程意义。

3研究内容

本研究选取聚合氯化铝（PACL）絮凝剂、自主研发的羟基硅油基-甘油聚丙烯醚（H-G）消泡剂与废弃渣土干质量（MDM）作为独立变量。其中，废弃渣土中残余泡沫剂各组分含量（包括阴离子/非离子表面活性剂、泡沫稳定剂）通过提出的经验公式被确定。基于室内絮凝罐缩尺模型和改进压滤模型试验，消泡率，抑泡率，上清液浊度，滤失比，压滤泥饼含水率，压滤泥饼落锥贯入深度被选为响应变量。采用响应面法（RSM）定量化独立变量的影响以及其交互作用。采用扫描电镜技术探究了压滤泥饼的微观结构特征。采用方差分析、残差分析和配对t检验验证了所提出RSM预测模型的适用性与准确性。结合满意度函数法，获取了PACL、H-G与MDM质量分数的最优比例。

4研究总结

本研究结合响应面法与满意度函数法探究了PACL、H-G和MDM质量分数对于消泡率、抑泡率、悬浮液浊度、泥饼含水率及落锥贯入深度等表征指标的影响及其交互作用，主要结论如下：

（1） 构建的RSM模型能够实现消泡-絮凝-脱水性能指标的精准预测。

（2） PACL质量分数的增大降低了消泡率，相比之下，增大的H-G和MDM质量分数提高了消泡率，且MDM质量分数的影响更为显著。

（3） PACL与MDM质量分数的交互作用对与悬浮液浊度、泥饼含水率及落锥贯入深度等性能指标影响显著。

（4） PACL、H-G与MDM之间最优质量比例为0.078 wt%,0.016 wt%和27.882 wt%，与此同时，5分钟消泡率可达98.34vol%，20分钟压滤泥饼含水率降至56.72 wt%，为实际工程中残余泡沫剂废弃渣土的高效循环利用提供了重要的参考意义。