富水砂层土压平衡盾构施工渣土改良试验

针对深圳的富水砂层,采用泡沫、膨润土以及高分子聚合物等添加剂,改良盾构施工渣土,进行现场坍落度试验.基于现场试验结果,通过对土样进行电镜扫描以及压缩、渗透等室内试验研究,分析了改性渣土细观结构以及渗透、压缩特性的变化.对添加剂改善富水砂性土的流塑性、保水性以及开挖面动态土压平衡机理作了较深入的探讨.结果表明,富水砂层中,采用质量比为1∶7、外掺量为8%~10%的膨润土进行渣土改良,可满足施工需求.     

泡沫稳定性对土压平衡盾构砂卵石渣土改良效果

为确保土压平衡盾构在砂卵石地层施工时切削的渣土具有良好的工程特性,以成都轨道17号线明九区间2号风井—九江北区间为背景,采用不同稳定性的泡沫剂分别掺入卵砾石含量为20%、40%和60%的砂卵石渣土中,开展室内坍落度试验、渗透试验和喷涌试验,研究各种泡沫土流动性、渗透性和时效性的变化规律,探讨泡沫剂稳定性与砂卵石渣土的适应性。结果表明：稳定性好的泡沫能够适应卵砾石含量低于60%的砂卵石土层,即泡沫稳定性的提高有利于扩大砂卵石地层的适用范围;稳定性好的泡沫剂能够保持改良砂卵石渣土掘削排渣全过程良好的流动性、抗渗性;过量的泡沫掺入改良的砂卵石渣土易发生离析,造成改良后的渣土难以达到良好的和易性;泡沫改良砂卵石渣土的喷涌压力可作为检验改良效果的重要指标。     

基于相关向量机的富水砂层渣土改良试验效果预测

为了精准、高效获得富水砂层渣土改良试验效果,以渗透系数、内摩擦角(改良前)、电阻率、泡沫剂浓度和膨润土浓度为输入变量,坍落度、渗透系数、内摩擦角(改良后)为输出变量,并基于24组富水砂层渣土改良数据,建立相关向量机(rel-evance vector machine,RVM)预测模型,将预测结果与反向传播(back propagation,BP)神经网络模型进行对比分析.结果表明:RVM模型在预测坍落度、渗透系数和内摩擦角时的平均误差分别为0.73％、0.38％和2.24％,优于BP神经网络模型的1.76％、4.53％和3.60％;通过计算皮尔逊相关系数,可知RVM预测值与实测值对应坍落度、渗透系数、内摩擦角的相关系数r分别为0.9999、0.9993和0.9878,说明拟合程度极高.由此可见,RVM模型具有预测精度高、可靠性高的优点,为富水砂层渣土改良试验效果的预测提供一种新方法.     

土压平衡盾构改良渣土力学行为及其地层响应特征

基于土压平衡盾构改良渣土的力学行为直接影响着土舱压力传递性、地层沉降和开挖面稳定性,以南昌地区泥质粉砂岩和砾砂作为试验材料,采用泡沫剂和膨润土泥浆为改良剂,对渣土进行三轴快剪(不固结不排水)试验,并基于三维数值模拟,分析渣土改良对地层响应的影响。研究结果表明:改良和未改良渣土的应力-应变曲线都近似于硬化型曲线,并且硬化曲线特征不受改良剂的影响;改良后渣土的抗剪强度大幅度减小,改良剂添加率越高,渣土抗剪强度越低,改良效果越好;泡沫和膨润土泥浆对渣土的改良机理存在一定差异,采用泡沫改良渣土能降低渣土内摩擦角和黏聚力;采用膨润土泥浆改良渣土能减小渣土内摩擦角,而其黏聚力小幅度增大;考虑改良渣土和盾构机刀盘的影响时,开挖面支护应力曲线呈现出非线性,其分布受刀盘开口分布位置的影响;开挖面的支护应力和地层响应均受到渣土改良的影响,改良效果越好,开挖面支护应力越小,开挖面前方地层沉降越大;与采用膨润土泥浆改良渣土相比,采用泡沫改良渣土后开挖面支护应力较小,地层沉降较大。     

三轴试样高径比对试验影响的颗粒流数值模拟

基于离散元软件PFC3D,通过编制可破碎的颗粒簇单元,模拟三轴试验中不同高径比试样应力应变特性的差异,通过比较强度和变形参数差异探讨适合粗粒土的高径比。研究结果表明:高径比越小,试验得到的内摩擦角越大,围压越大,由于颗粒破碎导致的内摩擦角越小;满足莫尔-库仑准则破坏面的最小高径比随着围压的增加而减小,但都大于现在室内试验常用的高径比;峰值强度随着高径比的增加而减小,随着围压的增大,不同高径比之间峰值强度相对误差减小;割线模量与高径比呈折线形关系;不同高径比之间割线模量的差异随高径比范围的不同而不同,且最小高径比的割线模量与现在室内试验常用高径比的割线模量在低围压下差异较大。依据模拟结果,认为粗粒土的三轴试样高径比应大于2.5。     

高渗透地层土压盾构渣土改良试验研究

土压平衡式盾构施工在砾砂地层中容易出现螺旋排土器喷涌等问题,为了维持开挖面稳定,使盾构顺利掘进,需要对土压舱内的渣土进行改良.传统的渣土改良方案如加膨润土泥浆和气泡很难满足改良要求,文章通过对砾砂地层土颗粒的级配特征进行分析,发现砂砾地层缺少0.075~0.05 mm和0.25~0.01 mm粒组,通过粉土补充该粒组即在膨润土泥浆中掺入粉土对渣土进行改良,渣土的渗透系数大幅下降,改良效果良好.     

土压平衡盾构法隧道施工渣土改良指标探讨

为了改良土压平衡盾构法隧道施工中渣土性能指标,根据多个城市地铁土压平衡盾构法隧道施工的实践经验,结合设计和施工规范,对渣土性能指标的改良进行了试验。结果表明,渣土性能改良后,土体流塑性得到了改善,摩擦性显著降低,刀盘扭矩显著减小,盾构刀具磨损减少,支掌面稳定性提高。     

不同类型粗粒土抗剪强度特性试验研究

为探究不同结构类型的粗粒土所表现的强度特征,采用室内直剪仪对不同结构类型粗粒土进行了直剪试验,推导了不同结构类型粗粒土的剪应力-剪切位移曲线变化规律,得出了不同结构类型粗粒土的抗剪强度.通过对抗剪强度-正应力曲线进行分析,分析不同结构类型粗粒土的强度指标.试验结果表明:充填结构粗粒土试样内摩擦角最小,嵌合结构、骨架密实结构内摩擦角逐渐增大,而骨架松散结构内摩擦角又发生减小的趋势.粗粒土4种结构类型中,骨架密实结构具有最大的抗剪强度值,研究结论有助于提高建筑施工中的稳定性.     

土压平衡盾构土仓内黏性渣土堵塞的模拟判别与分析

提出以剪切板扭矩评价土仓内渣土状态,然后通过模型试验明确该指标在土仓内黏性渣土堵塞前后的变化特征,最后建立实时判别土仓渣土堵塞的方法.研究表明:黏土层内盾构隔板附近渣土绕中轴线流动角速度出现差异后,渣土黏附趋势逐步向刀盘发展,同时土仓顶部发生渣土脱空.最终引发渣土堵塞.渣土堵塞风险可通过土仓顶部和下侧的渣土剪切扭矩的幅...     

考虑颗粒破碎的粗粒土直剪试验离散元模拟

为了分析粗粒土的剪切力学特性,采用离散元软件PFC2D模拟考虑颗粒破碎的粗粒土直剪试验,提供了制备可发生破碎的单颗粒粗粒土试样方法,以及改变离散元试样孔隙率的方法。在不同竖向压力作用下对粗粒土试样模拟直剪试验,分析剪应力、体应变与剪切位移的关系,剪切前后应力状态,剪切后速度分布情况。改变粗粒土试样的孔隙率和颗粒间黏聚力,分析粗粒土剪切强度的影响因素。研究表明,试样先剪缩再剪胀,剪应力峰值、残余强度随着竖向压力的增大而增大。应力场受剪前均匀分布,受剪后分布不均匀。剪切带内外颗粒处于不同的运动状态,剪切带内速度变化梯度较大。在相同竖向压力作用下,剪切强度随孔隙率增大而减小,随黏聚力增大而增大。     

粗粒土的动力行为特征及永久变形特性研究

通过对粗粒土填料开展动三轴试验,分析了不同围压、轴向动应力作用下粗粒土的轴向永久应变发展规律.依据安定理论和累积应变速率随累积塑性应变的变化趋势,对粗粒土试样的永久变形行为进行了划分,建立了考虑应力状态及动荷载次数的永久变形预测模型,并给出了不同动力行为类型的参数取值范围.结果表明:轴向应变速率随累积应变的变化规律可作为划分粗粒土动力行为类型的依据;粗粒土试样的受力状态(围压、动应力幅值)对永久应变速率的影响显著;可用幂函数来描述粗粒土永久变形随动荷载的累积特性,函数参数可反映围压和动应力幅值的影响.研究结果有助于加深对粗粒土填料变形响应特性的理解.     

粗粒土静止侧压力系数试验

对某土石坝地基覆盖层2种级配的砂卵砾石料进行大型单向压缩试验,试验中,土压力盒基于标定方法提供的参数得到试样内的水平应力和垂直应力,进而计算其静止侧压力系数K_0。研究水标法和砂标法对粗粒土的适用程度,探讨K_0试验结果的可靠性;分别对2种级配土料进行中三轴CD试验,测定土料的有效内摩擦角,然后依据相关经验公式计算K_0,验证经验公式的有效性。结果表明:砂标法对于粗粒土来说是一种较可靠的标定方法;在竖向应力足够大时,K_0试验误差可以忽略不计,所测定的K_0接近实际值;Federico基于Terzaghi的已激发有效摩擦角概念而推导出的有效内摩擦角与静止侧压力系数之间的关系式较适合粗粒土。     

粉质黏土替代膨润土改性泥浆配比试验

为解决土压平衡盾构及车站基坑开挖过程中产生大量废弃粉质黏土的现状,提出一种利用废弃粉质黏土调制泥浆改良盾构渣土的新方案。以沈阳地区粉质黏土为研究对象,通过添加不同的外加剂对粉质黏土泥浆进行改性,研究泥浆土水比、外加剂种类及掺量变化对改性泥浆的漏斗黏度、酸碱度、滤失量和胶体率的影响。通过扫描电镜(scanning electron microscope, SEM)研究了粉质黏土泥浆的微观改性机理。结果表明：纯粉质黏土泥浆自身稳定性差、泌水量大,无法有效改良渣土;碳酸钠和焦磷酸钠对粉质黏土泥浆的改性效果较好,合理掺入量为1%～3%;改性后的粉质黏土泥浆可有效改良砾砂地层渣土的塑流性,合理粉质黏土泥浆土水比为9∶11、焦磷酸钠掺量为3%,注入比为24%～28%。研究结果验证了粉质黏土泥浆用作盾构渣土改良剂的可行性,为废弃粉质黏土再利用提供了新思路。     

富水石英砂砾层盾构施工的土体改良试验

针对某石英含量较高的富水砂砾地层地铁工程进行了系统的土体改良试验,并以室内试验的添加剂配比方案为基础进行了现场掘进应用及施工试验.结果表明:通过土体改良试验得到了最优的室内试验添加剂配比,即在天然含水率条件下泡沫注入比为10%,泥浆注入比为23%~25%;现场施工应密切关注土仓与螺旋输送机的压力平衡关系,并调整添加剂注入量,以达到防止盾构喷涌和控制刀盘载荷的目的,并使得渣土的坍落度和稠度分别保持在20cm和8cm左右.     

基于曲率约束和改进Hausdorff距离 匹配的轮毂识别算法

针对在轮毂的自动化生产过程中对轮毂型号自动识别的需求,提出一种基于曲率的轮毂辐孔轮廓线角点特征提取和改进Hausdorff距离(MHD)轮毂型号自动匹配的方法. 对待识别的轮毂型号样本进行特征提取并建立标准样本库,在对实时采集的轮毂图像预处理后,利用曲率约束的最小二乘法(CRLSM)进行轮毂外轮廓提取,并用曲率阈值进行角点特征提取,进而采用改进的Hausdorff距离匹配实现轮毂自动识别. 仿真实验证明,该识别算法能够对建立样本库的轮毂类型进行正确识别.     

粗粒土大型静止侧压力系数测定试验的颗粒流模拟

静止侧压力系数K_0是粗粒土重要的力学参数。采用基于离散元理论的颗粒流数值分析和室内试验相结合的方法,建立了粗粒土大型静止侧压力系数试验的三维颗粒流模型,模拟结果与室内试验具有良好的一致性。在总结数值试验结果的基础上,分析了粗粒土的位移和力链的细观变化过程,并研究了不同竖向应力下细观参数与K_0的关系曲线,探讨孔隙率、颗粒摩擦因数、切向刚度、法向刚度等参数对粗粒土K_0的影响规律,并建立了细观参数和粗粒土K_0的函数关系。结果表明:相同竖向应力下试样K_0随着孔隙率的增大逐渐增大,但增大趋势趋于平缓;试样K_0与摩擦因数存在线性负相关关系;在相同竖向应力下,试样法向接触刚度越大或切向接触刚度的越大时,K_0越小。     

粗粒土应力-应变特征试验

以地震灾区四川省北川县曲山镇粗粒土为研究对象,利用室内GDS静/动三轴剪切仪,以围压、剪切速率、初始围压时间为变量,探讨了不同试验条件下粗粒土的抗剪强度指标变化,分析了粗粒土力学剪切过程和变形破坏形态。试验结果表明:试样的应力-应变曲线均呈现应变硬化现象;围压、剪切速率、初始围压时间对土体的力学特性均有不同程度的影响,其中围压的影响最为明显;土体的黏聚力为20.99 kPa,内摩擦角为22.7°;试样在达到20%的应变时,未出现明显的破裂面,而是呈径向鼓状,外形匀称。研究成果对认识粗粒土变形破坏机理具有一定的意义,同时能够为合理选取室内三轴试验条件参数提供参考。     

老黏土地层土压盾构刀盘堵塞渣土改良效果评价方法

以常州地铁2号线某盾构区间穿越老黏土地层为项目背景,对刀盘在硬塑高强度、高韧性黏土中的"堵塞"风险进行了初步评估,并设计和进行了改良渣土锥体拉拔试验,该试验方法可用于评价黏性渣土的改良效果.研究表明:黏土含水率对锥体极限拉拔强度有显著影响,含水率越高,极限拉拔强度越小;分散剂在黏土稠度指数I_c0.75时能有效降低锥体极限拉拔强度,减小量在10kN/m~2以上;试验所用黏土在稠度指数I_c=0.5～0.75时黏附量较高,在500g/m2以上;添加分散剂后改良渣土的黏附量明显减小,关键在于黏土与分散剂充分混合.依据试验结果及现场经验提出评价改良后黏性渣土"堵塞"风险的方案,将黏性渣土按照极限拉拔强度和黏附量划分为4个"堵塞"风险等级.     

粗粒土路基的压实试验

通过改变室内击实试验的击实参数,对影响粗粒土压实特性的相关因素进行分析;利用现场试验,对粗粒土路基压实厚度、压实机械及压实遍数等影响压实效果因素综合分析后,针对粗粒土中粗粒含量的变化,提出采用三点二次插值函数的定量分析方法及定量与定性分析相结合的方法对粗粒土的压实质量进行评价。结果表明,含水量对粗粒土压实影响较小,应采用大吨位的振动压路机对粗粒土进行压实。     

粗粒含量对砂卵石土宏细观力学特性影响分析

摘 要: 砂卵石土粗粒含量对基坑及隧道围岩等稳定性影响较大,然而不同粗粒含量砂卵石土宏细观力学特性尚不明确。采用室内大型粗粒土三轴试验与数值三轴试验相结合的方法,对不同粗粒含量砂卵石土宏观及细观力学特性开展研究。研究结果表明：随着粗粒含量增加,砂卵石土的应力应变曲线表现为应变软化性;围压不变时,砂卵石土随着粗粒含量增加,应力峰值增大而达到峰值时的应变逐渐减小;建立了砂卵石土粗粒含量与内摩擦角和粘聚力等力学指标之间函数关系,随着粗粒含量的增加,砂卵石土的内摩擦角与粘聚力呈线性增大;提出了不同粗粒含量砂卵石土的接触模量、颗粒刚度比、摩擦系数、接触粘结强度等颗粒离散元细观参数。研究成果为砂卵石地层工程精细化设计及施工提供理论支撑。