砂卵石地层盾构泥浆渗透成膜细观分析及离散元模拟

为研究泥水平衡盾构在砂卵石地层成膜困难的问题,采用自制设备,开展泥浆渗透试验,观察泥浆在卵石地层中形成泥膜的过程,对泥浆颗粒在地层中的堆积形态进了细观分析,探究泥浆渗透成膜机理。基于FLUENT-EDEM耦合方法,建立泥浆渗透数值模型,结果表明：泥膜的三种渗透状态取决于泥浆地层颗粒比;相同条件下泥浆的渗透深度随泥浆密度增大而减小,随着泥浆压力的增大而增大,但泥浆压力的影响较小。数值模拟结果可反映室内试验现象,结论可为盾构施工参数的选取提供参考。     

卵石土及泥岩侵入地层中泥浆配比试验研究

泥浆支护是泥水盾构实现安全掘进的关键,泥浆压力是否能快速有效的传递到开挖面将影响地层的稳定性控制,而泥浆的配比将直接影响泥浆压力的转化。为保证泥浆在卵石土及泥岩侵入地层中的支护效率,本文以成蒲铁路紫瑞隧道工程为依托,开展了一系列泥浆渗透成膜试验以确定泥浆的合理配比。研究结果表明：泥浆的配比对盾构掘进的效率有明显影响,密度和粘度偏小的泥浆会导致泥浆滤失量过大,泥浆压力不能及时形成;而密度和粘度偏大的泥浆会导致刀盘泥饼的产生,降低盾构掘进效率。本文通过泥浆渗透试验与现场实测,在有效成膜和防结泥饼之间确定了最佳的泥浆配比。该泥浆配比的确定及调整方案在现场取得了良好的效果,以期为泥水盾构在类似地层中施工提供参考。     

泥水盾构圆砾地层开挖面泥膜闭气过程试验研究

针对武汉越江地铁泥水盾构在江中高渗透性圆砾地层带压开舱时泥膜闭气问题,开展不同配比泥浆渗透-成膜-闭气试验,测试泥浆成膜及闭气过程中泥膜性质及内部孔压变化.结果表明,泥浆密度的增大会使闭气前后泥膜压缩量及闭气值逐渐增大,而泥膜含水率、孔隙比及渗透系数逐渐减小;小密度泥浆(≤1.1 g/cm~3)形成的泥膜在小于0.2 MPa气压下被击穿,表现为圆孔透气,且内部孔压降低明显;大密度泥浆(1.15～1.2 g/cm~3)形成的泥膜均能在0.4 MPa气压下保持稳定.对本工程而言,可采用密度为1.15～1.20 g/cm~3的膨润土-黏土混合泥浆并渗透成膜8 h的方案,以满足带压开舱时开挖面稳定性要求.     

低渗透成膜钻探泥浆体系的研究与应用

从地质岩心钻探的基本要求出发,应用成膜理论与技术,结合国内岩心钻探泥浆的应用特点,研究开发了新型成膜助剂,初步建立了一套适合于小口径钻探的具有成膜特点的无固相冲洗液和低固相泥浆体系.经现场应用证明,该钻进液体系具有良好的成膜防塌性能,能有效抑制泥页岩的水化膨胀,维持孔壁稳定,提高钻进效率.     

跨海区域砾砂地层泥水盾构泥浆成膜效果试验研究

为揭示泥水盾构开挖面泥浆成膜规律,以青岛地铁8号线泥水盾构掘进的跨海区间为工程背景,阐述不同级配下泥浆的渗透成膜过程,分析高聚物、处理剂作用下3种泥膜形成机理,并结合特定砾砂地层设计成膜装置,采用控制变量法开展室内试验,选用2种粒径细砂调节泥浆级配,分析不同掺量制浆材料（NSHS-3）作用下的泥浆性质。试验结果表明：与粒径小于0.01mm的细砂相比,粒径小于0.25mm的细砂形成的渗透带抓抱效果较好且更适配砾砂地层。地层的颗粒级配相同时,泥浆黏度越高,其稳定性越高,泥膜容易形成且厚度较薄、质密、滤水量低,但添加剂过量会引起部分土颗粒聚沉,未加压时便附着在开挖面,进而堵塞盾构管道运输系统,泥膜稳定性较差且造成资源浪费。B6号泥浆加压过程中滤水清澈,滤失量较小,形成的“泥皮+渗透带”型泥膜强度较高,能保证开挖面稳定且絮凝较少,经济性较好。研究结论为类似地层泥水盾构施工改良提供参考。     

利用废弃钻井泥浆作为注浆浆液的试验研究

矿山钻井工程结束后会产生大量的废浆.对这些废浆能否用被用作为地面预注浆浆液进行了一些试验.钻井泥浆和地层注浆所用的浆液有着不同的性能要求,其材料组成也不完全相同,不能直接用于地层注浆.在实验室里,对钻井废弃泥浆和注浆粘土纯浆的相对密度、粘度、pH值和稳定性等物理性能进行了试验,表明二者的粘度和稳定性差别较大.向两种浆液...     

泥浆SAP脱水试验研究

通过试验研究了高吸水性聚合物(SAP)对泥浆的脱水效果.确定了SAP在自来水、海水、泥浆中的吸水量.探讨了泥浆初始含水率、SAP消耗率及脱水次数等因素对泥浆脱水效果的影响.建立了SAP消耗率与泥浆含水率间的试验关系.为分析脱水后的土样强度，开展了快剪与无侧限抗压强度试验.对SAP回收利用方法进行了初步探讨.试验结果表明，SAP在自来水、海水、1倍液限泥浆、1.5倍液限泥浆中的吸水量分别为155、18、13、43 g/g,表明溶液阳离子种类与水的存在状态显著影响SAP吸水量.SAP在泥浆中吸水时，可在8～12 h达到最大吸水量，脱水效率较高.当泥浆初始含水率分别为42.3%与63.5%(对应1倍与1.5倍液限)时，经SAP板4次与11次处理后，对应SAP消耗量分别占干土质量的0.33%与0.95%,含水率均可降到约35%,SAP消耗量少，脱水效果明显.快剪与无侧限抗压强度试验结果表明，脱水后，快剪强度参数c_q=11.5～12.7 kPa,φ_q=4.9°～5.8°,无侧限抗压强度q_u=20.9～24.6 kPa,强度提高较大...     

富水粉细砂地层中护壁泥浆材料配比的优化

地下连续墙在以淤泥、粉细砂层地质为主,地下水丰富的江浙沪地区施工时,因传统护壁泥浆携砂能力过剩而造成废浆率大、沉渣厚和成墙质量差等问题。为有效提高地连墙施工质量,开展了低固相地连墙泥浆配制试验研究,通过优选增粘组分、成膜粉体助剂和膨润土,制备匀质性好、滤失量低、泥膜致密和携沙能力适中的工程用地连墙护壁泥浆,掌握了低固相地连墙护壁泥浆制备工艺等关键技术。基于苏州地铁8号线的工程应用表明：利用该工艺制备的低固相地连墙护壁泥浆沉渣厚度低于100mm、泥浆循环使用损耗率低于20%、成墙质量得到明显提升。     

铝土尾矿泥浆逐级堆排沉积特性试验研究

通过量筒沉积试验分析了不同浓度的尾矿泥浆沉积变化历程及泥水分离规律,并根据矿山实际生产情况开展逐级堆排沉积柱试验,获取尾矿泥浆沉积后不同深度处的物理参数,从而得到逐级堆排下泥浆沉积特性,并采用灰色关联分析法分析各参数之间的影响。结果表明：铝土尾矿泥浆沉积稳定后泥水分界面高度与泥浆含泥量密切相关,与泥浆浓度无关,推测矿山常用排放浓度30%的泥水分离比为1:1.018;各堆排层间存在“锁水”现象,含水量、密度、孔隙比、渗透系数、压缩系数和体积压缩系数等物理参数沿深度方向上存在逐级分段、各级相互独立的特性;且各物理参数之间存在相互影响的复杂关系,其中含水量对其它物理参数的影响显著,含水量对密度、孔隙比、渗透系数、压缩系数的关联程度依次为：0.945、0.952、0.856、0.889。     

流砂地层中非开挖导向钻进泥浆的试验研究

针对泥浆漏失严重导致流砂层孔壁失稳,非开挖导向钻进难以成孔的问题,研制了一种腐植酸钠泥浆,通过正交试验,得到各成分对泥浆漏斗黏度和失水量的影响趋势和最佳泥浆配方,并通过最佳泥浆配方护壁效果试验,证实该泥浆护壁效果好,且失水量很少.     

Monte Carlo方法设计的泥浆密度测试系统

利用Geant4软件包模拟分析了影响系统测量精度、灵敏度以及放射性污染的各种因素,论述了一种泥浆密度测量系统的设计和实现.并在此基础上完成了系统的物理设计,包括放射源的选择和铅罐的设计以及源强的计算.系统最后采用PC兼容的工业控制计算机,利用软件定时采集实现对泥浆密度的实时在线非接触测量.实际测试的结果表明:密度测量精度优于1%,测量范围1.00～1.60g/cm3,放射性污染满足国家标准的要求.     

废弃泥浆絮凝脱水试验研究

进行絮凝处理是目前废弃泥浆实现快速脱水减量的主要处理方法或者主要工序之一.然而由于各地泥浆性质差异较大，需要通过絮凝试验先初步确定合理的絮凝剂和最优的添加量.针对某隧道工程中产生的废弃泥浆，采用多种絮凝剂开展泥浆絮凝试验，确定最优絮凝及其添加量，并基于上清液水质及粒径分布变化规律探讨了不同絮凝剂的絮凝机理.结果表明：有机高分子类PAM絮凝剂对废弃泥浆具有较好的快速泥水分离效果，絮凝5 min时，泥浆的含水率就能达到220%左右，而添加无机絮凝剂时，泥浆絮凝1 h后，其含水率仍然在500%左右.综合比较，阳离子型PAM为最优絮凝剂，最佳添加量为0.2%，经其分离的上清液中，pH值与SS含量均满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》的对应排放标准；相比于无机絮凝剂，有机高分子絮凝剂的吸附架桥与网捕作用能够促进泥浆颗粒聚集成粒径更大团粒.     

Cl~-对镀锌钢板泥浆附着电偶保护距离的影响

采用酸性鹰潭土壤泥浆对部分镀锌层去除而暴露出基体的汽车镀锌钢板进行了泥浆附着腐蚀实验和电化学测试. 在钢的宽度相同的试样上测定了阴极保护距离, 并研究了在泥浆中添加不同含量Cl-的影响. 结果发现: 在不含Cl-的泥浆中阴极保护距离随泥浆层厚度的增加而基本呈线性增加, 出现红锈的程度也相应减小;随着Cl-含量和附着泥浆厚度的增加, 阴极保护距离增加, 并存在极大值. Cl-含量不仅影响着泥浆附着中的镀锌层破损试样表面平均腐蚀电流密度, 而且对泥浆中的溶氧量、pH值和电导率等参数都有影响. 泥浆层厚度和Cl-含量决定着试样的阴极保护距离和表面腐蚀状态.     

陶粒置换泥浆法下管技术研究

采用双塞自平衡法下瓦斯抽排管时,上部空管段长度达到了300m,管内外压力差和提管拉力共同作用,发生瘪管事故。基于此,提出了在上部工作管内用陶粒置换泥浆的下管技术。通过室内试验,测得普通陶粒的抗围压强度为2.4MPa。当泥浆密度为1 200kg/m3时,对应陶粒放置深度200m,并分析了普通陶粒的在围压作用下的破坏机理。现场应用表明,用陶粒置换泥浆,明显减轻钻塔负荷;减小了管内外压力差值,有效避免了套管的瘪管事故。     

砂卵石层泥浆护壁与旋挖钻进工艺

采用经典土力学滑动理论,分析砂性土地层的孔壁稳定性与泥浆护壁机理;应用岩石破碎学理论,探讨旋挖钻头的碎岩过程,在此基础上研究旋挖钻进的工艺方法、技术参数和泥浆性能指标。研究结果表明:对孔壁起稳定作用的关键因素是泥浆的密度,随着泥浆密度的增大,孔壁稳定性增加;采用高分子聚合物泥浆,增加凝胶作用,能较好地解决旋挖成孔速度与孔壁稳定性之间的矛盾;孔内压力降低值随钻具提升速度的变化而变化,提升速度越大,压力降低越大,越容易造成孔壁不稳定。     

断层破碎带泥水盾构绿色泥浆试验研究

为解决大部分泥水盾构所用泥浆难以降解、污染性强、废浆量大、制浆成本高等问题,提出几种价格低廉、绿色环保的泥浆添加剂,并通过试验分析各添加剂对泥浆性能指标的影响,最终建议将麦芽糊精作为泥浆添加剂代替传统泥浆添加剂.根据断层破碎带的特点,提出一种绿色经济、适用性强的泥浆配比,即水:黏土:膨润土:无水碳酸钠:麦芽糊精=700...     

岩溶区排泥库泥浆深层泄漏机理

受喀斯特地貌及动水环境季节性变化影响,岩溶区排泥库底部泄漏事故时有发生,泄漏点探测成为控制灾害影响程度的关键。为此,通过灰色关联分析多参数对泥浆泄漏渗流力的影响,认为其中泥浆密度与流速对其渗流力影响较大,建立了泥浆密度、含水量、流速与泥浆渗流力的多元线性回归方程;并进一步建立了不同泄漏孔口大小、含水量和动力黏度条件下的泥浆泄漏数值模型,结果表明:泥浆含水量、动力黏度对泄漏影响半径影响不大,而泄漏孔口大小与泄漏影响半径关系较为密切,水平影响半径平均为泄漏孔口半径的4.61倍,竖直影响半径平均为泄漏孔口半径的5倍。     

粗粒土地层中成孔时泥浆的渗透规律

通过自制的泥浆渗透试验仪,针对粗粒土地层中成孔时的泥浆渗透问题,开展泥浆渗透的试验研究.结果表明,随着最大渗流单粒孔隙的增大,泥浆的渗流量逐渐增大,渗流稳定所需的时间逐渐增长;在其它条件相同时,泥浆的渗流量及渗流稳定所需时间随泥浆粘度的变化反应不太明显;含砂量对泥浆的渗透影响非常大,含砂泥浆的渗流量远远小于不含砂泥浆的渗流量,但含砂量多少对泥浆渗透的影响不明显;泥浆的渗流量及渗流稳定所需时间随压差的增大逐渐增大,最大渗流单粒孔隙越大,压力差的影响越大,最大渗流单粒孔隙越小,压力差的影响也就越小.通过具有明确物理意义参数的函数关系式描述泥浆渗流量随时间的变化曲线,依此可以得到初始渗流速度和极限渗流量.     

建筑工程废弃泥浆快速泥水分离试验研究

为了研究建筑工程废弃泥浆的快速泥水分离性能、提高泥浆泥水分离速率,采用化学絮凝的方法对建筑废弃泥浆快速泥水分离性能进行了试验研究.分析了多种无机絮凝剂、有机絮凝剂及复合絮凝剂对建筑工程泥浆的快速泥水分离性能的影响,得到了絮凝剂种类、添加量与泥水分离效果的关系.结果表明:有机絮凝剂对建筑泥浆具有较好的快速泥水分离效果,泥水分离后泥浆含水率小于50%,而无机絮凝剂和复合絮凝剂的泥水分离效果较差;从泥浆的组成及性质分析可知,加入的有机絮凝剂与泥浆颗粒之间除了有压缩双电层作用外,絮凝剂还起到吸附架桥的作用;经有机絮凝剂分离的上清液中,TN和TP含量达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》的一级A及COD_(cr)一级B排放标准.     

混凝土桩泥浆试验误差剖析

本文通过阐述工地泥浆应用,试验步骤、测试条件,揭示工地泥浆试验中存在误差现象,纠其原因,提出了在测试条件、精度要求、适用范围等方面的改进方法。