泥水盾构泥膜形成过程中超静孔隙水压力随时间的变化

泥水盾构施工是利用压力泥浆支护开挖面稳定,泥浆在渗透过程中在地层中产生的超静孔隙水压力会影响泥浆对地层的支护能力,分析泥膜形成过程中超静孔隙水压力的变化规律,对提高开挖面的稳定有重要意义。在一个能够测量地层中超静孔隙水压力的泥浆渗透装置中,用三种高渗透性地层和五种泥浆展开渗透实验,研究开挖面处超静孔隙水压力的变化规律。结果表明开挖面处超静孔隙水压力变化存在三种模式,而且泥浆有效粒径和地层代表粒径的比值是影响开挖面处超静孔隙水压力变化的主要因素。更多还原     

泥浆护壁开挖稳定性的影响因素及失稳机理综述

为提高泥浆护壁条件下开挖稳定性的认识,在收集和整理现有研究成果的基础上,分析了泥浆护壁开挖稳定性的影响因素,包括泥浆性质、地基土质条件、开挖槽段的形状以及施工机械和工艺等。同时,根据现场试验和理论研究成果,从土拱效应、时间效应、整体稳定性和局部稳定性等方面分析了泥浆护壁开挖的失稳机理。结果表明,浅层槽壁失稳是泥浆护壁开挖的主要失稳型式,开挖槽段的长度和泥浆液面与地下水位面的高差是控制泥浆护壁开挖稳定性的关键参数。     

泥浆护壁压力分布形态及槽壁稳定控制方法研究

槽壁稳定性控制是地连墙施工的关键环节,由于传统基于极限平衡的力学分析方法具有局限性,目前采用优化泥浆配比参数的经验控制方法,但仍未解决这一关键技术问题。基于泥浆渗透形成抗渗泥皮的试验结果,从泥浆成皮的渗透压力条件及时间演化规律出发,研究了不同开挖阶段泥浆有效护壁压力的分布规律。研究结果表明:泥浆护壁压力在槽壁上的"驼峰"型分布规律是开挖面附近泥浆护壁压力不足的直接原因,使开挖面以上5～10 m范围成为稳定性薄弱环节,通过降低开挖下切速度可有效提高槽壁稳定性控制效果。以福州地铁5号线建新南路站的中砂-黏土交互地层的稳定性控制应用为例,对其进行了声波检测成像分析,结果表明该方法可有效控制富水砂-黏土-卵石富水地层60 m深地连墙槽壁的稳定性。     

南水北调穿黄工程盾构施工泥浆特性试验研究

 对泥水式盾构施工所用泥浆的主要原材料及其性能进行了比选，初步提出了穿黄工程盾构施工泥浆性能主要指标的控制范围。并以某种性能的泥浆与开挖面之间的关系，作了简易模拟试验。在压力差条件下，出现了泥浆在开挖面形成透水性很小的泥皮，并可渗入一小距离的情况，这二者均对开挖面稳定有利。     

三峡深水围堰堰体与防渗墙联合作用研究

对泥水式盾构施工所用泥浆的主要原材料及其性能进行了比选,初步提出了穿黄工程盾构施工泥浆性能主要指标的控制范围。并以某种性能的泥浆与开挖面之间的关系,作了简易模拟试验。在压力差条件下,出现了泥浆在开挖面形成透水性很小的泥皮,并可渗入一小距离的情况,这二者均对开挖面稳定有利。     

泥浆盾构法隧洞的三维数值模型

预测盾构法隧洞上部的沉降是设计者的主要任务之一，尤其在城市内挖掘隧洞。本文的范围，涉及以数值分析模型模拟盾构隧洞开挖过程及其与围岩互相作用等课题。建立了在土压力、开挖荷载、灌浆压力和泥浆压力等不同荷载条件下的施工过程模型，根据三维模型的参数研究以求泥浆压力和灌浆压力等最重要的参数影响。     

超深地下连续墙施工槽壁局部稳定判据

地下连续墙槽段开挖为连续下切的动态过程,槽壁稳定性控制仍依赖于工程实践经验,缺乏成熟的理论指导,槽壁失稳事故时有发生。基于泥浆渗透成膜实验成果及有效护壁压力的动态演化规律,研究了槽壁土体在旋转破坏模式下的富余护壁压力分布规律,获得了槽壁稳定性控制因素及稳定性控制条件,建立了泥浆护壁条件下以土体等效内摩擦角、开挖深度及开挖下切速率、泥浆黏度及重度为参量的槽壁稳定性判据,揭示了槽壁稳定施工的关键控制要素。研究成果在福州地铁5号线建新南路60 m深地下连续墙工程中的应用表明:地表以下10 m内及开挖面以上3 m范围为槽壁稳定性薄弱环节,与现场实际吻合,以富余护壁压力为依据的槽壁稳定判据可较方便地指导施工作业。     

黏土盾构隧道开挖面被动破坏研究

盾构隧道施工中控制合理的开挖面支护压力是维持开挖面稳定安全的关键。为了研究黏土盾构隧道开挖面被动破坏的机理,通过采用考虑分段掘进和开挖卸荷引起土体强度折减的模拟方法分析黏土隧道开挖面由于支护压力过大引起的前部土体被动破坏模式、塑性区发展及相应地层位移,并探究隧道埋深、直径、土体性质等因素对开挖面被动极限支护压力的影响规律,结合离心模型试验确定开挖面被动极限支护压力合理控制范围。结果表明:①当开挖面支护压力逐步增大时,前部土体受挤压呈现铲形位移破坏模式,同时由于冲切作用在开挖面周围形成环状塑性区,开挖面前部纵向土体位移随着到开挖面距离的增加总体呈现先增大后减小至稳定的趋势,深层断面横向土体位移则近似符合正态分布曲线形式;②埋深和直径增大会不同程度地引起极限支护压力增大,土体性质对被动极限支护压力影响的敏感程度依次为弹性模量、内摩擦角、泊松比和黏聚力,建议被动极限支护压力控制范围为1~1.9倍的静止土压力。研究成果可供黏土盾构隧道施工控制参考。     

上软下硬地层隧洞开挖面极限支护力及变形规律

确定隧洞开挖面极限支护力最值在隧洞开挖中极为重要。当盾构机通过上软下硬复杂地层时,若隧洞开挖面支护压力控制不当,极易引起隧洞开挖面失稳,对施工安全构成巨大威胁。针对上述状况,采用引入孔隙水压力修正后的计算模式对某盾构隧洞开挖面极限支护力进行了理论计算,并利用数值模拟方法对上述计算结果进行了验证。对复杂地质条件下盾构施工引起的开挖面变形及开挖面前方地表沉降、隆起规律进行了分析。相关成果可为复杂地质条件盾构隧洞开挖面极限支护力最值的确定及安全施工提供依据。     

防渗墙施工中堤身裂缝机理的综合研究

采用土工离心模型试验和有限元应力应变计算等手段，综合分析了同马大堤堤身裂缝的形成机理、产生部位和发展规律。研究结果表明，堤身裂缝是作用在槽孔侧僻垢泥浆压力导致槽端土体被劈裂而产生的劈裂缝。裂缝产生的主要影响因素是：堤顶施工、泥浆密度、堤身土体干密度和土质、槽孔长度等。土体均质的情况下，裂缝的扩展面与小主应力作用面平行，即裂缝沿堤防轴线方向扩展。土体不均匀、堤身内部缺陷将促使裂缝更易于产生，并且可能使裂缝的扩展方向偏离轴线。有限元计算结果表明，裂缝的扩展距离主要取决于槽孔和裂缝内的泥浆液面高茺。研究成果可供裂缝处理和堤防加固设计时参考。     

速凝浆液岩体倾斜裂隙注浆扩散模型研究

针对以往渗透注浆扩散模型常以水平平板裂隙面为前提,未考虑岩体裂隙面产状对注浆扩散机制的影响问题,选取工程地质灾害处理中常用的水泥-水玻璃双浆液(C-S浆液)为速凝类注浆材料,将C-S浆液流型看成是具有黏度时变性的宾汉流体进行分析。基于流体力学理论及粗糙裂隙等效水力开度的确定方法,同时考虑了浆液自重作用的影响,建立了恒速率注浆条件下反映浆液黏度时空变化的倾斜裂隙注浆扩散模型。在此基础上,推导了浆液扩散区内的黏度及压力时空分布方程,定量确定了注浆压力与注浆时间及浆液扩散距离的关系。最后,借助于室内试验和有限元分析程序,研究了恒速率注浆时不同裂隙面产状下的浆液扩散规律,并将数值模拟结果与理论计算值进行对比,进一步验证了所建立的注浆扩散模型的有效性和合理性。研究成果可为注浆工程速凝类浆液注浆参数的确定提供借鉴。     

泥浆侵入土层泥膜状态细观分析与堆积单向性验证

基于离散元程序YADE编制了流体与颗粒相互作用及粒间范德华力作用模型,从粒径比、粒间范德华力两个方面分析了泥浆侵入土层初始恒速阶段的堆积状态。结果表明,范德华力是影响泥膜形成速度和空间力链结构的重要因素,使泥浆颗粒堆积比例产生量的变化,而粒径比是决定泥膜状态的关键因素;力链结构在空间的分布和联系反映了泥浆颗粒在土层中堆积具有一定的连续性和单向性。渗流单向性是堆积单向性的一种重要表现形式,通过砂-膨润土混合物变水头渗透试验给出了验证。增大范德华力可以在土层表面更快形成泥皮,这为通过理论或试验手段提高流体介质的Hamaker常数来优化泥浆配比提供了理论支撑。     

盾构隧道壁后注浆压力对地表沉降的影响分析

为直观了解盾构隧道施工过程中壁后注浆压力对土体变形的影响,分析盾构隧道注浆压力大小对管片上浮的影响,保证在隧道施工过程中采用合理的注浆压力,控制地表变形量。采用FLAC3D软件对上海某越江隧道施工过程进行了数值模拟,分析注浆压力对管片上浮的影响。结果表明:在不同注浆压力及不同分布形式情况下,土体受扰动程度差异较大;当注浆浆液充填等待层后,随着注浆浆液逐渐硬化,盾构隧道管片会逐渐形成上浮趋势,上浮量与注浆压力有关,当注浆压力控制在0.2～0.3MPa时,地表变形量可以得到有效控制,所以施工中应该值得注意。同时也为今后的盾构隧道数值模拟与现场施工提供参考。     

水泥灌浆浆液运动及压力技术分析

水泥灌浆是裂隙性岩体防渗与加固工程的主要手段之一,特别是在水利水电工程地基处理中被广泛采用。灌浆过程的控制多体现在灌浆压力与流量的关系上。本文围绕水泥灌浆工程中水泥浆液在岩体裂隙中的运动方式,探讨了水泥浆液的运动规律及灌浆机理,分析了灌浆对地表抬动的作用及影响灌浆压力使用的控制因素,提出了水泥灌浆的双限控制压力技术,可供水泥灌浆设计和施工参考。     

考虑含气量变化的浆体水击基本方程

压力波的传播速度是影响液-固两相流浆体水击压强的主要因素，而波速与管道的材料和流体的成分密切相关。本文分析了含气量对浆体水击的影响，提出了考虑含气量的浆体水击波速公式，在此基础上推导了考虑含气量变化的液-固两相流浆体水击的基本方程。     

注入初期盾构壁后注浆体的三轴试验研究

壁后注浆体注入初期的变形及力学性质的变化直接影响到土体应力释放、地面沉降以及管片的后期受力情况。基于非自立性材料三轴试验方法,以工程常用的硬性浆和惰性浆为研究对象,开展了三轴固结不排水剪切试验。结果表明高围压有助于浆液排水固结,且浆液最终体应变也随着围压增加而增大;浆液在不排水条件下剪切过程呈现出应变硬化性,体积先收缩,随后呈现出明显的剪胀特性。在满足变形及施工要求的前提下,适当提高注浆压力及采用水胶比较小的浆液,有利于保证注浆体的施工质量。     

基于离散元模拟的黏土劈裂注浆扩散特性

为从细观角度研究劈裂注浆对富含黏土隧洞的加固效果,依托滇中引水工程伍庄村隧洞进口段,采用离散元软件PFC^2D,基于离散元流固耦合理论、平板窄缝流动模型与Fish语言的二次开发,实现了注浆过程中浆液和土体颗粒的相互作用,建立了颗粒流劈裂注浆数值模型。研究了注浆时步、注浆压力、颗粒粒径比及黏结强度对浆液扩散半径及土体孔隙率的影响。结果表明:注浆压力是影响土体加固效果的主控因素,随着注浆压力的增大,浆液扩散半径不断扩大,孔隙率持续增加,与注浆孔距离越远,对孔隙率影响越小,存在最优注浆压力。土体细观参数对注浆后宏观力学特性有较为明显的影响,随颗粒粒径比和黏结强度的增大,浆液扩散半径及孔隙率明显减小。将数值模拟结果与室内模型试验结果对比,发现二者趋势吻合较好,与实际相符,验证了所建立的注浆数值模型的正确性。     

（超）细水泥在压滤作用下的浆液性能研究

（超）细水泥浆液在高灌浆压力作用下的流动性能和强度指标是灌浆设计中水灰比、浆液级配、屏浆时间等施工参数选择的重要依据,也是评价灌后被灌体力学性能、耐久性等灌浆效果的重要因素。目前主要通过室内成模进行流动性能和抗压强度测试的方法进行相应研究,忽略了灌浆压力、排水条件、地质条件等因素的影响,不能真实反映灌浆过程中浆液在不同灌浆压力作用下流动性能和抗压强度。文章进行了室内压滤灌浆试验,得到了不同水灰比（超）细水泥浆液经过不同压力和时间压滤作用后的马氏漏斗粘度和结石体28ｄ抗压强度,并通过构建硬化浆体的结构模型,建立了（超）细水泥抗压强度的计算模型,计算了不同水灰比在不同压滤强度下的28ｄ抗压强度,可为灌浆工程（超）细水泥浆液配比优选、灌浆参数确定和灌浆效果评价提供依据。     

观音阁水库帷幕灌浆压力和浆液浓度研究

本文总结了观音阁工程的灌浆经验，分析了灌浆压力和浆液浓度对帷幕厚度和质量的影响。在观音阁水库帷幕灌浆中采用高压浓浆灌注，适应坝基地质条件，是帷幕灌浆取得成功的主要因素。