基于改进滤失试验的泥水盾构动态泥膜渗透特性研究

为了研究泥膜对泥水盾构开挖面稳定性的影响,通过改进滤失试验研究泥水盾构动态泥膜的渗透特性,提出泥水舱泥浆密度的计算方法,获得时间与泥浆滤失量的关系曲线和泥膜的本构参数（孔隙比-渗透系数-压力的相互关系）,推导动态泥膜平均厚度的计算公式. 由试验压力增长引起的泥膜孔隙比的减小,可以降低泥膜的渗透系数. CMC-Na对泥浆的改性效果最好. 添加高分子材料的泥浆形成的泥膜厚度变小,泥膜厚度与泥膜平均渗透系数存在正比关系. 在盾构掘进过程中,泥膜厚度会发生周期性变化,动态泥膜的周期时间取决于刀具的布局和刀盘的转速. 动态泥膜的平均厚度约为最大泥膜厚度的2/3.     

基于透明土技术的泥水盾构开挖面泥膜渗透特性研究

为了更直观的观测盾构泥浆成膜试验中注浆扩散和泥膜形成过程,开发了一套泥水盾构开挖面可视化注浆试验系统,采用透明土和透明浆液结合光学技术开展多种变量下泥水盾构泥浆渗透过程的可视化试验,记录各横纵断面渗透图像,并对图像进行二值化处理,探究了地层粒径与浆液粘度对泥浆扩散形态的影响,并评估了所形成泥膜的渗透特性,研究结果表明:浆液在地层中的渗透距离是评估泥膜形成质量的重要标准,而地层的孔径和泥浆粘度是影响浆液渗透距离的重要因素。在高渗透性土层条件下,减小盾构机刀盘开口率和注浆压力有助于形成泥皮型泥膜。试验结果对盾构的泥浆工程具有重要的指导意义。     

压滤泥饼调制泥浆及其在砂层渣土改良中的应用研究

为解决泥水平衡盾构施工中压滤泥饼废弃产生的环保问题,提出一种利用压滤泥饼调制泥浆改良砂层渣土的新方法。从泥浆的密度控制、稳定性控制和粘度控制三个方面,开展压滤泥饼调制泥浆试验,从流动性与渗透性角度,确定改良砂层渣土的适宜泥浆掺量。结果表明：压滤泥饼调制的泥浆密度宜在1.29~1.34 g/cm³之间,掺入泥浆质量3%~5%的钠基膨润土,泥浆具有较高的稳定性和粘度。掺入渣土质量6%~10%的调制泥浆,便能达到与使用纯膨润土改良渣土相近的效果,泥浆用量大为减少。所以利用压滤泥饼调制泥浆并运用于砂层渣土改良是可行的,是一个节能环保的新思路。     

膨润土泥饼渗透系数及对隔离墙渗透性的影响分析

为了研究防污隔离墙膨润土泥饼的渗透系数,采用美国石油协会(API)压滤试验方法,根据实际工程泥浆沟槽中水压力差范围,测得压滤压力为20~80kPa工况下膨润土泥饼的渗透系数为4.0×10-10~1.3×10-9 m/s,比在压滤压力为69~690kPa工况下得到的泥饼渗透系数大1~2个数量级.将得到的泥饼渗透系数应用于分析隔离墙等效渗透性,分析了泥饼渗透系数、泥饼厚度和墙体材料渗透系数对隔离墙渗透性的影响,结果表明:当墙体材料渗透系数较大(大于等于1.0×10-7 m/s)时,隔离墙渗透性主要受泥饼参数控制;隔离墙渗透系数随墙体材料渗透系数的增大而增大,但由于泥饼厚度小且渗透性低,隔离墙渗透系数会趋近于一极限值.     

闯黄灯处罚对交叉口通行效率的影响

为研究闯黄灯处罚对交叉口通行效率的影响,分析原始犹豫区的变化,计算不同路段的最小黄灯时间,并提出到达安全距离时提前减速模型以及不减速模型。通过算例分析可知:距离停车线50.35~56.35 m处及0~32.85 m处的车辆均不影响垂直方向车流通行;若车辆开始减速时距停车线32.85~50.35 m,影响垂直方向车流通行,影响垂直方向车流通行的车辆占整个停车区域内车辆比例为31.1%。驾驶员选择在停车安全距离提前减速会花费17.6 s的通行时间,与原犹豫区模型相比产生14.2 s的延误。2种行为同时存在的情况下,做归一化处理后得出总的时间为9.43 s,比原始犹豫区延误6.03 s。     

砂层盾构隧道泥水劈裂试验与数值研究

开展砂层盾构隧道泥水劈裂平面模型试验,研究不同覆土厚度条件下的泥水劈裂破坏机制、土体表面竖向位移和土体内部土压力变化规律. 结果显示,劈裂机制为加压泥浆向掘削空间表面砂层渗透形成致密砂层及其表面泥膜（泥膜-砂层结构）,泥膜-砂层结构在泥浆挤压作用下发生拉剪破坏. 劈裂压力随覆土厚度的增加呈近似线性增大. 劈裂扩展从刀盘顶部起始分别呈“斜直线”或“先竖直后斜线”型向上扩展. 基于自主开发的模拟泥水劈裂的有限元计算程序,参照模型试验建立二维数值模型,计算获得与模型试验较一致的劈裂扩展形态以及土体内部竖向位移与水平位移的变化规律. 结果表明,土体竖直向位移主要分布在刀盘上方以劈裂面为边界的“三角形”区域内,土体水平位移主要分布在掘削面土层.     

一种改进的水平管气液两相流截面含气率预测模型

考虑了环状流液膜中含有气泡, 气芯中夹带液滴的情况, 根据S m i t h的环状流液膜动能与中间气芯动 能相等的假设, 提出了一个改进的截面含气率预测模型。实验结果表明, 对于水平管空气 - 水两相流, 在质量含气率 为0. 0 4 85~0. 7 9 60, S m i t h模型对于分层流误差为2 9. 2%, 环状流误差为1 8. 6%, 而改进模型对于分层流预测误差 1 0. 8 9%, 环状流误差为1 3. 3%, 大大提高了S m i t h模型的预测精度。     

压力差对盾构施工形成泥膜所需泥浆量的影响

采用泥水盾构施工,进行带压开仓时,通常采用泥膜闭气的方法来平衡开挖面后部的土水压力。这就需要在掌子面表面形成一层泥膜,从而达到闭气的目的。本文通过采用自制的泥膜闭气装置,在实验室内开展了不同压力差下形成泥膜的试验。试验表明,当形成泥膜时,泥浆消耗量随着压力差的增大而减小。     

顶管注浆压力变化对地层沉降影响机理的离心模型试验

顶管工程同步注浆是减小地层扰动和最终地层沉降的重要手段,为了研究注浆压力与顶管工程最终地层沉降的关系,从而在实际工程中选择合理的注浆压力和注浆量来减小顶管法对周围地层的扰动,为顶管工程同步注浆技术改进提供理论和实验支持。本文先从土体颗粒和膨润土分子的结构特征角度对地层和泥浆的互相作用以及沉降机理进行分析,提出了沉降四个阶段的理论假设,再使用岩土工程离心机和自主研制的顶管工程注浆模拟系统进行缩尺模型实验,模拟现场不同注浆压力下的顶管顶进,通过对各组实验沉降曲线对比分析,研究和验证理论分析部分的结论。最后将实验中的注浆压力等相关参数应用于苏州东汇公园顶管工程并在现场布置沉降测点,发现现场监测数据规律与实验结果吻合,进一步验证了本文的结论。研究表明：注浆后的沉降可分为土体塌陷阶段、渗透失水阶段、泥皮形成阶段和补浆抬升阶段四个阶段。土体塌陷阶段时间短沉降速度快;渗透失水阶段持续时间长总沉降量大,为地层沉降的主要部分;在泥皮形成阶段,膨润土分子在泥浆-地层接触面堆积形成泥皮,浆液不再大量向地层渗透使得地层沉降大幅减缓;最后在补浆抬升阶段,泥浆的注浆压力作用在泥皮上对上覆土产生推力,产生沉降补偿作用。注浆压力和注浆量的大小对最终地层沉降的影响很大,过小的注浆压力和注浆量会增大土体塌陷和渗透失水造成的地层沉降,而过大的注浆压力产生的过度沉降补偿作用甚至会使地表隆起,选择合理的注浆压力和注浆量对于控制地层沉降至关重要且效果显著,可应用于现场各类顶管工程。     

越江盾构隧道纵向结构分析模型的改进及应用

在盾构隧道等效刚度连续模型中考虑了环缝影响系数的影响,推导了改进模型的力学计算公式,建立了隧道纵向变形曲率及环缝变形与环缝等效刚度之间的关系.利用该模型对上海某越江隧道进行了工程应用分析.根据盾构隧道临界状态的变形界值,初步建立了越江盾构隧道纵向变形曲率半径与环缝张开量间的关系.计算表明:与地铁盾构隧道相比,越江隧道曲率半径的限值要求可适当放宽.越江隧道纵向变形曲率半径小于1.257km时,环缝张开量大于6mm,环缝密封止水措施失效,隧道会出现严重的渗水漏泥现象.越江隧道螺栓极限应力状态相应的环缝张开量为21.00mm,此时环缝连接破环,不能满足隧道的结构性安全要求.     

泥水盾构施工引起的地面固结沉降实例研究

通过对杭州钱塘江隧道泥水盾构施工的分析,研究了泥水盾构施工引起的地面固结沉降的特点,提出划分地层损失沉降和固结沉降的实用方法,总结了盾构施工引起扰动土体固结沉降的机理、影响因素及控制措施.分析表明：无论是地层损失沉降还是长期沉降,均可用Peck公式较好地拟合;横向地面固结沉降曲线不符合高斯曲线形式,一般隧道轴线或附近地面固结沉降最大,向两侧递减;扰动土体固结使得横向沉降槽不断拓宽;软土地区盾构隧道施工,可取地面沉降曲线或沉降速度曲线的转折点作为地层损失沉降和固结沉降的界限;通过优化泥水盾构掘进参数,可减少施工扰动,从而降低固结沉降量和固结沉降时间.     

Effect of slurry conditioning on flocculant-aided filtration of coal tailings studied by low-field nuclear magnetic resonance and X-ray micro-tomography

The present work aimed to study the effect of slurry conditioning on flocculant-aided filtration of coal tailings by the analysis of filtration kinetics and filter cake structure. Laboratory filtration tests of the coal tailings showed that both the shear rate and agitation time have significant effects on filtration rate and cake moisture. Moderate agitation at the shear rate of 92 s⁻¹ was favorable for fast filtration, but high cake moisture was encountered. The low-field ¹H nuclear magnetic resonance (NMR) measurements of the filter cake showed that the slurry conditioning has a significant effect on the residual water in large pores and a negligible effect on the residual water in small pores. The X-ray micro-tomography (XRM) measurements indicated that the filter cake formed at the shear rate of 92 s⁻¹ has more macro-pores and higher porosity than that formed at the shear rate of 53 s⁻¹, hence more residual water was entrapped in filter cake. The slurry conditioning in the presence of flocculant will change the structure of filter cake and affect the filtration performance. There was a paradox between fast filtration rate and low filter cake moisture. The findings enable better understanding of the effect of slurry conditioning on flocculant-aided filtration of coal tailings.     

管道内液固浆液输送的数值模拟

为了对管道内液固浆液输送的流动形态进行研究，建立了以颗粒动力学为基础的Euler Euler双
流体模型.在浆液流速大于临界沉积速度的情况下，模拟了不同浆液入口速度时的管道压力降，同时对管
道内浆液输送液固两相流进行了研究：当轴向位置与管径之比大于50时，管道内浆液流动处于充分发展
状态.此外还分析了在不同浆液速度下管道内液固两相的空间分布和浆液流动形态：在水平方向液相速度
分布和固体颗粒相速度分布呈对称状态；垂直方向液相速度分布和固体颗粒相速度分布由于重力影响，
不再呈对称状态.固体颗粒相速度分布与液相速度基本相同，两者之间的滑移速度很小，可以忽略.计算
结果与实验值的比较表明，所建模型能有效地描述管道压力降和管道内浆液流动形态.     

复合地层土压平衡盾构压力舱渣土改良研究

为降低土压平衡盾构在复合地层中掘进时进行渣土改良的工程成本,以广州地铁21号线朱村至象岭区间为工程依托,通过对粉质黏土和砾砂不同比例组合的渣土进行颗粒分析,计算得到复合地层的粒径分布曲线,并结合室内试验和现场测试研究混合渣土的流动状态和渗透性。结果表明:当复合地层中含有粉质黏土层时,粗粒土层渣土流动状态和渗透性有较大的改善,添加少量的气泡或者膨润土泥浆,渣土状态即可满足盾构掘进的要求。粉质黏土层的含量在30%～70%之间时,渣土能够达到良好的塑性流动状态。粉质黏土层的含量超过70%时,存在结泥饼的风险。     

掺加消石灰对沥青胶浆高低温性能的影响

针对宁夏高速公路目前出现的高温车辙、低温开裂等病害,结合《六盘山地区公路修筑技术研究》课题,在沥青胶浆中使用纯矿粉和掺加消石灰的情况下,进行高温针入度、软化点、低温变形的室内试验．通过对试验指标的分析,研究掺加消石灰对沥青胶浆高低温性能的影响,推荐外掺消石灰时的合理粉胶比为0．6～1．5,且取小值为佳,消石灰与矿粉的质量比宜小于2：1．