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基于人工合成透明土盾构隧道壁后同步注浆模型试验研究

李文涛  
【摘要】:基于人工合成透明土能够直观观测土体内部变形的优势,将透明土作为盾构壁后注浆模型试验的模型土材料,借助PIV技术用激光器照射透明土层成像、CCD工业相机捕捉图像,并利用PIVview2C软件对图像进行信息提取分析,本文采用理论与物理模型试验相结合的研究方法开展盾构隧道壁后注浆模型试验,对盾构隧道壁后注浆控制地层沉降的效果及注浆浆液的填充情况和扩散范围进行了初步的探究性研究。 本文主要工作内容和研究结论如下: 1)首先,综合分析了了人工合成透明土的理论基础、所用材料及组分、具体配制方法;然后,利用透明熔融石英砂作为颗粒材料和溶质溶于溶剂的方法配制溴化钙溶液为间隙流体材料合成了本模型试验中的透明土。透明土的透明效果随着熔融石英砂粒径的减小而变差,透明土放置过程中会出现干化现象。 2)对透明土进行了筛分试验、压缩试验、直剪试验、三轴试验等一系列常规土性实验,研究了透明土的基本物理力学性质,并与相应级配的标准砂进行了比较;各级配透明土与标准砂土摩擦角、压缩性具有相同的变化趋势,但黏聚力有差异,黏聚力三轴试验值较直剪试验结果偏大;各级配透明土的压缩性较相应级配标准砂土要小。总体而言,透明土材料能够较好的满足实际工程中土层变形模拟的要求。 3)对物理模型试验相似理论和PIV技术原理进行了简要介绍,依托上述理论研究并设计了盾构隧道壁后注浆模型试验系统,具体包括:试验箱主体、推进系统、注浆系统、激光器照射和CCD相机成像信息采集系统、PIVview2C软件信息提取和Origin软件后处理分析等分析系统。该试验的系统的研发为开展相关模型试验提供了技术可行的试验基础,并积累了相关经验供后续研究借鉴。 4)基于透明土先后开展了盾构法隧道未注浆段与注浆段对比试验、注浆压力对比试验,分析了透明土地层的沉降情况和注浆浆液的填充和扩散情况等。结果表明:注浆段地层沉降位移较未注浆段明显减小:提高注浆压力会减小地层的沉降,但过大的注浆压力会导致地层隆起;注浆压力越大浆液的填充性越好、扩散范围也越大;但是,在同种注浆压力下浆液的扩散范围基本不随隧道埋深的变化而改变。试验结果和结论可为盾构隧道壁后注浆地层变形控制和工艺改进等提供有益参考。


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