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高黏性黏土地层大直径泥水盾构掘进姿态失稳及其处理措施

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现代隧道技术 2023年第5期60卷 213-223页

作者：王延辉周天顺胡俊山陈海勇施成华彭宇王祖贤中铁隧道股份有限公司郑州450000 中南大学土木工程学院长沙410075 中铁开发投资集团有限公司昆明650200

为解决盾构机在高黏性黏土地层掘进时可能遭遇的掘进效率低下、盾构姿态控制困难等问题,依托某大直径泥水盾构越江隧道工程,针对该大直径泥水盾构掘进时出现的掘进异常和姿态失稳问题,结合盾构掘进参数和掘进断面内的地层变化情况,探讨... 详细信息

为解决盾构机在高黏性黏土地层掘进时可能遭遇的掘进效率低下、盾构姿态控制困难等问题,依托某大直径泥水盾构越江隧道工程,针对该大直径泥水盾构掘进时出现的掘进异常和姿态失稳问题,结合盾构掘进参数和掘进断面内的地层变化情况,探讨了高黏性黏土地层大直径泥水盾构掘进姿态失稳原因,提出并实施了相应的处理措施。结果表明:(1)盾构掘进异常段与高黏性黏土地层的分布情况重合,地质条件的变化是盾构姿态失稳的根本原因;(2)盾构在高黏性地层掘进时刀盘实际正面阻力与理论计算结果相近,而盾壳与地层间的实际摩阻力远高于理论值,且打开盾壳径向注浆孔后未发生喷浆渗水情况,据此推断造成盾构掘进异常并导致盾构姿态失稳的直接原因是高黏性黏土颗粒在盾壳外表面不断附着堆积形成了致密的黏土包裹体,改变了盾壳与地层间的相互作用状态;(3)借鉴采用分散剂处置泥饼措施,采用向盾壳径向注浆孔注入分散剂方案清除盾壳外的黏土包裹体,通过室内黏土分散试验优选了分散剂溶液;(4)在盾壳外持续注入一段时间的分散剂后,在隧道埋深不断增大的情况下盾构总推力迅速减小约30000 k N,盾构姿态得到持续调整,再次打开盾壳径向注浆孔后发生喷浆现象,表明分散剂可有效剥除盾壳外表面的黏土包裹体。

关键词：泥水盾构黏土姿态失稳包裹体分散

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CT扫描视域下黏土干湿循环劣化机理

河海大学学报（自然科学版） 2023年第5期51卷 111-118页

作者：马晓凡陈红刘瑾王颖陈志昊车文越河海大学地球科学与工程学院江苏南京211100 河海大学水利水电学院江苏南京210098

为研究干湿循环对黏土力学特性和微观结构的影响,通过一系列无侧限抗压强度试验和CT扫描测试从宏观和微观角度揭示了干湿循环对黏土的劣化机理。结果表明:随着干湿循环次数的增加,黏土的抗压强度保持指数性下降趋势,在经历4次循环后,抗... 详细信息

为研究干湿循环对黏土力学特性和微观结构的影响,通过一系列无侧限抗压强度试验和CT扫描测试从宏观和微观角度揭示了干湿循环对黏土的劣化机理。结果表明:随着干湿循环次数的增加,黏土的抗压强度保持指数性下降趋势,在经历4次循环后,抗压强度损失了40%左右,干湿循环达到8次后抗压强度基本达到稳定;CT扫描横剖面显示,在干湿循环过程中,裂隙从试样四周开始发育,并逐渐向内部扩展,裂隙的宽度和长度均持续增加,连续性也有所提高;随着干湿循环次数的增加,试样的逐层面孔隙率均明显增加,且不同层间的交界面孔隙率的增加更为显著,层间的裂隙最先发育,试样表面也有竖向裂隙发育,试样内部连通孔隙的数量增加,闭合孔隙的数量减小;不同次数干湿循环作用下黏土的孔隙率与抗压强度之间保持负指数性关系,当干湿循环次数达到4次后,孔隙率的增加对抗压强度的影响减小。

关键词：黏土干湿循环 CT扫描抗压强度微观结构

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静压沉桩后黏土中超孔压时空分布规律研究

河海大学学报（自然科学版） 2023年第4期51卷 88-96页

作者：张智慧朱文文马天刘坚刘洋义辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000

为了解层状黏土在沉桩后桩周及桩端的超孔压对沉桩挤土效应的影响,采用现场原位试验和数值模拟方法,分析了桩土界面处超孔压的时空分布特征和上覆竖向有效应力随时间的变化规律,并在水力压裂理论和孔穴扩张理论的基础上引入修正剑桥模型... 详细信息

为了解层状黏土在沉桩后桩周及桩端的超孔压对沉桩挤土效应的影响,采用现场原位试验和数值模拟方法,分析了桩土界面处超孔压的时空分布特征和上覆竖向有效应力随时间的变化规律,并在水力压裂理论和孔穴扩张理论的基础上引入修正剑桥模型,推导了桩周土体固结过程中桩土界面处上覆竖向有效应力和超孔压的修正计算公式。结果表明:从时间上看,在桩顶的外荷载作用下,超孔压随时间消散的同时,上覆竖向有效应力逐渐增大;成桩后30 d超孔压基本消散完毕,上覆竖向有效应力不再增长,地基土处于休止期。从空间上看,超孔压随桩埋深的增大而增大,在渗透性差的黏土层增长较快;不同荷载条件下,距桩心的水平距离和桩端的竖向距离越小,超孔压越大;靠近桩端和桩心的超孔压最大值与桩顶荷载大小呈负相关关系。

关键词：静压沉桩黏土超孔压上覆竖向有效应力

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木质素磺酸钙改良的低液限黏土三轴压缩特性

水利水电科技进展 2023年第5期43卷 100-106页

作者：魏世杰赵洪岩郝社锋梅红卜凡刘瑾葛礼强任静华梁雨河海大学地球科学与工程学院江苏南京211100 国家开发银行江苏省分行江苏南京210019 自然资源部国土(耕地)生态监测与修复工程技术创新中心江苏南京210018 江苏省地质调查研究院江苏南京210018

通过对具有不同木质素磺酸钙掺量、不同养护时间的改良低液限黏土进行一系列三轴剪切试验,分析了改良土应力应变曲线、峰值偏应力及抗剪强度参数的变化规律,结合扫描电镜探究了其内在机制。试验结果表明:木质素磺酸钙的掺入能够显著提... 详细信息

通过对具有不同木质素磺酸钙掺量、不同养护时间的改良低液限黏土进行一系列三轴剪切试验,分析了改良土应力应变曲线、峰值偏应力及抗剪强度参数的变化规律,结合扫描电镜探究了其内在机制。试验结果表明:木质素磺酸钙的掺入能够显著提升土体抗剪强度,随着掺量的增加,改良土的抗剪强度先增加后减小,最优掺量为8%;随着养护时间的增加,改良土的抗剪强度提升,且增强速度逐渐变缓;养护7 d后8%掺量的改良土获得最大峰值偏应力2017.23 kPa,比养护相同时间的纯黏土高236.25%;改良土黏聚力随着木质素磺酸钙掺量的增加先增加后减小,而内摩擦角增大到一定值后趋于稳定。改良土强度提升的内在机制可以概括为填充孔隙、离子交换、吸附包裹土粒以及胶结土粒团聚体。

关键词：黏土木质素磺酸钙强度特性微观结构改性机制

生物炭调节黏土覆盖层的渗透特性及其影响机制

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排灌机械工程学报 2023年第5期41卷 505-510页

作者：李明玉洛阳理工学院土木工程学院河南洛阳471023

为研究生物炭掺量和粒径对生物炭-黏土混合土渗透特性的影响,采用自主研发的柔性壁水-气联合渗透仪,获得了不同生物炭掺量(0,5%,10%,15%和20%)、不同粒径范围(>74,>40~74和20~40μm)生物炭-黏土混合土的饱和渗透系数.试验结果表明:随着... 详细信息

为研究生物炭掺量和粒径对生物炭-黏土混合土渗透特性的影响,采用自主研发的柔性壁水-气联合渗透仪,获得了不同生物炭掺量(0,5%,10%,15%和20%)、不同粒径范围(>74,>40~74和20~40μm)生物炭-黏土混合土的饱和渗透系数.试验结果表明:随着生物炭掺量增加,饱和渗透系数k sat均表现不同程度增大;随着干密度增加,k sat逐渐减小,并且随着生物炭掺量增加,这种减小趋势越明显.当生物炭粒径大于74μm时,生物炭-黏土混合土的渗透系数增大.同时,结合核磁共振(NMR)试验结果分析了土样孔隙结构的变化规律,从微观层面解释了生物炭-黏土混合土饱和渗透系数增加的原因.研究结果可为填埋场生物炭改性黏土最终覆盖层的设计和施工提供生物炭掺量和粒径选取的参考依据.

关键词：生物炭黏土饱和渗透系数核磁共振微观孔隙

不同剪切速率下吸力基础-黏土界面剪切特性研究

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防灾减灾工程学报 2022年第1期42卷 231-236页

作者：李大勇张雨坤高玉峰房兆晓山东科技大学山东省土木工程防灾减灾重点试验室山东青岛266590 中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院山东青岛266580 河海大学土木交通学院江苏南京210098

采用GDS界面剪切仪,开展不同剪切速率下吸力基础-黏土界面剪切试验,研究了沉贯过程中基础沉贯速率对吸力基础-黏土界面剪切特性的影响,分析了不同剪切速率、不同沉贯深度下的界面剪切特性。试验结果表明,吸力基础-黏土界面的抗剪强度随... 详细信息

采用GDS界面剪切仪,开展不同剪切速率下吸力基础-黏土界面剪切试验,研究了沉贯过程中基础沉贯速率对吸力基础-黏土界面剪切特性的影响,分析了不同剪切速率、不同沉贯深度下的界面剪切特性。试验结果表明,吸力基础-黏土界面的抗剪强度随着法向应力的增加而增大,但随着剪切速率的增加而减小;界面峰值强度对应的剪切位移均在1 mm以内,且随着法向应力的增加而增大;界面凝聚力与剪切速率呈正相关,界面摩擦角则相反。在沉贯速率1.0~1.2 cm/min范围内,界面凝聚力增加幅度最大。摩擦系数在0.27~0.34变化,且随着沉贯速率的减小而增大,随沉贯深度的增加呈现减小趋势。

关键词：剪切速率吸力基础黏土界面剪切抗剪强度

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黏土中桩靴底部吸附力产生机理研究

海洋工程 2022年第5期40卷 57-67页

作者：闫国斌潘池李飒尹蒋松李婷婷天津大学建筑工程学院岩土所天津300350

在海洋工程中,移动钻井平台在作业结束后需要转场时,经常会遇到拔桩困难的问题,桩靴底部的吸附力是上拔力的重要组成部分,明确其产生机理及发展规律对于上拔力计算与缓解上拔困难问题有重要意义。通过室内模型试验研究了黏土中桩靴底部... 详细信息

在海洋工程中,移动钻井平台在作业结束后需要转场时,经常会遇到拔桩困难的问题,桩靴底部的吸附力是上拔力的重要组成部分,明确其产生机理及发展规律对于上拔力计算与缓解上拔困难问题有重要意义。通过室内模型试验研究了黏土中桩靴底部真空度对桩靴吸附力产生机理的影响,试验结果表明,桩靴底部真空度的变化对上拔力的影响显著,而桩靴贯入深度和上拔速率会对真空度产生影响。当真空度达到峰值时,桩靴底部吸附力与上拔力几乎同时达到峰值,因此可以通过减小桩靴底部真空度的措施来减小上拔力。根据试验结果,提出了运用真空吸盘理论来计算桩靴底部吸附力的计算公式。所述吸附力计算方法与试验结果进行对比,其误差较小,对工程实践具有一定的参考意义。

关键词：桩靴黏土真空吸盘真空度吸附力

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基于离散元模拟的黏土劈裂注浆扩散特性

长江科学院院报 2022年第12期39卷 154-160页

作者：张泽甫成远登丁文云陈培张永明念培红刘海明云南省滇中引水工程建设管理局昆明650051 昆明理工大学建筑工程学院昆明650500 中铁二院昆明勘察设计研究院有限责任公司昆明650500 保(山)施(甸)高速公路投资开发责任公司云南保山678200

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... 详细信息

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。

关键词：黏土劈裂注浆离散元模拟流固耦合模型试验扩散特性滇中引水工程

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黏土含量对再生骨料水泥土早期强度及抗渗性能的影响

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建筑结构 2022年第S1期52卷 1515-1522页

作者：李怡锋罗云飞王贤虎马敏姚勇西南科技大学土木工程与建筑学院绵阳621010

为了研究再生骨料水泥土中黏土含量对其早期强度与抗渗性能变化的规律,采用黏土取代(Ø_(z)=10%、20%、30%)水泥,通过强度试验与渗透试验研究黏土取代率对再生骨料水泥土在水中养护3d、5d、7d的情况下早期强度和渗透性能的影响。结果表明... 详细信息

为了研究再生骨料水泥土中黏土含量对其早期强度与抗渗性能变化的规律,采用黏土取代(Ø_(z)=10%、20%、30%)水泥,通过强度试验与渗透试验研究黏土取代率对再生骨料水泥土在水中养护3d、5d、7d的情况下早期强度和渗透性能的影响。结果表明:1)再生骨料水泥土的强度随养护时间延长而增加,其中3~5d强度增加最快,5~7d强度增加下缓,达到最终强度的85%左右;2)在5~7d且黏土含量在20%以内时,强度折减速率以及折减量不多,当黏土含量大于20%时,早期强度迅速下降且折减速率下降较快;3)对于抗渗强度,其黏土含量对于抗渗性能影响远大于其养护天数,且随黏土含量的增加抗渗性能逐渐降低。

关键词：再生骨料水泥土黏土早期强度抗渗性能