泥水盾構(gòu)加纖泥漿侵入復(fù)合地層成膜機理

在透水性差異大、軟硬不均復(fù)合地層中修建大型水下盾構(gòu)隧道，利用粗粒材料的架橋作用及時形成安全有效的泥膜是解決開挖面穩(wěn)定控制的關(guān)鍵科學(xué)問題。圍繞加砂泥漿侵入地層成膜特征的研究，從加砂泥漿粗粒材料的選取、泥漿侵入對砂性地層強度的影響、地層孔隙特征對成膜特征的影響、恒壓加載的影響及加砂泥膜閉氣性能幾個方面開展研究。主要成果如下： （1）為合理選取泥漿加砂材料，通過自制試驗儀器開展泥漿懸浮砂粒能力分層測定，分析了沉降時間和砂粒粒徑對砂粒在泥漿中沉降的影響規(guī)律，給出了泥漿懸浮砂粒能力的判別方法。 （2）對以輕質(zhì)砂作為粗粒材料的泥漿性質(zhì)進(jìn)行性質(zhì)測定，確定輕質(zhì)砂及化學(xué)添加劑對泥漿性質(zhì)的影響規(guī)律。 （3）在孔隙特征有良好連續(xù)性的不同砂性地層中開展泥漿侵入地層成膜試驗研究，基于成膜特征指標(biāo)與地層孔隙特征量化關(guān)系的構(gòu)建，分析了地層孔隙特征對泥膜形成時間、不同階段濾失量等泥膜特征的影響。根據(jù)孔隙體積大小對泥膜狀態(tài)進(jìn)行量化劃分，確定臨界孔隙體積。 （4）開展了恒壓和恒速兩種加載條件下加砂泥漿侵入砂性地層模型試驗，通過濾失量曲線變化規(guī)律確定不同的泥膜狀態(tài)，通過泥漿壓力測定確定泥漿侵入地層的成膜歷史。 （5）采用自制的泥膜閉氣性試驗裝置，對添加有不同含量粗粒的泥漿進(jìn)行泥漿滲透成膜閉氣性試驗，確定泥漿中粗粒材料添加量對泥膜閉氣時間的影響規(guī)律，揭示了粗粒材料添加改變泥膜結(jié)構(gòu)從而影響泥膜閉氣時間的作用機理。 2100433B

在透水性差異大、軟硬不均復(fù)合地層中修建大型水下盾構(gòu)隧道，利用架橋作用堵塞泥漿細(xì)粒及時形成安全有效的泥膜是解決開挖面穩(wěn)定控制的關(guān)鍵科學(xué)問題。針對復(fù)合地層中泥漿滲透模式復(fù)雜、泥膜形成不均的特點，采用理論分析、模型試驗和離散元仿真相結(jié)合的方法，系統(tǒng)研究了復(fù)合地層中加纖泥漿侵入成膜和泥膜加壓擊穿失效機理：①通過分析水土壓力、土體變形、泥膜抗擊穿強度等演變規(guī)律，揭示加纖泥膜結(jié)構(gòu)形成、增長和擊穿破壞過程中顆粒-纖維-流體間力學(xué)作用的演變機制；②通過對加纖泥漿在地層中遷移堵塞空間展布實時追蹤和泥膜微觀結(jié)構(gòu)測定，探明地層內(nèi)部纖維架橋及顆粒遷移堵塞效應(yīng)與開挖面上顆粒堆積固結(jié)效應(yīng)的耦合作用機制；③基于纖維外形和配比對架橋作用與成膜效能的影響分析，揭示復(fù)合地層中加纖泥膜形成機理。提出適合在復(fù)合地層中形成有效泥膜和降低擊穿風(fēng)險的新型泥漿加纖方法。項目成果為泥水盾構(gòu)泥漿加纖技術(shù)和復(fù)合地層開挖面穩(wěn)定控制提供理論依據(jù)。

目前，我國在建盾構(gòu)隧道工程的數(shù)量、盾構(gòu)機數(shù)量及開挖土量迅速增加，泥水盾構(gòu)技術(shù)在大型過江過河隧道及城市過江地鐵建設(shè)中應(yīng)用越來越多，已成為我國重大交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)。而作為泥水盾構(gòu)技術(shù)核心部分，泥漿和泥膜構(gòu)成了泥水盾構(gòu)平衡和開挖的原理，這部分研究顯得越來越重要。本書以泥水盾構(gòu)泥漿和泥膜為話題，共分6章，全面系統(tǒng)地介紹了泥水盾構(gòu)技術(shù)中泥漿的工作原理、泥漿材料的選取、泥漿的配制與測試等內(nèi)容，從試驗和理論推導(dǎo)兩方面揭示了泥漿在地層中形成泥膜的規(guī)律，并進(jìn)行了泥膜的質(zhì)量評價分析，最后結(jié)合典型的泥水盾構(gòu)工程實例，介紹了泥漿材料選取及配置和泥膜技術(shù)的運用。

前言

第一章緒論

第二章泥水盾構(gòu)泥漿及其功能

第三章泥漿的配制與測定

第四章泥漿在地層中的滲透成膜規(guī)律

第五章泥水加壓盾構(gòu)泥膜質(zhì)量評價

第六章典型泥水加壓盾構(gòu)工程實例 2100433B