絮凝−真空−电渗联合加固滩涂软土的模型试验研究

针对真空预压作用下排水板淤堵与排水条件受限等问题,提出絮凝−真空−电渗联合加固法。首先通过沉降柱试验确定合适的有机絮凝剂,然后采用该絮凝剂,分别在 48 h（开始介入真空预压,固结度为0 ）、60 h（排水速率明显下降,固结度为60%）及 84 h（排水速率近乎 0,固结度为 80%）时介入电渗,开展不同电渗介入时间的絮凝−真空−电渗联合加固试验。试验从排水量、十字板剪切强度、含水率与孔压等对比分析联合加固的有效性,确定其最佳电渗介入时间。试验结果表明：当固结度为 80% 时介入电渗,絮凝−真空−电渗联合加固法能够有效地抑制排水速率减小的趋势,增长有效排水时间。同时,土体的抗剪强度和承载力亦得到大幅提升,孔压消散更加均匀。此外,在阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的作用下,初始排水速率快,在一定程度上使土体的渗透性得到提升,有效地解决了排水板淤堵问题,说明絮凝−真空−电渗联合加固法具有较强的优越性。     

盾构气压开舱条件下的泥膜闭气失效理论研究

近年来,泥水盾构工法在越江跨海隧道中被广泛应用,在泥水盾构施工过程中,带压开舱始终是一个高风险、高难度技术环节。盾构带压开舱能否成功的关键在于泥膜的闭气性能。然而,一直以来泥膜闭气破坏机制、闭气时间及其影响因素从理论上较少探讨。对此,首先考虑了气体对泥膜中孔隙水的驱替作用,建立了泥膜压气从渗流启动-击穿渗透带的多相流模型,提出了泥膜压气渗水量和闭气时间评估方法;然后开展了室内渗透柱泥膜压气破坏试验,验证了所提出理论方法的适用性;最后探讨了气压、地层参数、泥膜厚度、泥浆剪切强度等参数对闭气时间的影响规律,揭示了盾构带压开舱以“泥皮为主、渗透带为辅”的闭气作用。研究成果对泥水盾构带压开舱的安全保障有一定的借鉴意义。     

药剂真空预压排水方法处理废弃泥浆的试验研究

针对温州永嘉世界贸易中心工程钻孔桩的废弃泥浆,通过添加相同的化学药剂结合真空预压采用不同的排水方法进行了模型桶试验,从排水速率、排水总量和含水率等方面对比研究。试验发现：改进排水方法后,废弃泥浆含水率在短时间内（80 h内）从处理前的180%～190%,降低到处理后的60%～80%。研究表明,药剂真空预压改进排水方法后处理废弃泥浆的效果十分显著。     

泥水盾构隧道废弃泥浆改性固化及强度特性试验

泥水盾构隧道施工产生大量的废弃泥浆,可能带来环境污染、侵占土地等问题,影响城市的正常运转。本文以厦门市某隧道施工现场产生的废弃泥浆为研究对象,采用化学固化技术处置泥浆,测试不同影响因素（固化剂种类、固化剂掺入比、泥浆初始含水率）对改性固化后泥浆抗压强度、pH值、含水率等特性的影响,分析固化机理并解释相关现象,获取最优固化剂种类、掺入比、泥浆初始含水率。对比试验结果表明最优固化剂种类为CERSM泥浆固化剂Ⅱ,掺入比为10%,泥浆初始含水率为100%。在此基础上,本文进一步探讨改性固化后泥浆的强度特性,28 d后固化泥浆抗压强度可达1.5 MPa,是普通水泥固化泥浆强度的4倍,可用做建筑填料,解决环境污染问题,并实现废弃泥浆的资源化利用。     

泥水盾构泥水仓泥浆压力控制模型研究

目前隧道施工过程中泥水盾构施工参数多根据现场施工经验调整,缺乏系统的模型泥水盾构施工参数与泥浆压力大小之间的理论计算模型。通过对泥水平衡盾构的类型和工作原理进行细致的研究分析,提出盾构掘进过程中各施工参数需满足的关系式,并以此建立了泥水盾构泥水仓泥浆压力控制模型,得到了泥水盾构可控施工参数直接量化控制泥水仓泥浆压力的计算方法,并提出泥水仓内的泥浆需要满足盾构施工泥浆渣土悬浮和输送能力的要求,推导了泥水盾构掘进速度与进浆流量的关系式。研究结果表明,泥水仓泥浆压力随着进浆流量及盾构掘进速度的增大而增大,随着排浆流量的增大而减小。结合长沙地铁6号线泥水盾构施工工程,通过实例仿真计算,验证了此计算模型的有效性。研究成果为泥水平衡盾构泥水仓泥浆压力控制的研究提供了理论基础。     

电压对一维电渗排水影响的试验研究

在自制的模型箱中进行一维电渗排水试验,通过监测排水量、电势分布、含水率和电流来研究不同电源电压对电渗排水的影响。试验结果表明：较大的电压会导致排出单位体积水所需的能量消耗较高;较大的电压和较短的电渗时间会导致土体含水率分布异常,两极中间最高,阳极附近最低;排水量的逐渐减小是因为电极接触电阻的增大和电渗渗透系数的减小;电极和土体接触面上存在的接触电阻使得实际用于电渗的电压小于电源输出电压,而且电源电压越大,阳极接触电阻随电渗时间增加的速率越快,但是阴极接触电阻在高电压时缓慢增长,在低电压时迅速增大,而这与电渗排水速率有关。     

泥浆性质对泥水盾构开挖面泥膜形成质量影响

泥水盾构以压力泥浆支护开挖面,泥膜的形成对开挖面稳定非常重要,尤其在高渗透性地层,泥浆极易穿透地层直接渗出而不能形成所需的支护压力。以南京长江隧道为背景,详细阐述了泥膜的作用原理及泥膜质量的评价指标,并通过自行设计的成膜装置开展泥浆性质对泥水盾构开挖面泥膜形成质量的影响试验研究。试验结果表明,泥浆颗粒级配及密度相同时,泥浆粘度高,物理稳定性好,则泥膜形成容易,形成泥膜薄、致密,滤水量小。试验结果对泥水盾构施工具有指导意义。     

真空预压联合电渗加固高塑性软土的试验研究

为处理常规排水固结法难以处理的高塑性软土,进行了真空预压联合电渗加固的大比尺室内模型试验研究。试验首先对塑性指数为26～29的高塑性软土进行真空预压的加固,待固结度达到80%后启动电渗进行加固。试验中对电流、电势和表层沉降等进行了全面的监测。试验结果表明电极反转、间歇通电技术有利于提高电能的利用率。土体强度由加固前的0～7.1kPa增长到加固后的18.2～26.2kPa。后期电渗对强度增长的贡献十分明显。     

泥浆在地层中的渗透特性试验研究

保持开挖孔（槽）的稳定性是泥浆在地下连续墙、钻孔灌注桩及泥水盾构工法等工程中最重要的作用,是通过泥浆在地层表面形成泥皮,使得泥浆压力平衡地层的土水压力实现的。其中,泥皮的形成是泥浆在地层中的渗透问题。为了探讨泥浆在地层中的渗透规律,采用多组性质不同的泥浆在多种渗透性不同的地层中开展泥浆在地层中的渗透试验,系统地展示了泥浆在地层中不同的渗透现象。渗透完成后泥浆颗粒在地层表面的堆积形态可以分为：泥皮型、泥皮+渗透带型、无泥皮或渗透带3种类型,并且泥浆在地层中的渗透曲线的类型与泥浆颗粒在地层表面的堆积形态的类型有一定的对应关系。泥浆在地层中的渗透试验过程中渗透流量的大小,不仅可以反映泥浆的渗透类型,还可以作为判断是否形成泥皮的标准。     

武汉地区建筑废弃泥浆泥水分离试验研究

针对武汉地区不同地层、不同工艺产生的建筑工程废弃泥浆,通过光谱仪分析了其主要化学成分,并通过过滤、真空抽滤、离心以及不同絮凝剂的正交试验,以上清液浊度和清液率为主要指标对废弃泥浆泥水分离效果进行评价。试验发现：废弃泥浆固相颗粒以有机质为主;采用过滤方式取得的清液浊度较低,但清液率较少;采用真空抽滤方式处理废弃泥浆可以获得较多的上清液;采用离心方式能处理除含特细颗粒外的多数废弃泥浆;正交试验表明阳离子絮凝剂（PAM）处理废弃泥浆效果较好。     

泥浆渗透对盾构开挖面稳定性的影响研究

泥水平衡盾构开挖时,泥浆与开挖面上的土体会形成一层不透水的泥膜,以便泥浆压力有效地作用在开挖面上。但由于刀盘的不断切削,泥膜并不能完全地阻止泥浆对前方土体的渗透,特别是在渗透性较大的砂性土体,或在特殊地质条件下出现泥浆与土体性质不匹配的时候。这种渗透将会减小泥浆对开挖面的支撑作用,过剩泥浆压力将以渗透力的形式作用于开挖面土体。为了定量考虑渗透对开挖面稳定性的削弱,提出了针对泥水平衡盾构开挖面稳定性的泥浆渗透模型。结合极限平衡法的村山公式,考虑泥水的渗透区域与滑动面之间的几何关系对泥水压力进行折减,得到了泥浆渗透模型的开挖面稳定性安全系数,并采用此渗透模型探讨了泥浆渗透对开挖面稳定性的影响。通过与工程算例对比分析表明,实际工程中所需的泥浆压力明显大于“薄膜模型”的计算结果。因此,采用渗透模型进行开挖面稳定性分析是合理、有效的。     

废弃泥浆底部真空−上部堆载预压模型试验研究

针对工程泥浆回填废弃矿坑处置的安全问题,开展底部真空和上部堆载预压处理废弃工程泥浆的模型试验,探讨该技术在废弃矿坑回填处置工程应用的可行性。试验结果表明,底部真空和上部堆载预压使得泥浆含水率显著降低及泥土的强度明显提高,处理一个月后,含水率从初始450%降低至95%～105%,体积减量达到73.4%;不排水强度由初始为0的状态提高至9.8～13.4 kPa。在初始的静置阶段,泥浆颗粒沉积存在重力分异现象,粗颗粒在底部沉积有助于缓解真空预压过程中淤堵问题。底部真空作用下,泥浆中孔隙水渗流方向并非完全一维向下,在径向存在水力梯度。处理后泥土压缩性与软土相近,渗透性优于软土。基于试验结果和大应变固结理论,考虑泥浆的自重固结以及压缩性与渗透性的非线性变化,利用有限差分法分析了单次回填厚度对泥浆层固结时间和减量效果的影响,提出了现场实施的工艺参数建议。     

考虑动态泥膜效应的盾构开挖面稳定理论研究

泥水盾构工法被广泛应用于高压富水复杂地质环境中修筑隧道,其中开挖面稳定控制是工程成败的关键,在盾构掘进时,由于刀盘不断旋转切削地层,开挖面上的泥膜处于“形成―破坏―再形成”的动态循环过程,泥膜透水性增强,这种动态泥膜作用下开挖面的稳定如何评价有待于进一步探索。对此,对泥水盾构掘进过程中的动态泥膜进行了分类,提出了考虑盾构运动和泥浆渗滤特征的动态泥膜理论。在此基础上,采用空间离散法将泥水压力引入旋转体模型,建立了考虑动态泥膜效应的开挖面稳定力学模型,提出了泥水盾构动态掘进过程中开挖面临界泥浆压力及泥浆支护效率评估方法,研究指出：当盾构在强渗透性地层中掘进时,在尽量提高泥浆成膜率的同时,应注重泥浆黏度调节,充分发挥渗透力支护作用,同时可适当提高盾构掘进速度并降低刀盘转速,有利于开挖面稳定控制。以泥浆成膜率、等效渗透系数为依据给出了泥浆支护效率设计图,研究工作对盾构掘进支护压力控制和泥浆配置有一定的借鉴意义。     

泥水平衡盾构用海水泥浆的改性试验研究

由于海水中富集大量可溶性盐类及各种金属离子成分,利用海水配置的海水泥浆具有比重大、胶体率低、稳定性差、失水量高等特点,不能满足泥水平衡盾构施工要求。为实现对海水泥浆改性以达到利用海水泥浆维持开挖面稳定,降低穿江越海盾构施工成本,选用CMC、纤维素PAC、聚丙烯酸铵等八种添加剂进行海水泥浆性质变化试验,优选出对海水泥浆改性明显的添加剂,分析优选添加剂掺入量和时间对海水泥浆性质的影响规律。同时,基于优选的添加剂CMC利用泥膜形成试验平台进行改性海水泥浆地层渗透试验。研究表明:不同添加剂对海水泥浆性质变化差异较大,增粘剂纤维素PAC、CMC对海水泥浆的改性效果稍好,24h离析出现浑浊层、混合层、絮凝沉淀层。海水泥浆对地层渗透的滤水量大于改性海水泥浆,泥皮也稍厚,但呈稀疏状态。可以推测,添加剂中和部分海水成分,呈絮凝沉淀,多余添加剂表现出对淡水泥浆的增稠作用。     

砂柱排水真空阻滞效应的试验和动力学解释

含低渗透盖层的强透水层在排水过程中可能产生包气带真空并阻滞排水。这种真空阻滞效应具有什么动力学特征,是岩土渗流领域有待解决的新课题。以细砂作为粗砂的盖层,进行了双层结构砂柱的排水试验,观测到了包气带真空度先快速增大,然后缓慢减小的过程,排水速率显著低于无细砂覆盖的情况。细砂盖层厚度越大,真空阻滞效应越强烈。基于水-气渗流理论提出了解释试验现象的水流方程和气流方程,并得到了排水早期和后期真空度变化的近似解析公式,说明真空度峰值随盖层厚度呈非线性增加趋势。对试验结果进行参数分析,发现盖层透气性在排水后期明显大于早期,反映了盖层含水率对透气性的影响。     

泥水平衡盾构用海水泥浆的改性试验研究

由于海水中富集大量可溶性盐类及各种金属离子成分,利用海水配置的海水泥浆具有相对密度大、胶体率低、稳定性差、失水量高等特点,不能满足泥水平衡盾构施工要求。为实现对海水泥浆改性以达到利用海水泥浆维持开挖面稳定,降低穿江越海盾构施工成本,选用CMC（羧甲基纤维素钠）、纤维素PAC（聚阴离子纤维素）、聚丙烯酸铵等8种添加剂进行海水泥浆性质变化试验,优选出对海水泥浆改性明显的添加剂,并分析优选添加剂掺入量和时间对海水泥浆性质的影响规律。同时,基于优选的添加剂CMC,利用泥膜形成试验平台进行改性海水泥浆地层渗透试验。研究表明：不同添加剂对海水泥浆性质变化差异较大,增黏剂PAC、CMC对海水泥浆的改性效果稍好,24 h离析出现浑浊层、混合层、絮凝沉淀层。海水泥浆对地层渗透的滤水量大于改性海水泥浆,泥皮也稍厚,但呈稀疏状态。可以推测,添加剂中和部分海水成分,呈絮凝沉淀,多余添加剂表现出对淡水泥浆的增稠作用。     

砂土地层泥水盾构泥膜形成时间及泥浆压力转化率的试验研究

泥水盾构施工中,维持开挖面稳定的关键是要在开挖面及时形成微渗透的泥膜,才能将泥浆压力转化为有效应力来平衡开挖面的土压力。开挖面处的泥膜是动态泥膜,所以泥膜的形成时间是影响泥膜能否有效支护开挖面稳定的重要因素。利用自行设计的泥膜形成时间测量试验装置,在3种地层中,利用5种泥浆开展泥浆渗透成膜试验,研究泥膜的形成时间及相关规律。研究表明,在泥皮型渗透中泥膜的形成时间一般为10 s左右,泥浆性质及粒径对泥膜的形成时间有重要影响。讨论了国内外部分大型泥水盾构泥膜形成时间,发现泥膜从破坏到形成、再到破坏的时间间隔为5～20 s不等,因此,在实际施工中需要调整泥浆性质,使泥膜形成时间小于泥膜从破坏到再破坏的时间。     

三种降低土料含水量方法的试验研究

从原理分析,采用疏干排水、真空排水、电渗排水都能排除土料中的水分。为了确定能否在工程中使用,对三种方法进行试验。三种方法开始时排水速率较快,都能降低土体的含水量,提高土体密度。得出电渗方法排水效果最好。     

吸水树脂用于废弃泥浆处理的试验研究

工程施工过程中将产生大量废弃泥浆,如何妥善地处理这些泥浆受到了广泛的关注。针对这一问题,设计了系列试验,研究吸水树脂在废弃泥浆处理上的应用效果。通过与3种常见的絮凝剂絮凝对比试验,发现吸水树脂的絮凝效果更好,能够明显加快废弃泥浆固液分离的速度;进行泥浆固化试验时,发现吸水树脂在泥浆中的吸水倍率达到46.33 g/g,掺入到泥浆中可以在30 min内大幅度降低泥浆的含水率和流动性,使其从流动状态转变为可塑态,实现废弃泥浆的快速固化。研究成果表明,吸水树脂对于废弃泥浆的处理具有良好的效果,证明了其处理废弃泥浆的可行性。      

珠三角软土在真空预压联合电动加固下微观结构变化研究

以真空预压联合电渗和真空预压联合电动作用后的珠三角海(河)积软土为研究对象,利用扫描电镜对以上两种粘土的微结构基本单元的孔隙数和孔隙率、基本单元的平均等效孔径和平均孔隙面积、基本单元的丰度和面积概率分布指数、基本单元的概率熵和孔隙等方面进行研究。在此基础上,将真空预压联合电渗和真空预压联合电动试验的结果进行对比。试验结果表明,相对于真空预压联合电渗试验,粘土经过真空预压联合电动试验后,土颗粒发生明显的破坏,小孔隙逐渐被挤压消失或孔隙之间自调整而互相连通形成大孔隙,软土也由蜂窝状-空架状结构逐步转变为骨架结构-团聚絮凝结构,真空预压联合电动的加固效果更加明显。为珠江三角洲地区海相沉积土区的工程建设提供了参考。