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土压平衡盾构土体改良微观机理试验研究
英文题目: Research on micro-structural mechanism of conditioning the excavated soil in Earth Pressure Balanced TBM
论文作者: 马超学科: 土木工程研究方向: 岩土工程申请学位: 工学硕士指导教师: 龚秋明副教授所在单位: 建筑工程学院答辩日期: 2012 年 6 月授予学位单位: 北京工业大学
独创性声明
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摘要
本课题参考国内外关于盾构施工土体改良技术的最新研究结果, 通过采用发泡装置生产出满足盾构施工要求的泡沫, 对该泡沫的基本性质半衰期和发泡倍率进行测量研究,总结出发泡液质量浓度对泡沫半衰期和发泡倍率的影响规律,确定满足盾构施工要求的最佳发泡液浓度。在施工现场取得粘性土试样,通过室内土工试验测得该粘性土试样的塑限、液限以及干密度等参数,在该粘性土中加入不同的含水率进行坍落度试验,得到在不同含水率条件下,粘性土的坍落度规律。使用产生出的泡沫掺入粘性土中对粘性土进行不同含水率条件下改良试验, 对改良后的泡沫混合粘性土试样进行了坍落度试验, 测得在不同含水率条件下不同泡沫掺入比的混合粘性土坍落度值, 总结得出了含水率和泡沫注入比对改良土体的坍落度值的影响规律,坍落度试验结果反映出改良混合土体宏观特性。参考混合土体的塌落度试验结果,取得最优化的改良混合土样,制作出用于 X 射线 CT 观测系统的试样, 借助 X 射线工业 CT 扫描成像系统对试样进行横断面扫描成像试验, 从微观角度对土压平衡盾构中泡沫改良土体的机理开展了研究。试验中拍摄得到了泡沫改良后混合土的微观结构图像, 并用编制的计算机程序分析其微观结构相关参数(孔隙率、最大孔径、平均孔径等),从微细观的角度对泡沫混合土体进行描述。通过对改良土体微观结构参数的总结分析,验证了塌落度试验结果。本课题中,通过试验研究,从泡沫混合土体的宏观试验和微观结构扫描试验两个角度对改良土体进行研究,总结得到泡沫剂改良土体原理,以及混合土体微观结构的特征,三种不同类型的土,粘性土,砂土和卵石土因为其颗粒大小差异,其细观结构也呈现一定的差异。粘性土的黏粒粘结一起,包裹其内部的气泡;砂土颗粒和气泡分布均匀,砂土颗粒和气泡间错排列。卵石土中含有较大颗粒和黏性颗粒,其细观结构往往是以一个较大颗粒为中心,黏性颗粒粘结在大颗粒周围,外面被气泡包围。在添加泡沫较少的情况下, 土体微观结构较密实, 零星分布孔隙, 达不到改良的效果。泡沫改良土体,在掺入泡沫以后泡沫均匀混合在土体中充当细颗粒成分,有效改变了土体的颗粒级配曲线。本课题的研究结果能为盾构施工中合理使用泡沫改良土体提供理论依据。
关键词: 土压平衡盾构;微观机理;土体改良;工业 CT
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ABSTRACT
In the subject we refer to the research results on foam improved soil at home and abroad. Foam that meet the requirements of shield construction is generated through the foam generating device, and then the foam’s basic property (half-life time and foam expansion ratio) is measured to draw a conclusion about the effect of foam mass content on faom’s property, according to which the best mass content is determind in shield tunneling construction. Soil sample is taken from tunnel construction site. With these soi