火山灰沉积地区钻孔泥浆性能试验

水敏性火山灰沉积岩具有很强的吸水性和膨胀性,遇水后迅速软化崩解,钻孔施工时使用普通泥浆很难成孔。通过分析泥浆护壁性状,认为减少失水量和泥皮厚度是在水敏性土中成孔和提高桩侧摩擦阻力的关键。选取羧甲基纤维素（CMC）和纯碱（Na2CO3）作为减小失水量的添加剂,通过正交试验确定泥浆的最佳质量配比为：淡水∶膨润土∶CMC∶纯碱=100∶8∶0.1∶0.04。试验结果表明：膨润土质量分数越大,泥皮越厚,护壁效果越好,对桩侧摩擦阻力的消弱越大;CMC和纯碱对减少失水量和泥皮厚度效果明显;海水入浸会增加泥浆的失水量,造成泥浆恶化;铬铁木质素磺酸钠盐（FCL）对因海水入浸而恶化的泥浆改善效果不明显。     

海水环境下盾构泥浆性能试验研究

为解决泥水盾构在海水地层中掘进时的泥浆配制问题,以苏埃通道工程为依托,采用室内试验的研究方法,进行淡水泥浆和海水泥浆的性能对比试验和海水渗入淡水泥浆试验,以及海水泥浆的不同添加剂和固相材料配比试验,并开展淡水泥浆在海水地层环境中的成膜试验,得到以下结论： 1）无添加剂时淡水基浆中膨润土比例宜取为18%~24%,对于质量分数为30%的基浆可通过添加纯碱来降低黏度; 2）随着膨润土含量的增加,不同海水渗入量对淡水泥浆胶体率的影响降低、对黏度的影响提高; 3）HPMC可提高海水泥浆的胶体率,降低离析速率,但会使泥浆黏度增大; 4）固相比例不变时,加入黏土可改善膨润土与HPMC反应黏度过大的问题,但会提高海水泥浆的滤失量; 5）18%比例的膨润土淡水泥浆在苏埃通道工程海水环境下的砂性地层中成膜效果较好。     

南京纬三路过江通道泥水盾构泥浆配制试验研究

泥水盾构以其良好的适应性在过江过河隧道中得到了广泛应用。合理的泥浆配比及泥浆参数直接关系到盾构掘进的效率、安全及施工成本。以南京纬三路过江通道为背景,选取隧道穿过的4种砂性地层进行泥浆成膜试验,得到各地层的泥浆成膜参数;然后利用淤泥质粉质黏土地层中产生的废弃泥浆作为基础材料,向其中添加膨润土浆或CYHS-3型增黏剂溶液,得到满足4种地层施工需要的泥浆配方。结果表明:1)密度小于1.05 g/cm3的泥浆,不适于在砂性地层中成膜;2)膨润土浆和增黏剂溶液可以调节泥浆黏度;3)当泥浆黏度大于20 s时,膨润土浆对泥浆黏度有明显的调节作用;4)泥浆密度越大,增黏剂溶液对泥浆黏度的提高越明显,当泥浆密度小于1.10 g/cm3时,增黏剂溶液对泥浆的黏度几乎没有影响。     

不同渗透系数地层中泥浆渗透成膜试验研究

为了改善泥浆在高渗透性地层中难以成膜的问题,给泥水盾构工程中泥浆的配制提供参考,针对膨润土泥浆在砂土地层中渗透成膜的过程,以某高铁隧道砂卵石地层中泥水盾构施工为背景,开展了泥浆在不同渗透系数地层中的成膜试验。试验采用自行设计的内径为300 mm的泥浆渗透装置,利用分级加压的方式使泥浆压力转化为地层的有效支护压力,分析了地层渗透系数、泥皮厚度、泥浆滤失量三者的关系以及成膜的判断方法。研究结果表明:泥皮厚度随着地层渗透系数的变大表现为先增大后减小,而泥浆滤失量随之不断增大,在泥皮厚度增大阶段厚度与滤失量成正相关,在泥皮厚度减小阶段厚度与滤失量成负相关,泥皮厚度最大值点是泥浆渗透有效成膜的转折点;过泥皮厚度最大值点的k线可为泥浆适应性判断提供参考,k线左侧是泥浆渗透成膜的稳定区域,而在k线右侧区域,泥浆颗粒的消耗量与滞留量呈负相关,泥浆的适应性较差;采用D₁₅/d₈₅的值能大致地划分泥浆的渗透成膜类型,D₁₅/d₈₅在10附近是成膜是否有效的过渡区,该区域对应k线右侧临近区域,泥浆渗透可以形成泥皮,但稳定性较差,故泥皮不能作为有效泥膜形成的标志;增大泥浆中颗粒的粒径能提高泥浆的成膜能力,使泥浆k线向右移动,能有效解决泥浆在高渗透性地层中成膜难的问题。     

海水侵入条件下泥水盾构泥浆及泥膜性质变化试验研究

为探究采用泥水盾构进行海底隧道建设时,海水易从开挖面进入泥水舱并与泥浆混合,导致泥浆泌水率等参数发生变化,进而影响泥膜的性质和开挖面的稳定性问题,配制不同海水添加量的泥浆,测试泥浆的泌水率、黏度和ζ电位等参数变化,并对泥膜的孔隙比、渗透系数等参数进行测试。试验表明： 1）海水的侵入明显增大了泥浆的泌水率,降低了泥浆的黏度和ζ电位。 2）随着海水添加量的增加,泥膜的孔隙比降低,渗透系数由10-9 cm/s增大到10-7 cm/s。 3）导致泥浆泌水率及泥膜渗透系数变化的根本原因是随着海水的添加,泥浆的ζ电位逐渐降低,泥浆颗粒间斥力减弱,宏观上表现为快速沉淀、析水; 同时,由于泥浆颗粒吸引的阳离子增多,结合水膜变薄,形成泥膜的有效孔隙变大,宏观上表现为渗透系数增大。     

广深港客运专线狮子洋隧道泥水盾构泥浆综合管理技术

泥水盾构在穿越软弱不良工程地质及有高压涌水风险的地层施工过程中,确保泥浆系统高效运转、达到盾构快速掘进是当前泥水盾构施工面临的重要课题之一。介绍狮子洋隧道泥浆管理过程中泥浆配制、泥浆循环及泥水处理技术,并对盾构穿越特殊地层的泥浆管理技术进行总结。主要结论与建议如下:1)泥浆材料种类繁多,需要考虑经济因素及地层条件,合理选择泥浆配置主要材料及外加剂;2)泥水盾构穿越复杂地层时泥浆的各项性能指标必须根据地层变化情况及时进行调整;3)进一步开展泥浆黏粒含量、失水量及胶体率等参数现场快速测定试验研究。     

高性能环保泥浆调节剂的研制

针对目前泥水体系不能较好适应海水环境这一问题,研制出一种适应海水环境的高性能环保泥浆调节剂,该调节剂是对目前在钻井领域已有成效的生物胶进行接枝改性以增加其耐盐性,并与降滤失剂复配而成的一种泥浆调节剂NJ-100。试验表明:该泥浆调节剂可直接用海水造浆,且用较低掺量的调节剂即能调制出性能优异的泥浆,该泥浆具有胶体率高、失水量小、形成泥皮薄等特点。该研究可为海洋环境的地下工程施工与设计提供参考。     

废弃黏土在泥水盾构泥浆配制中的再利用研究

南京纬三路过江通道在竖井施工和盾构始发段掘进过程中产生了大量废弃的黏土,如何经济环保地处理废弃土成为工程面临的一大难题。工程盾构段约40%的地层是粉细砂地层,该地层对泥浆指标要求较低,考虑利用废弃黏土来配制掘进泥浆。采用填土、淤泥质粉质黏土、膨润土分别与泥浆增黏剂混合配浆,使用自制的泥浆渗透仪测定泥浆的滤失量和成膜质量,最后结合现场施工监测数据验证泥浆配比的可行性。结果表明,采用始发段废弃淤泥质粉质黏土配制的泥浆稳定性较好,形成的泥膜致密、泥浆失水量小,能够满足粉细砂地层的盾构掘进。     

跨海隧道泥水盾构泥浆劣化试验研究

为解决泥水盾构在海底掘进时海水及含盐地层侵入导致泥浆性质劣化的问题，以厦门地铁3号线五缘湾站—刘五店站（五刘区间）海底隧道工程为依托，通过膨胀指数试验分析淡水、海水及NaCl溶液膨化造浆的区别，并通过海水混入淡水泥浆试验分析海水对泥浆性质的影响。试验结果表明： 1）相较于淡水造浆，利用海水或NaCl溶液造浆会使膨润土泥浆的电位显著降低，膨润土的膨胀性变差，甚至几乎不能膨化； 2）向膨水质量比为1∶10的淡水泥浆中添加海水，当海水添加质量达到泥浆质量的10%时，泥浆便分层离析、泌水； 3）添加羧甲基纤维素钠（CMC）和HS－3均能提高泥浆稳定性，增加泥浆黏度，降低海水混入时泥浆泌水率。基于以上研究成果，厦门地铁3号线五刘区间采用CMC和HS－3复合改性泥浆实现安全顺利穿越富水高渗透地层。     

富水砂层土压平衡盾构渣土改良试验研究

富水砂层由于其高渗透性、高含水率及高摩擦角等特性，在盾构开挖时常面临喷涌、刀具磨损严重及掌子面压力不均等难题。依托南昌地铁4号线七里站至民园路西站高渗透富水砂层区间隧道工程，为确定最优膨润土泥浆改良参数，通过室内试验测试膨润土泥浆性能及渣土改良，确定合理膨润土泥浆黏度和盾构膨润土泥浆性能参数及高承压水砂层改良方案。研究结果表明：采用膨润土泥浆配比为1∶8，对应黏度约为22 mPa·s，改良效果较好；砂土中含水量可促进膨润土泥浆改善渣土流动性；对上述膨润土泥浆配比，当膨润土泥浆注入率为10%、聚合物注入比为1%时，改良后的渣土具有很好的流塑性和较低的渗透性。现场渣土改良结果也表明，采用上述渣土改良方案，可以有效降低刀盘扭矩和盾构机总推力、提高盾构掘进速度。     

膨润土泥浆改良土压盾构粉细砂渣土流动性机制分析

为了揭示膨润土泥浆改良土压盾构粉细砂地层渣土流动性机制，采用跳桌和十字板剪切仪分别测试改良后渣土的流动度和剪切参数变化规律，分析改良粉细砂渣土剪切应力-应变关系和流变模型。结果表明： 1）采用膨水比为1[KG-*4]∶[KG-*4]4的泥浆掺入质量比7%~13%、膨水比为1[KG-*4]∶[KG-*4]6的泥浆掺入质量比7%以及两者之间的配比和掺量，改良粉细砂渣土可以满足其流动性的要求； 2）仅添加对应量的自由水来改良粉细砂渣土的流动性，无法达到良好的效果； 3）随着泥浆掺入质量比的提高和膨水比的降低，改良渣土的流动度显著增大，且其流动度与剪切应力大小存在负相关关系； 4）采用膨润土泥浆改良后的粉细砂渣土符合Bingham模型，塑性黏度和屈服应力的降低是其流动性增大的根本原因。     

考虑泥皮厚度的红层泥岩桩基承载力计算公式修正

通过室内桩-岩剪切试验、数值模拟及桩基模型试验,研究了泥皮厚度对红层泥岩桩基承载力的影响,提出了不同泥皮厚度下的红层泥岩桩基承载力修正系数,对红层泥岩桩基承载力计算公式进行了修正。为建立泥皮作用下的桩-岩接触面本构模型,进行了室内试验并发现:红层泥岩桩-岩接触面力学性状呈现应变软化特征;泥皮存在降低接触面峰残强度,峰值摩擦角和黏聚力分别降低47.7%和53.4%,残余摩擦角和黏聚力分别降低39.5%和34.4%。基于试验结果,建立桩-岩接触面应变软化本构模型,将其植入FLAC3D模拟不同泥皮厚度对桩基承载力的影响,结果表明:桩基承载力随泥皮厚度增加而减小,泥皮厚度超过50 mm时桩-岩相互作用由泥皮自身强度决定。根据计算结果分析桩基承载比与泥皮厚度关系,提出了承载力修正系数。在此基础上设计了一套室内桩基模型试验装置,验证了修正系数的合理性。     

富水圆砾地层盾构渣土改良技术研究

为解决土压平衡盾构在富水圆砾地层中渣土不易改良及易喷涌问题,采用昆明地铁4 号线圆砾土作为试验材料,以膨润土泥 浆、羧甲基纤维素(CMC)与聚丙烯酰胺溶液(PAM)作为主要改良材料,泡沫作为辅助改良材料开展室内改良渣土坍落度和常水头渗透性试验。试验结果表明: 1)在塑流性方面,仅用泥浆或泥浆与CMC 混合改良时,圆砾土流动性过大; PAM 加入到泥浆改良渣土中时,能够提高渣土的塑流性; 泡沫的掺入对泥浆和PAM 共同改良渣土的塑流性无影响。2)在渗透性方面,CMC、膨润土泥浆和PAM 均可有效改善渣土渗透性,且渗透系数随着注入比的增加而增大; 泡沫的掺入对泥浆和PAM 共同改良渣土的渗透性无影响。根据试验结果可知: 当地下水头约为25 m 时,可将膨润土泥浆配比1 ∶ 4(1%CMC)、膨润土泥浆注入比(BIR)= 25%、PAM 注入比(PIR)= 12. 5%、泡沫注入比(FIR)= 20%或膨润土泥浆配比1 ∶ 3、BIR= 25%、PIR= 7. 5%、FIR= 20%作为此圆砾地层的渣土改良参数。     

含盐地层顶管润滑泥浆抗盐及抗渗性能试验研究

为解决高含盐地层盐侵顶管润滑泥浆造成滤失量过大、黏度下降、动塑比下降，导致管周摩阻力增大，影响顶管施工的问题，依托山东省黄水东调二期工程的地质勘察结果，选用凹凸棒土、HV-CMC等抗盐材料，通过配浆试验得到配浆水+5%加量凹凸棒土+5%加量膨润土+0.35%加量NaOH+0.8%加量HV-CMC的泥浆配方。采用抗盐试验和抗渗试验测试盐侵前后黏度、滤失量、抗渗性等指标，得到结论如下： 1）钙镁离子由于价位高、水化能力差，盐侵影响大于钠离子； 2）润滑泥浆的黏度随盐侵增大而表现出先迅速减小后趋于稳定的现象； 3）地层粒径对泥浆抗渗性影响很大，建议泥浆使用前增设原状土中的抗渗性测试。     

冻融条件下硫酸盐渍土强度特性试验研究

为研究冻融条件下硫酸盐渍土的强度特性,采用正交试验方案,对不同压实度、含水率、含盐量及冻融循环次数的硫酸盐渍土试样进行三轴剪切试验,分析各因素对土体抗剪强度的影响。结果显示:土体黏聚力c随压实度与含水率的增加先增大后减小,随含盐量的增加而减小,随冻融循环次数的增加而减小,并逐渐趋于稳定;对于黏聚力c,含水率与冻融次数影响极显著,压实度及含盐量影响显著,对于内摩擦角φ整体变化不显著,受上述各因素影响较小。     

热、光、水耦合老化条件对温拌沥青性能的影响

为了研究高温、紫外光辐射和雨水等自然环境因素耦合作用对温拌沥青性能的影响,研发室内加速耦合老化试验箱,采用70~#沥青分别添加有机降黏温拌剂Sasobit和表面活性温拌剂DAT,设置热、光、水耦合老化条件,采用均匀试验设计方法开展温拌沥青性能的变化规律研究。分析并确定了耦合老化条件下,影响温拌沥青老化的耦合老化因素和因素的显著性水平。结果表明:温度变化对温拌沥青老化作用最显著,光、湿度的影响相对较小。热、光、水耦合老化不是对所有性能指标影响都显著,其中,对Sasobit温拌沥青软化点、黏度产生显著性影响的是热、光耦合老化作用,水的影响不显著;对DAT温拌沥青,仅温度的作用对黏度影响显著,光、水耦合老化作用不显著,仅热、光耦合老化作用对抗车辙因子影响显著,水的作用不显著。热、水、光耦合老化条件对温拌沥青针入度、延度的影响为负相关,对软化点、抗车辙因子、抗疲劳因子的影响为正相关,即环境温度升高,光照增强、湿度增大会导致温拌沥青针入度和延度减小,软化点升高,黏度、抗车辙因子和抗疲劳因子增大,说明耦合老化作用有利于沥青的抗车辙性能和抗疲劳性能。建立了两类温拌沥青各项性能指标的耦合老化方程,通过耦合老化方程预测了老化极值及对应的耦合老化条件,证明耦合老化作用对温拌沥青的黏弹性、高温性能、疲劳性能产生了显著作用。     

温拌剂对SBS改性沥青黏度及黏流特性影响研究

为了探究温拌剂的种类、掺量对SBS改性沥青的黏度及黏流特性的影响,采用布氏旋转黏度仪测定在不同温度(60℃～175℃)下、2种温拌剂在3种掺量下的黏度,并运用Saal公式拟合黏温曲线分析温拌剂对SBS改性沥青黏度的影响,再计算黏流活化能,分析其黏流特性。研究结果表明:在相对低温阶段(60℃～115℃),SBS改性沥青的黏度与温拌剂掺量呈正比;在高温阶段(135℃～175℃)呈反比,中间存在明显的转折临界温度;Sasobit在掺量为3%时对SBS改性沥青的黏度影响趋于稳定,而LDPE随着掺量的增加,对SBS改性沥青黏度的影响较大;黏流活化能的大小不能准确地反映沥青黏度的变化。     

DMA法研究拌和温度对沥青黏弹性能的影响

采用动态力学分析(DMA)方法研究沥青老化前后的黏弹性质,利用动态剪切流变仪(DSR)进行温度扫描和频率扫描并分析各黏弹性指标的变化,采用Cross模型和Carreau模型拟合得到沥青的零剪切黏度,分析老化温度对沥青黏弹性能的影响。结果表明:在测定温度范围内,沥青的复数模量|G*|和车辙因子|G*|/sinδ均随测试温度增加而减小但相位角δ增大;在测定频率范围内,沥青的损失模量(G″)和储存模量(G′)均随频率(ω)增大而增大,同等老化程度沥青的G″始终大于G′,且差值随频率增加而减小;对于不同老化温度的影响,零剪切黏度的分析结果与温度扫描、频率扫描关联性较好,老化温度越高沥青的高温性能越好,抗车辙性能越优,但施工和易性下降,且温度超过163℃时老化速度快速增加。     

泡沫-泥浆-聚合物组合改良粗粒土塑流性及渗透性特征研究

土压平衡盾构在富水粗粒土地层中掘进时易发生喷涌现象，仅采用泡沫改良往往无法满足渣土抗渗性要求，膨润土泥浆虽能增强泡沫堵水效果，且具有一定的稳泡作用，但在水压较高、颗粒较粗的条件下泥浆容易流失，需引入高分子聚合物进行组合改良。针对泡沫-膨润土泥浆-聚丙烯酰胺(PAM)组合改良砾砂，开展坍落度试验与渗透试验。试验结果表明：黏性较小的泡沫与膨润土泥浆难以稳定赋存在砾砂的较大孔隙中，改良土呈散粒状且易析浆、析泡沫；加入高分子聚合物能将土颗粒聚团并减小土体内摩擦角，从而提高改良土塑性及流动性，避免析浆、析泡沫。高分子聚合物含量较低时膨润土泥浆与泡沫在渗流过程中容易流失，改良土渗透系数将在短时间内突破10^-4 m·s^-1,不满足盾构掘进过程中渣土渗透系数小于10^-5 m·s^-1的持续时间要大于90 min的抗渗要求；增加高分子聚合物含量能延长渗透系数初始稳定期并显著减小渗流末期渗透系数，改良土渗透系数能长期稳定在10^-5 m·s^-1以下，且高分子聚合物含量越高，渗透系...     

超深地下连续墙槽壁位移及泥浆配制技术研究

依托昆明地铁#4线火车北站基坑工程,对超深地下连续墙成槽施工进行数值模拟,探讨了不同成槽顺序与泥浆重度下槽壁位移与地表沉降变化规律.研究结果表明:泥浆重度是成槽稳定的关键因素,而成槽顺序对周围土层位移影响较小;采用聚丙烯酸钠代替传统CMC作增黏剂配制新型环保聚合物泥浆,通过现场泥浆配置试验方法,确定了泥浆配比合理参数;...