一种模拟盾构隧道软弱加固层的相似材料及试验方法技术

本发明专利技术公开了一种模拟盾构隧道软弱加固层的相似材料及试验方法，包括以下重量份的组分：石英砂1份、河沙1份、重晶石粉0.5份、硅藻土0.1份、水0.6～0.85份、石膏0.17～0.53；本发明专利技术采用石膏作为胶结材料，能大幅度的减少初凝、终凝和养护时间，室内试验测试数据更加准确与可靠，能为今后的盾构隧道工程的设计、施工与维护提供准确与可靠的试验依据。

【技术实现步骤摘要】
一种模拟盾构隧道软弱加固层的相似材料及试验方法
本专利技术涉及土木工程材料科学
，具体涉及一种模拟盾构隧道软弱加固层的相似材料及试验方法。
技术介绍
目前城市地下工程发展越来越快，尤其是城市地铁与综合管廊的快速建设；由于地下工程位于地表下面，地下工程在建设过程中存在很大的安全隐患；往往城市布局相对较密集，交通设施相对集中，因此地下工程的修建影响地层上方的道路、高架桥、建筑物、普通铁路与高速铁路等重要的结构；在地下工程修建前，需要对影响范围内地层进行加固，保证地层的稳定性；在地下工程施工过程中，使上部地层具有一定稳定性，保证上部结构安全；为了保证修建过程中地层与上部结构安全，需要进行大量的理论计算、模型计算、室内实验与现场试验；在实际工程中，由于现场复杂、施工难度大、施工风险大于周边结构物干扰等原因，一般难以开展现场试验；必须通过先采用室内模型试验，根据其相似原理和相似准则进行试验，得到加固结构的各项数据和性能，为隧道的设计和施工提供试验依据；目前，施工现场常用的地层加固有注浆法、旋喷桩法、管棚支护法与管幕支护法等；针对不同的地质条件与上部结构形式，选取合适的加固方式，使地层具有一定的承载能力，保证上部结构安全。因此，在室内模型试验中，应该考虑不同的加固工艺对软弱地层与上部结构的影响，以真实反映实际工作情况。目前软弱地层模型试验中加固层采用以水泥作为其胶结材料，其水泥与水的化学反应很缓慢，达到其设定的强度需要养护时间漫长，造成整个试验时间成本昂贵，同时影响后续工序的开展；由于时缩尺试验，往往其水灰比较大，造成不同区域需要采取不同的加固措施，往往一种加固方式不能解决所有的问题；因此，室内模拟试验能不能真实的接近实际工程，导致室内模型试验方法的试验结果误差大、可靠性低，不能为隧道工程的设计、施工与维护提供准确、可靠的试验依据。现有的室内实验模拟混凝土类加固材料一般采用以细级配碎石为骨料、水泥为胶结材料与水进行拌合；水泥与水的水化时间过长，初凝一般要1～3h，终凝一般要5～8h，养护28d才能达到其设计强度；严重的影响后续加固层铺装或者其它工序；由于室内试验一般为缩尺试验，若利用水泥为胶结材料，往往导致水灰比过大、材料的初凝、终凝与养护时间往往时间更长；造成加固层的强度变化范围较大，试验具有很大的离散性，同时试验的时间成本大大的增加；在研究不同的加固方式对试验结果的影响时，目前室内试验没有系统给出不同加固层的配合比来满足试验需求。
技术实现思路
本专利技术提供一种采用石膏作为胶结材料，能大幅减少初凝、终凝和养护时间的模拟盾构隧道软弱加固层的相似材料及试验方法。本专利技术采用的技术方案是：一种模拟盾构隧道软弱加固层的相似材料，包括以下重量份的组分：石英砂1份、河沙1份、重晶石粉0.5份、硅藻土0.1份、水0.6～0.85份、石膏0.17～0.53。进一步的，所述河沙为中细沙，粒度按重量计配比如下：20目～25目10%、25目～30目20%、30目～40目13.3%、40目～60目27.8%、60目～100目16.7%、100目～200目12.2%。进一步的，所述重晶石粉粒度为400目，硫酸钡含量为98%，密度为4.2g/cm3。进一步的，所述石英砂粒度为20～40目，二氧化硅含量95%，密度为2.65g/cm3。进一步的，所述硅藻土粒度为325目，二氧化硅含量为85%，密度0.49g/cm3。进一步的，所述石膏为α型半水石膏，粒度为200目，石膏含量为95%，标准稠度为74%，密度为2.3g/cm3。一种模拟盾构隧道软弱加固层的相似材料试验方法，包括以下步骤：步骤1：确定加固层工艺与材料，确定是否为混凝土类加固材料，若是转入步骤2，否则退出；步骤2：将加固材料按照相似原则等效换算为混凝土类材料强度；步骤3：根据步骤2得到的混凝土类材料强度，选择相似材料配合比；步骤4：拌合后，将其制备为抗压试验样品；步骤5：对步骤4得到的样品进行单轴抗压强度试验，测定其物理参数；步骤6：若步骤5得到的物理参数符合目标材料要求，则结束；若不符合要求，则转入步骤3，直到符合要求为止。本专利技术的有益效果是：（1）本专利技术采用石膏作为胶结材料，能大幅度的减少初凝、终凝和养护时间；（2）本专利技术通过合理控制石膏比的范围，减少了试验时间成本，可缩减加固层铺装的循环周期，能大幅度的提高室内试验效率，同时不影响后续的试验工序开展；（3）本专利技术使室内试验测试数据更加准确与可靠，能为今后的盾构隧道工程的设计、施工与维护提供准确与可靠的试验依据。附图说明图1为本专利技术试验方法的流程示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步说明。一种模拟盾构隧道软弱加固层的相似材料，包括以下重量份的组分：石英砂1份、河沙1份、重晶石粉0.5份、硅藻土0.1份、水0.6～0.8份、石膏0.17～0.85。上述材料比均为重量比，实验配比过程中可以乘以某一个重量作为其配比质量。河沙为中细沙，粒度按重量计配比如下：20目～25目10%、25目～30目20%、30目～40目13.3%、40目～60目27.8%、60目～100目16.7%、100目～200目12.2%；具体为干燥状态的中细沙，密度1.89g/cm3。重晶石粉粒度为400目，硫酸钡含量为98%，密度为4.2g/cm3。石英砂粒度为20～40目，二氧化硅含量95%，密度为2.65g/cm3。硅藻土粒度为325目，二氧化硅含量为85%，密度0.49g/cm3。石膏为α型半水石膏，粒度为200目，石膏含量为95%，标准稠度为74%，密度为2.3g/cm3。相似材料配方中，石英砂与河沙作为骨料成分，重晶石粉为配重作用，硅藻土为助滤剂作用，石膏为胶黏剂，水为水化作用。本专利技术中试验方法基于室内缩尺比例为1:10的试验，将不同的加固工序等效为实际混凝土等级，然后根据混凝土等级给出不同加固工序的配合比范围。一种模拟盾构隧道软弱加固层的相似材料试验方法，包括以下步骤：步骤1：确定加固层工艺与材料，确定是否为混凝土类加固材料，若是转入步骤2，否则退出；步骤2：根据加固材料的物理特性，将加固材料按照相似原则等效换算为混凝土类材料强度；步骤3：根据步骤2得到的混凝土类材料强度，选择相似材料配合比；步骤4：充分拌合材料，将其制备为抗压试验样品；选用直径50mm与高度100mm的空心圆筒作为抗压模具，制作3个抗压试块，待其达到一定强度完成脱模工作，在室温20±2℃、空气干燥的条件下养护24h；步骤5：对步骤4得到的样品进行单轴抗压强度试验，测定其物理参数；步骤6：若步骤5得到的物理参数符合目标材料要求，则结束；若不符合要求，则转入步骤3适当更改石膏或者水的比例，直到符合要求结束配合比选取工作。实施例1一种模拟盾构隧道软弱加固层的相似材料，包括以下重量份的组分：石英砂1份、河沙1份、重晶石粉0.5份、硅藻土0.1份、水0.8～0.85份、石膏0.17～0.23。一种模拟盾构隧道软弱加固层的相似材料试验方法，包括以下步骤：步骤1：确定加固层工艺与材料，确定是否为混凝土类加固材料，若是转入步骤2，否则退出；步骤2：根据加固材料的物理特性，将加固材料等效换算为混凝土类材料强度，等效强度为C20；步骤3：根据步骤2得到的混凝土类材料强度，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模拟盾构隧道软弱加固层的相似材料，其特征在于，包括以下重量份的组分：石英砂1份、河沙1份、重晶石粉0.5份、硅藻土0.1份、水0.6～0.85份、石膏0.17～0.53。

【技术特征摘要】
1.一种模拟盾构隧道软弱加固层的相似材料，其特征在于，包括以下重量份的组分：石英砂1份、河沙1份、重晶石粉0.5份、硅藻土0.1份、水0.6～0.85份、石膏0.17～0.53。2.根据权利要求1所述的一种模拟盾构隧道软弱加固层的相似材料，其特征在于，所述河沙为中细沙，粒度按重量计配比如下：20目～25目10％、25目～30目20％、30目～40目13.3％、40目～60目27.8％、60目～100目16.7％、100目～200目12.2％。3.根据权利要求1所述的一种模拟盾构隧道软弱加固层的相似材料，其特征在于，所述重晶石粉粒度为400目，硫酸钡含量为98％，密度为4.2g/cm3。4.根据权利要求1所述的一种模拟盾构隧道软弱加固层的相似材料，其特征在于，所述石英砂粒度为20～40目，二氧化硅含量95％，密度为2.65g/cm3。5.根据权利要求1所述的一种模拟盾构隧道...

【专利技术属性】
技术研发人员：漆泰岳，钱王苹，梁孝，晋智毅，张劲，黄晓东，冀维都，易海洋，雷波，李延，李宗阳，覃少杰，于洋洋，蒲炳荣，陈桂龙，赵晴，龚雨晨，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51