一种泥水盾构引起地层动态水力特征曲线的分析方法技术

本发明专利技术提供了一种泥水盾构引起地层动态水力特征曲线的分析方法。该方法包括：获取当前盾构掘进的泥浆参数和地层参数；根据泥浆参数和地层参数计算不同泥浆浓度及膨润土密度对应的浆液粘度，计算不同浆液粘度及地层初始孔隙率对应的地层渗透系数；根据泥浆颗粒质量守恒建立同时考虑浆液渗透和膨润土颗粒沉积的数学模型；将地层渗透系数和泥浆粘度作为考虑浆液渗透和膨润土颗粒沉积的数学模型的输入变量，通过求解同时考虑浆液渗透和膨润土颗粒沉积的数学模型，得到泥水盾构引起的地层水力特征曲线。本发明专利技术方法可以依靠盾构当前掘进段的地质参数和泥浆参数，简单快速评估地层水压变化，为盾构施工安全提供决策基础。为盾构施工安全提供决策基础。为盾构施工安全提供决策基础。

【技术实现步骤摘要】
一种泥水盾构引起地层动态水力特征曲线的分析方法


[0001]本专利技术涉及盾构掘进
，尤其涉及一种泥水盾构引起地层动态水力特征曲线的分析方法。

技术介绍

[0002]泥水盾构掘进时，由于泥浆的入渗会引起地层中的超孔隙水压力的上升和消散，这种动态水力特征会导致土体的有效应力降低，不利于盾构开挖面土体的稳定性，严重时会造成隧道坍塌、邻近结构损毁的重大事故。因此，评估泥水盾构掘进引起的地层动态水力特征曲线具有重要意义。
[0003]目前，现有技术中的一种估泥水盾构掘进引起的地层动态水力特征方法通过现场埋设水压传感器的方法来分析地层水压变化。该方法的缺点为：传感器布置难以覆盖整条线路，且布置在盾构开挖面前方的土体里会影响盾构正常掘进；盾构泥浆引起的水压上升和消散变化剧烈，仅依靠现场监测难以实时捕捉水压变化全过程；现场监测需用钻机打深孔，然后埋入水压力计，耗时耗力，导致工程成本的升高。

技术实现思路

[0004]本专利技术的实施例提供了一种泥水盾构引起地层动态水力特征曲线的分析方法，以实现有效地获取盾构掘进引起的地层中水压动态变化规律。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案。
[0006]一种泥水盾构引起地层动态水力特征曲线的分析方法，包括：
[0007]获取当前盾构掘进的泥浆参数和地层参数；
[0008]根据泥浆参数和地层参数计算不同泥浆浓度及膨润土密度对应的浆液粘度，计算不同浆液粘度及地层初始孔隙率对应的地层渗透系数；
[0009]根据泥浆颗粒质量守恒建立同时考虑浆液渗透和膨润土颗粒沉积的数学模型；
[0010]将地层渗透系数和泥浆粘度作为所述同时考虑浆液渗透和膨润土颗粒沉积的数学模型的输入变量，通过求解所述同时考虑浆液渗透和膨润土颗粒沉积的数学模型，得到泥水盾构引起的地层水力特征曲线。
[0011]优选地，所述的获取当前盾构掘进的泥浆参数和地层参数，包括：
[0012]分别获取当前盾构掘进的泥浆参数和地层参数，泥浆参数包括：泥浆浓度、粘度和粒径，地层参数包括：渗透系数、孔隙率和有效粒径。
[0013]优选地，所述的根据泥浆参数和地层参数计算不同泥浆浓度及膨润土密度对应的浆液粘度，计算不同浆液粘度及地层初始孔隙率对应的地层渗透系数，包括：
[0014]通过采集到的泥浆参数和地层参数，采用泥浆粘度定量评价公式(1
‑
1)计算不同泥浆浓度及膨润土密度对应的浆液粘度，采用地层等效渗透系数公式(1
‑
2)计算不同浆液粘度及地层初始孔隙率对应的地层渗透系数。
[0015][0016][0017]其中，μ
f
为悬浮液粘度，μ
w
为水的初始粘度，α为粘度参数，C
L
为泥浆中膨润土颗粒的质量浓度，ρ
s
为膨润土颗粒的干密度，k0为天然土体的渗透系数，k为泥浆入渗后土体的等效渗透系数，为天然土体的孔隙率，为泥浆入渗后土体的等效孔隙率。
[0018]优选地，所述的根据泥浆颗粒质量守恒建立同时考虑浆液渗透和膨润土颗粒沉积的数学模型，包括：
[0019]基于泥浆重度、储水系数、沉积系数、地层厚度和静水头参数，根据泥浆颗粒质量守恒方程(1
‑
3)和(1
‑
4)建立同时考虑浆液渗透和膨润土颗粒沉积的数学模型；
[0020][0021][0022]其中，λ为地层沉积系数，v为泥浆渗流速度，d为弱透水层厚度，x为渗流方向距离， t为渗流时间，p为超孔隙水压力，k1为弱透水层的渗透系数，为泥浆颗粒沉积后的地层孔隙率，d为弱透水层的厚度，H为承压层厚度，h为静水头高度，S
S
为地层储水系数， C
W
为单位体积泥浆中含水体积分数；
[0023]式(1
‑
3)和(1
‑
4)的边界条件为：
[0024][0025]其中，p0为开挖面处的超孔隙水压力，在掘进段，p0为泥水压力与地层静水压力的差值，停机时，p0＝0，C
L0
为泥浆初始浓度,其数值不随时间变化。
[0026]优选地，所述的将地层渗透系数和泥浆粘度作为所述同时考虑浆液渗透和膨润土颗粒沉积的数学模型的输入变量，通过求解所述同时考虑浆液渗透和膨润土颗粒沉积的数学模型，得到泥水盾构引起的地层水力特征曲线，包括：
[0027]选择开挖面处超孔隙水压力、入渗时间、地层渗透系数、地层孔隙率、地层储水系数、承压层厚度、地层有效粒径、渗滤系数、泥浆浓度和泥浆粘度作为所述考虑浆液渗透和膨润土颗粒沉积的数学模型的输入变量，超孔隙水压力为所述考虑浆液渗透和膨润土颗粒沉积的数学模型的输出变量，求解输出不同参数组合下的泥水盾构引起的超孔隙水压力随入渗时间或距离的变化曲线。
[0028]由上述本专利技术的实施例提供的技术方案可以看出，本专利技术提出的泥水盾构引起地层动态水力特征曲线的分析方法可以依靠盾构当前掘进段的地质参数和泥浆参数，简单快速评估地层水压变化，为盾构施工安全提供决策基础。
[0029]本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变
得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0030]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0031]图1为本专利技术实施例提供的一种泥水盾构引起地层动态水力特征曲线的分析方法的处理流程图；
[0032]图2为本专利技术实施例提供的一种动态水力特征曲线示意图。
具体实施方式
[0033]下面详细描述本专利技术的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。
[0034]本
技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本专利技术的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
[0035]本
技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本专利技术所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种泥水盾构引起地层动态水力特征曲线的分析方法，其特征在于，包括：获取当前盾构掘进的泥浆参数和地层参数；根据泥浆参数和地层参数计算不同泥浆浓度及膨润土密度对应的浆液粘度，计算不同浆液粘度及地层初始孔隙率对应的地层渗透系数；根据泥浆颗粒质量守恒建立同时考虑浆液渗透和膨润土颗粒沉积的数学模型；将地层渗透系数和泥浆粘度作为所述同时考虑浆液渗透和膨润土颗粒沉积的数学模型的输入变量，通过求解所述同时考虑浆液渗透和膨润土颗粒沉积的数学模型，得到泥水盾构引起的地层水力特征曲线。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的获取当前盾构掘进的泥浆参数和地层参数，包括：分别获取当前盾构掘进的泥浆参数和地层参数，泥浆参数包括：泥浆浓度、粘度和粒径，地层参数包括：渗透系数、孔隙率和有效粒径。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的根据泥浆参数和地层参数计算不同泥浆浓度及膨润土密度对应的浆液粘度，计算不同浆液粘度及地层初始孔隙率对应的地层渗透系数，包括：通过采集到的泥浆参数和地层参数，采用泥浆粘度定量评价公式(1
‑
1)计算不同泥浆浓度及膨润土密度对应的浆液粘度，采用地层等效渗透系数公式(1
‑
2)计算不同浆液粘度及地层初始孔隙率对应的地层渗透系数。初始孔隙率对应的地层渗透系数。其中，μ
f
为悬浮液粘度，μ
w
为水的初始粘度，α为粘度参数，C
L
为泥浆中膨润土颗粒的质量浓度，ρ
s
为膨润土颗粒的干密度，k0为天然土体的渗透系数，k为泥浆入渗后土体的等效渗透系数，为天然土体的孔隙率，为泥浆入渗后土体的等效孔隙率。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：金大龙，袁大军，李兴高，姚占虎，成晓青，曾德成，勾常春，杨引尊，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：