一种黏性土地层中盾构泥饼堵塞风险程度的评价方法技术

本发明专利技术公开了一种黏性土地层中盾构泥饼堵塞风险程度的评价方法，步骤是：1)、液塑限测定：取原状土；2)、制备重塑土样：使用研磨机将原状土研磨成颗粒粒径的粉末，加入去离子水；3)、计算稠度指标：通过控制其稠度指标I

【技术实现步骤摘要】
一种黏性土地层中盾构泥饼堵塞风险程度的评价方法


[0001]本专利技术属于岩土工程中的室内测试
，更具体涉及一种黏性土地层中盾构泥饼堵塞风险程度的评价方法，它适用于确定黏性土地层隧道盾构掘进过程中的堵塞风险程度评价。

技术介绍

[0002]随着城市地下空间的不断扩大，土压平衡和泥水盾构隧道掘进机因其具有经济合理性、地层适应性强、安全性强、清洁环保等优势已经成为了最普遍使用的隧道开挖方法之一。然而，当盾构掘进机穿过黏土地层时，刀盘容易被黏性土附着，出现泥饼现象。若刀盘设计或施工处理措施不当，粘性很强的黏土可能会粘附在掘进机的表面上，并导致其部件(包括切割轮、切割工具、开挖腔和卸料系统)甚至整个隧道设备出现严重堵塞问题。一旦发生堵塞，隧道开挖掘进的过程中往往会出现相应的工程问题(如滚刀盘卡死、开挖过程中的堵塞或故障)，甚至使得盾构机完全丧失掘进能力，进而可能导致严重的安全隐患和工程事故。此时，必须停止开挖并清理刀面或抽取室中的黏土泥饼，这也大大提升了时间成本和并影响了工程施工的效率。因此，为了避免盾构泥饼堵塞对隧道开挖过程带来的负面影响，就必须对开挖隧道之前确定黏性土土层的堵塞可能性进行研究，为后续隧道掘进工程提供可靠参考。
[0003]盾构泥饼堵塞形成的实质是渣土与金属界面的粘附机理的问题，因此以黏性土—金属界面的粘附为切入点，是评价盾构堵塞风险的重要手段。目前岩土力学中对黏性土的金属界面粘附程度评价主要通过室内试验法进行，例如圆锥拉拔法、十字板剪切法、直剪法等，其中圆锥拉拔法为最常用的方法(Alberto
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Hernandez,Y.,Kang,C.,Yi,Y.,Bayat,A.,2018.Mechanical properties of clayey soil relevant for clogging potential.International Journal of Geotechnical Engineering 12(6),529
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536)(Barzegari,G.,Tirkhooni,M.,Khabbazi,A.,2020.Experimental assessment of clayey layers for clogging of TBM in Tabriz subway lines.Tunnelling and Underground Space Technology 105,103560)。然而，目前我国还未有专门用于指导盾构掘进中附着力测量的标准化试验方法，并且由于现有技术方法具有一定的试验难度，测得的黏性土地层的盾构堵塞风险评价指标不统一，因此，在实际工程中难以准确评价黏土层盾构泥饼的堵塞风险。
[0004]综上所述，可以发现，黏土层盾构泥饼的堵塞风险的准确评价能为工程人员提供盾构隧道开挖设计的参考，预防盾构隧道开挖后遇到泥饼堵塞造成的工程问题。而到目前为止，针对这一问题尚未有学者提出一个标准化的测试流程与合理的评价方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处，是在于提供了一种黏性土地层中盾构泥饼堵塞风险程度的评价方法，能有效的解决了目前技术方法难以直接准确评价黏性土
地层的盾构堵塞风险的技术问题。
[0006]为了实现上述的目的，本专利技术采用以下技术措施：
[0007]一种黏性土地层中盾构泥饼堵塞风险程度的评价方法，包括以下步骤：
[0008]1、液塑限测定：取原状土，根据《土工试验方法标准》(GB/T 50123
‑
2019)进行液塑限的测试，对于同一种土样应进行3次平行试验，取3次平行试验结果的平均值作为土体的液限w
L
，塑限w
P
。
[0009]2、制备重塑土样：使用研磨机(市场购置普通研磨机)将原状土研磨成颗粒粒径小于0.075mm左右的粉末，随后向土粉末中加入去离子水，在保证试样的含水率分别为w
i
(i＝1、2、3、4、5)的条件下，通过环刀制样器(市场购置普通环刀制样器)和直径为61.8mm左右、高度为20mm左右的标准环刀(市场购置普通环刀)制备试样。制备完毕后，将试样放入单杠杆高压固结仪(WG
‑
1C)中，施加60kPa的压力进行固结，持续时间24h左右。
[0010]3、计算稠度指标：通过控制其稠度指标I
c
的值呈梯度变化，制备5种不同I
c
值的试样。其中，每种样品的稠度指标I
ci
根据公式计算。
[0011]上述公式中的w
i
为含水率、w
L
为液限、w
P
为塑限。
[0012]4、组装泥饼堵塞试验装置：将第一升降架、第二升降架穿过上底座，并分别用第一固定扣、第二固定扣固定。压缩活塞推入上接头中，并用卡扣和卡扣片固定。试验装置组装完毕后，将环刀卡入装样槽中，依次放入第一透水石、试样和第二透水石。需要说明的是，第一升降架、第二升降架分别通过第三固定扣、第四固定扣固定在下底座上。轴力传感器与上底座焊接连接，上接头与轴力传感器焊接连接，装样槽与下底座通过第一螺丝、第二螺丝、第三螺丝、第四螺丝固定。
[0013]5、附着力测试：将仪器与计算机操作系统(普通)连接，使用计算机操作系统同时控制第一升降架和第二升降架以5mm/s的恒定速度下降，判断压缩活塞与试样接触并且压缩应力达到20kPa后，同时控制第一升降架和第二升降架的位置不变以保持试样受到恒定的压缩应力作用，持续稳定的时间，随后同时控制第一升降架和第二升降架以5mm/s的恒定速度上升。
[0014]6、最大附着力获取：测试过程中，应力
‑
时间关系示意图按照加载过程和不同曲线特征分为三个阶段：阶段I为压缩阶段，试样表现出受到压应力作用，应力小于0kPa大于
‑
20kPa；阶段II为拉伸阶段，试样表现出受到拉应力作用，应力大于0kPa小于20kPa；阶段III为分离阶段，应力在达到最大值(大于0k小于20kPa)后开始下降，试样逐渐与压缩夹具分离。根据应力
‑
时间关系示意图，记录下拉伸阶段和分离阶段的拐点所对应的应力大小。对于同一种试样，将试样取出、更换，重复步骤4和步骤5测试3次左右，测得3次拐点应力的平均值记为最大附着力σ
max
。
[0015]7、盾构泥饼堵塞风险评价：根据步骤1中测得的稠度指标I
c
以及步骤5中测得的最大附着力σ
max
，绘制出黏性土堵塞风险图。其中，稠度指数I
c
表示了土的软硬程度：I
c
小于0.5时，土被分类为软土或液态土；I
c
为0.5
‑
0.75时，土具有中等软硬程度，为中软土；I
c
大于0.75时，土属于刚性土或硬土。最大附着力σ
max
表示本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种黏性土地层中盾构泥饼堵塞风险程度的评价方法，其特征在于，其步骤是：1)、液塑限测定：取原状土，根据土工试验方法标准进行液塑限的测试，对于同一种土样应进行3次平行试验，取3次平行试验结果的平均值作为土体的液限w
L
，塑限w
P
；2)、制备重塑土样：使用研磨机将原状土研磨成颗粒粒径小于0.075mm的粉末，随后向土粉末中加入去离子水，在保证试样的含水率分别为w
i
(i＝1、2、3、4、5)的条件下，通过环刀制样器和直径为61.8mm、高度为20mm的标准环刀制备试样，制备后，将试样放入单杠杆高压固结仪中，施加60kPa的压力进行固结，持续时间24h；3)、计算稠度指标：通过控制其稠度指标I
c
的值呈梯度变化，制备5种不同I
c
值的试样，其中，每种样品的稠度指标I
ci
根据公式5计算；其中w
i
为含水率、w
L
为液限、w
P
为塑限；4)、组装泥饼堵塞试验装置：将第一升降架、第二升降架穿过上底座，并分别用第一固定扣、第二固定扣固定，压缩活塞推入上接头中，并用卡扣和卡扣片固定，试验装置组装后，将环刀卡入装样槽中，依次放入第一透水石、试样和第二透水石，第一升降架、第二升降架分别通过第三固定扣、第四固定扣固定在下底座上，轴力传感器与上底座焊接连接，上接头与轴力传感器焊接连接，装样槽与下底座通过第一螺丝、第二螺丝、第三螺丝、第四螺丝固定；5)、附着力测试：将仪器与计算机操作系统连接，使用计算机操作系统同时控制第一升降架和第二升降架以5mm/s的恒定速度下降，判断压缩活塞与试样接触并且压缩应力达到20kPa后，同时控制第一升降架和第二升降架的位置不变，持续稳定的时间，同时控制第一升降架和第二升降架以5mm/s的恒定速度上升；6)、最大附着力获取：测试过程中，应力
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时间关系示意图按照加载过程和不同曲线特征分为三个阶段：阶段I为压缩阶段，试样表现出受到压应力作用，应力小于0kPa大于
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20kPa；阶段II为拉伸阶段，试样表现出受到拉应力作用，应力大于0kPa小于20kPa；阶段III为分离阶段，应力在达到最大值大于0k...

【专利技术属性】
技术研发人员：张先伟，王港，徐倚晴，刘新宇，严蕾，高浩东，安然，梁柱，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：发明
国别省市：