土压平衡盾构土体改良微观机理试验研究

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1、土压平衡盾构土体改良微观机理试验研究英文题目：Researchonmicro-structuralmechanismofconditioningtheexcavatedsoilinEarthPressureBalancedTBM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本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方

2、外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的论文在解密后应遵守此规定）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

3、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

4、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

5、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

6、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-I-ABSTRACTInthesubjectwerefertotheresearchresultsonfoamimprovedsoilathomeandabroad.Foamthatmeettherequirementsofshieldconstructionis

7、generatedthroughthefoamgeneratingdevice,andthenthefoam’sbasicproperty(half-lifetimeandfoamexpansionratio)ismeasuredtodrawaconclusionabouttheeffectoffoammasscontentonfaom’sproperty,accordingtowhichthebestmasscontentisdetermindinshieldtunnelingconstruction.

8、Soilsampleistakenfromtunnelconstructionsite.Withthesesoilsamples,indoorsoiltestisconductedtomeasuretheproperty.Thesoilsamplesarealsobeendriedandconductedslumptestwithdifferentwatercontent.Withtheslumptestresults,slu