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论文速递|一种适用于强流动性盾构渣土的新型三轴仪的验证与应用

2023-06-25 17:37:43   368   打印

采用常规三轴仪对强流动性干砂进行三轴试验,需在试样内部形成真空环境以保持试样直立不变形,然而该成型方法不适用于强流动性盾构泡沫改良渣土,真空负压作用会加速渣土内泡沫消散,破坏其原有细观结构。本文在常规三轴仪的基础上设计了土样成型系统,自主研发了一种普适于各类强流动性土的新型三轴仪。通过对比由常规和新型三轴仪获得的干砂应力-应变曲线和抗剪强度指标,验证了新型三轴仪的可靠性。重点分析了泡沫改良砾质土的不固结不排水三轴剪切力学特性,阐释了泡沫改良砾质土不同于一般土的剪缩机制。新型三轴仪的成功研制克服了传统三轴试验方法的限制,为强流动性泡沫改良渣土的剪切力学行为研究提供了新的手段,研究成果有助于开发适用于泡沫改良渣土的本构模型,进而为土压平衡盾构安全施工提供一定的理论指导。

论文主要研究结论:

 

1.新型三轴仪在常规三轴仪基础上利用土样成型系统,以对开网状圆模约束土样侧向变形,在初始围压作用下撤去圆模土样仍可以直立成型,解决了强流动性泡沫改良渣土三轴试验试样成型困难这一问题。

2.分别采用新型和常规三轴仪对干砂进行三轴试验,结果表明二者获得的应力-应变曲线和抗剪强度指标较为一致,这有力证明了新型三轴仪的可靠性。

3.利用新型三轴仪对含水率45%、泡沫注入比40%的强流动性泡沫改良砾质土进行不固结不排水三轴试验,发现不同围压下土样均呈现出应力硬化现象,剪切过程中泡沫收缩且土样发生剪缩现象,土样内摩擦角几乎为0°,粘聚力为0.55kPa。

4.新型三轴仪可用于分析盾构泡沫改良渣土的三轴剪切力学行为,进一步基于弹塑性力学、多孔介质理论和临界状态土力学等理论,可研究剪切过程中泡沫改良渣土变形和强度特征的变化规律。

 

 

图1 泡沫改良渣土成型原理示意

图2 土样成型控制三轴试验仪:a)仪器示意图;b)仪器实物图

 

图3 剪切过程泡沫改良砾质土应力应变曲线

 

 

图4 剪切过程泡沫改良砾质土体积变化曲线


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