泡沫-泥浆-聚合物组合改良粗粒土塑流性及渗透性特征研究

来源：中国血液净化杂志2023年第8期北京时间：

作者：王树英, 陈宇佳, 钟嘉政, 令凡琳

单位：1. 中南大学 土木工程学院, 湖南 长沙 410075;2. 中南大学 隧地工程研究中心, 湖南 长沙 410075;3. 中南大学 轨道交通工程结构防灾减灾湖南省重点实验室, 湖南 长沙 410075"],"fundList_en":["National Natural Science Foundation of China (52022112)

摘要：土压平衡盾构在富水粗粒土地层中掘进时易发生喷涌现象，仅采用泡沫改良往往无法满足渣土抗渗性要求，膨润土泥浆虽能增强泡沫堵水效果，且具有一定的稳泡作用，但在水压较高、颗粒较粗的条件下泥浆容易流失，需引入高分子聚合物进行组合改良。针对泡沫-膨润土泥浆-聚丙烯酰胺(PAM)组合改良砾砂，开展坍落度试验与渗透试验。试验结果表明：黏性较小的泡沫与膨润土泥浆难以稳定赋存在砾砂的较大孔隙中，改良土呈散粒状且易析浆、析泡沫；加入高分子聚合物能将土颗粒聚团并减小土体内摩擦角，从而提高改良土塑性及流动性，避免析浆、析泡沫。高分子聚合物含量较低时膨润土泥浆与泡沫在渗流过程中容易流失，改良土渗透系数将在短时间内突破10^-4 m·s^-1，不满足盾构掘进过程中渣土渗透系数小于10^-5 m·s^-1的持续时间要大于90 min的抗渗要求；增加高分子聚合物含量能延长渗透系数初始稳定期并显著减小渗流末期渗透系数，改良土渗透系数能长期稳定在10^-5 m·s^-1以下，且高分子聚合物含量越高，渗透系数降低效果越明显。合适塑流性的组合改良土不一定具有合适的渗透性，建议盾构在富水粗粒土地层中掘进时综合评价渣土塑流性和渗透性。最后，结合光学显微镜观察试验，探究泡沫-泥浆-聚合物组合改良机理。研究可知单用泡沫或泡沫与膨润土泥浆无法有效改良试验土，高分子聚合物能增大膨润土泥浆黏度，使改良剂有效填充于土体孔隙中，且能通过减缓泡沫排液、粗化、聚并等效应来增强泡沫稳定性，改善土体塑流性与抗渗性。

关键词：隧道工程,粗粒土,试验研究,组合改良剂,塑流性,渗透性,土压平衡盾构

基金资助：国家自然科学基金项目(52022112)