南京緯三合段盾構(gòu)壁后注漿固結(jié)不排水剪切試驗(yàn)研究

南京緯三合段盾構(gòu)壁后注漿固結(jié)不排水剪切試驗(yàn)研究

1管片、地表沉降特性的研究近年來(lái)，我國(guó)隧道業(yè)的發(fā)展尤其是在城市地鐵、濱河公路和海床上的建設(shè)中，為提高乘坐水平。針對(duì)盾構(gòu)隧道壁后注漿的研究主要集中在充填性能、早期強(qiáng)度、注入盾尾后的體積變形以及壁后注漿對(duì)管片和地表沉降的影響等方面。在漿體的充填性能研究方面,王樹(shù)清等在漿體的早期強(qiáng)度研究方面,BezuijenA.在漿體的固結(jié)變形研究方面,KomiyaK.在壁后注漿對(duì)管片和地表沉降的影響研究方面,ThomasKasper等為了控制地表沉降以及防止管片上浮,漿體需要一定的早期強(qiáng)度。因此,有必要對(duì)其早期強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行研究。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)漿體早期強(qiáng)度的研究一般采用固結(jié)儀測(cè)試固結(jié)過(guò)程,以及利用十字板剪切儀進(jìn)行強(qiáng)度測(cè)試,無(wú)法將固結(jié)和剪切過(guò)程統(tǒng)一起來(lái)。而三軸試驗(yàn)可以將土體的固結(jié)和剪切過(guò)程統(tǒng)一起來(lái),從而系統(tǒng)地研究土體的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系。本文利用WeiZhu等2試驗(yàn)材料和方法2.1充填顆粒分級(jí)配硬性注漿材料主要為水泥、粉煤灰、粉細(xì)砂、膨潤(rùn)土、水、添加劑(減水劑)。惰性注漿材料將水泥用石灰石粉代替,選用了和水泥級(jí)配相同的石灰石粉,顆粒級(jí)配如圖1所示。在此針對(duì)該工程中使用的惰性漿A和硬性漿B進(jìn)行試驗(yàn),兩種注漿材料配比如表1所示。其中,水泥為32.5R普通硅酸鹽水泥,粉煤灰為Ⅲ級(jí)粉煤灰,膨潤(rùn)土為鈣基膨潤(rùn)土,砂子為江西贛江細(xì)砂,顆粒級(jí)配如圖2所示,屬于細(xì)砂。兩種漿體材料的常規(guī)工程指標(biāo)如表2所示。2.2切cu試驗(yàn)本文利用非自立性材料的三軸試驗(yàn)對(duì)兩種壁后注漿材料進(jìn)行固結(jié)不排水剪切(CU)試驗(yàn),具體的試驗(yàn)方法和儀器的改造見(jiàn)文獻(xiàn)[19]。對(duì)兩種漿體分別設(shè)定三種圍壓水平,分別為50,100和200kPa,三軸剪切儀采用南京自動(dòng)化設(shè)備廠生產(chǎn)的SJ-1A型三軸剪切儀。3試驗(yàn)結(jié)果及分析3.1固結(jié)過(guò)程中孔壓的變化惰性漿A和硬性漿B在三種圍壓下進(jìn)行固結(jié)時(shí)的孔壓消散曲線(xiàn)如圖3所示。其特征主要有:(1)兩種漿體在施加不同圍壓后產(chǎn)生的孔壓大小等于施加的圍壓,固結(jié)完成時(shí)孔壓都趨向于零。(2)兩種漿體在三種圍壓下進(jìn)行固結(jié)時(shí),孔壓消散完成時(shí)所需要的時(shí)間都很短,都小于10min,這與本工程中使用的材料的性質(zhì)是相關(guān)的。(3)兩種漿體孔壓消散曲線(xiàn)的趨勢(shì)相似,孔壓的變化都經(jīng)歷一個(gè)由快到慢的過(guò)程。剛開(kāi)始固結(jié)時(shí)孔壓消散的速率較快,固結(jié)的后期孔壓減小的速率較慢。3.2固結(jié)壓力對(duì)固結(jié)體應(yīng)變曲線(xiàn)的影響惰性漿A和硬性漿B在三種圍壓下固結(jié)過(guò)程中的體應(yīng)變曲線(xiàn)如圖4所示。從圖中可知,兩種漿體的固結(jié)體應(yīng)變特點(diǎn)為:(1)兩種漿體的固結(jié)體應(yīng)變曲線(xiàn)均符合指數(shù)函數(shù)的分布形式y(tǒng)=c(2)兩種漿體在固結(jié)的初始階段體應(yīng)變速率較快,在固結(jié)結(jié)束階段體應(yīng)變趨于穩(wěn)定;兩種漿體的固結(jié)體應(yīng)變隨固結(jié)壓力的增大而增大。(3)兩種漿體的固結(jié)體應(yīng)變不同,整個(gè)固結(jié)過(guò)程中惰性漿A的體應(yīng)變?yōu)?%~9%,硬性漿B的體應(yīng)變?yōu)?%~11%,且在同一固結(jié)壓力下,惰性漿A的體應(yīng)變小于硬性漿B的體應(yīng)變。3.3應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線(xiàn)圖5、圖6分別為兩種注漿材料在各級(jí)圍壓下軸向應(yīng)力-應(yīng)變、超靜孔隙水應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線(xiàn)對(duì)比情況。從圖中可知:(1)軸向應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線(xiàn)中,兩種漿體的軸向應(yīng)力均隨著應(yīng)變的增加而增加,兩種漿體在剪切過(guò)程中應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系都呈現(xiàn)出應(yīng)變硬化的特點(diǎn)。在相同圍壓下兩種漿體的軸向應(yīng)力大致相等。(2)超靜孔隙水應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線(xiàn)中,兩種漿孔壓隨著應(yīng)變的增加而先增大后減小,在一定應(yīng)變時(shí)出現(xiàn)峰值。其說(shuō)明惰性漿A和硬性漿B在剪切過(guò)程中都呈現(xiàn)出剪縮和剪脹的現(xiàn)象。4固結(jié)不排水剪切特性在三軸固結(jié)不排水剪切試驗(yàn)中,若軸向應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系中出現(xiàn)最大軸向應(yīng)力q圖7為兩種漿體材料的不排水強(qiáng)度S針對(duì)兩種注漿材料的固結(jié)不排水剪切(CU)三軸試驗(yàn)結(jié)果,按照摩爾-庫(kù)侖破壞準(zhǔn)則進(jìn)行整理,可得兩種漿體的粘聚力c、內(nèi)摩擦角φ和有效粘聚力c′、有效內(nèi)摩擦角φ′,如表3所示。從表中可知,兩種漿體各自相應(yīng)的參數(shù)相差不大。由此可見(jiàn),硬性漿B中較低的水泥含量對(duì)兩種漿體早期的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)影響不大。5固結(jié)過(guò)程中孔壓本底的影響本文中研究的兩種壁后注漿體孔壓消散到0時(shí)所需要的時(shí)間較少,兩種漿體在三種圍壓條件下的消散完成所需要的時(shí)間大致相同,大約為9min,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于文獻(xiàn)[19]中的漿體孔壓消散完成所需的時(shí)間(惰性漿孔壓消散完成所需要的時(shí)間為80min)。對(duì)上述漿體的各組分進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn)膨潤(rùn)土的吸水膨脹性對(duì)漿體的孔壓消散有重要的影響。本工程中使用的膨潤(rùn)土的膨脹指數(shù)為5ml/2g,屬于鈣基膨潤(rùn)土;而文獻(xiàn)中使用的膨潤(rùn)土的膨脹指數(shù)為38ml/2g,屬于鈉基膨潤(rùn)土。因此,在此工程中使用的膨潤(rùn)土保水能力不強(qiáng),在固結(jié)過(guò)程中孔壓消散的速度較快。在工程中使用的惰性漿和硬性漿在固結(jié)過(guò)程中發(fā)生的體應(yīng)變都比較小,且兩者相差不大。惰性漿的體應(yīng)變小于硬性漿的體應(yīng)變,這是因?yàn)槎栊詽{的密度大于硬性漿的密度(表2)。此外,由于硬性漿中水泥的含量較少,水泥的水化作用過(guò)程和水化產(chǎn)物對(duì)固結(jié)過(guò)程中的體應(yīng)變影響較小。在本工程中使用的惰性漿A和硬性漿B的固結(jié)不排水強(qiáng)度S6固結(jié)過(guò)程中體應(yīng)變的變化利用改進(jìn)的三軸試驗(yàn)對(duì)南京緯三路過(guò)江通道盾構(gòu)壁后注漿進(jìn)行固結(jié)不排水剪切試驗(yàn),得到如下結(jié)論:(1)本工程中使用的兩種漿體屬于密度較大的漿體,因此在固結(jié)過(guò)程中產(chǎn)生的體應(yīng)變較小,并且惰性漿A的密度略大于硬性漿B的密度,從而導(dǎo)致惰性漿