[发明专利]粘性地层渣土改良泡沫剂添加量确定方法

权利要求书

1.一种粘性地层渣土改良泡沫剂添加量确定方法，其特征在于：根据不同埋深和改良后土体黏聚力以及与钢板的摩擦系数，确定泡沫剂的添加量，所述确定最优泡沫比包括以下步骤：

(1)分别向每组渣土添加不同泡沫量；

(2)确定每组渣土的黏聚力和外摩擦角；

(3)分别拟合泡沫比与黏聚力外摩擦角函数关系；

(4)做渣土坍落度试验；

(5)构建坍落度与泡沫比之间关系曲线；

(6)由最优坍落度反算泡沫添加量；

所述粘性地层渣土改良方法包括以下步骤：

(1)从现场取回原原状土；

(2)确定算用泡沫剂类型，泡沫剂必须满足发泡倍率η≥15，泡沫剂在规定压强下所产生泡沫的半衰期t1/2≥5min；

(3)按照不同泡沫比ζ，向原状土中注入泡沫。制作一系列三轴试验所用渣土。对不同泡沫比的渣土，分别进行三组不固结不排水三轴试验，得到一系列渣土的抗剪强度，绘制每种泡沫比渣土p-q曲线，通过对p-q曲线线性拟合，求的每组渣土的黏聚力c，得到黏聚力c与泡沫比ζ的关系式：

c＝p(ζ) (1)；

(4)按照不同泡沫比ζ，向原状土中注入泡沫。制作一些列外摩擦角试验所用渣土。测量渣土与钢板的外摩擦角。得到一系列渣土与钢板的摩擦系数μ。同时确定摩擦系数μ与泡沫比ζ的关系：

μ＝q(ζ) (2)；

(5)按照不同泡沫比ζ，向原状土中注入泡沫。制作一系列和易性试验所用渣土。测量和易性试验所用渣土坍落度S，同时确定坍落度S与泡沫比ζ、黏聚力c和摩擦系数μ之间的关系：

S＝f(ζ，c，μ) (3)

根据步骤三、四，c＝p(ζ)、μ＝q(ζ)，代入上式，得到坍落度S与泡沫比ζ的一元函数：

S＝f[ζ，p(ζ)、，q(ζ)] (4)

根据关系式(4)绘制坍落度S与泡沫比的曲线图，并根据坍落度S与泡沫比ζ关系曲线找最优坍落度的范围，最优坍落度Se为15-20cm；

(6)根据步骤五选取的最优坍落度Se取值范围确定最优泡沫比ζe的取值范围；

(7)在埋深h时，泡沫的发泡倍率为：

η1为在埋深h下的泡沫发泡率；

γ为上层覆土的重度；

h为隧道埋深；

γ0为水的重度；

h’为地下水面距隧道中心的高度；

p0为标准大气压。

η为标准大气压下的泡沫发泡率。

利用公式(6)计算盾构掘进过程中每环所需泡沫体积：

ζe为最优坍落度Se对应的最优泡沫比；

V0为每环开挖土体的体积，D为管片外径，L为每环管片长度；

Vg为泡沫剂体积。

由于在埋深h是有：K为泡沫剂溶液浓度，η1为在埋深h下的泡沫发泡率，将此式和(5)代入(6)式可得：

V0为每环开挖土体的体积；

Vg为泡沫剂体积；

γ为上层覆土的重度；

h为隧道埋深；；

γ0为水的重度；

h’为地下水面距隧道中心的高度；

p0为标准大气压；

η为标准大气压下的泡沫发泡率；

D为管片外径；

L为每环管片长度；

K为泡沫剂溶液浓度。

2.根据权利要求1所述的粘性地层渣土改良泡沫剂添加量确定方法，其特征在于：所述步骤(3)中，制作一系列不同泡沫比ζ渣土，对不同泡沫比ζ的渣土，分别进行三组不固结不排水三轴试验，得到一系列渣土的抗剪强度，绘制每种泡沫比渣土p-q曲线，通过对p-q曲线线性拟合，求的每组渣土的黏聚力c，得到黏聚力c与泡沫比ζ的关系式c＝p(ζ)。

3.根据权利要求1所述的粘性地层渣土改良泡沫剂添加量确定方法，其特征在于：所述步骤(4)中，制作一系列不同泡沫比ζ渣土，对不同泡沫比ζ的渣土，测量渣土与钢板的外摩擦角。得到一系列渣土与钢板的摩擦系数μ。同时确定摩擦系数μ与泡沫比ζ的关系μ＝q(ζ)。

4.根据权利要求1所述的粘性地层渣土改良泡沫剂添加量确定方法，其特征在于：所述步骤四中，制作一系列不同泡沫比ζ渣土，对不同泡沫比ζ的渣土，制作一系列和易性试验所用渣土。测量和易性试验所用渣土坍落度S，同时确定坍落度S与泡沫比ζ、黏聚力

c＝p(ζ)和摩擦系数c＝p(ζ)的关系：

S＝f[ζ，p(ζ)、，q(ζ)] (1)。