CN108002803B - 一种用于模拟深基坑施工机理的淤泥质黏土相似材料及其制备方法 - Google Patents

一种用于模拟深基坑施工机理的淤泥质黏土相似材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于模拟深基坑施工机理的淤泥质黏土相似材料及其制备方法，相似材料的不同渗透等级的组分配比如下：高渗透性淤泥质黏土：黄河砂96‑105份，软黏土11‑17份，硅油8‑10份；中渗透性淤泥质黏土：黄河砂95‑104份，软黏土17‑25份，硅油8‑11份；低渗透性淤泥质黏土：黄河砂96‑105份，软黏土25‑30份，硅油9‑12份。该相似材料具有含水量高、强度低、压缩性高等性能，易于模拟深基坑施工诱发淤泥质黏土的力学及变形特性，同时能够就地取材，提高资源利用率。

Description

一种用于模拟深基坑施工机理的淤泥质黏土相似材料及其制 备方法
技术领域
本发明具体涉及一种用于模拟深基坑施工机理的淤泥质黏土相似材料及其制备方法。
技术背景
沿海发达城市高速发展的城市化进程与有限的土地资源之间产生的矛盾使得开发利用城市地下空间越来越广泛，导致沿海地区基坑工程日益增多；与此同时，在以淤泥质黏土为主的近海岸地层中盲目地开展深基坑工程，极易导致其失稳破坏，危及人民生命财产的安全。现阶段岩土试验中常使用黏土模拟淤泥等软土，但由于淤泥质黏土具有天然含水量高、天然孔隙比大、渗透性差、强度低、压缩性高、结构性强等性质，仅采用黏土是无法用于在模型试验中模拟淤泥质黏土地层工程力学特性。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术不足，提供一种用于模拟深基坑施工机理的淤泥质黏土相似材料及其制备方法，该相似材料具有含水量高、强度低、压缩性高等性能，易于模拟深基坑施工诱发淤泥质黏土的力学及变形特性，同时能够就地取材，提高资源利用率。
本发明专利采取的技术方案为：
一种用于模拟深基坑施工机理的淤泥质黏土的相似材料，不同渗透等级的组分配比如下：
高渗透性淤泥质黏土：黄河砂96-105份，软黏土11-17份，硅油8-10份；
中渗透性淤泥质黏土：黄河砂95-104份，软黏土17-25份，硅油8-11份；
低渗透性淤泥质黏土：黄河砂96-105份，软黏土25-30份，硅油9-12份。
优选的，一种用于深基坑施工机理的淤泥质黏土的相似材料，不同渗透等级的组分配比如下：
高渗透性淤泥质黏土：黄河砂100份，软黏土11-13份，硅油8-9份；
中渗透性淤泥质黏土：黄河砂100份，软黏土17-19份，硅油8-10份；
低渗透性淤泥质黏土：黄河砂100份，软黏土25-27份，硅油9-11份。
优选的，一种用于模拟深基坑施工机理的淤泥质黏土的相似材料，不同渗透等级的组分配比如下：
高渗透性淤泥质黏土：黄河砂100份，软黏土12份，硅油9份；
中渗透性淤泥质黏土：黄河砂100份，软黏土18份，硅油10份；
低渗透性淤泥质黏土：黄河砂100份，软黏土25份，硅油11份。
一种用于模拟深基坑施工机理的淤泥质黏土的相似材料的制备方法，包括如下步骤：
1)根据实际情况确定渗透等级；
2)通过确定的渗透等级选择相应的原料的重量配比；
3)加料及搅拌，使材料混合均匀，得到混合材料，其中，高渗透性淤泥质黏土：黄河砂96-105份，软黏土11-17份；中渗透性淤泥质黏土：黄河砂95-104份，软黏土17-25份；低渗透性淤泥质黏土：黄河砂96-105份，软黏土25-30份；
4)向混合材料中加入硅油，并搅拌均匀，得到所述相似材料；
5)将步骤4)中制得的相似材料压实成型。
向混合材料中加入硅油的目的是为了模拟实际地层岩土材料的粘聚力，硅油使用量不宜过大，硅油用量过大时，会显著降低材料渗透性，从而导致实验失败；硅油量过小可能到导致相似材料粘聚力不足，进而在模拟开挖过程地层过早破坏。
优选的，步骤(4)中，高渗透性淤泥质黏土中加入硅油8-10份，中渗透性淤泥质黏土中加入硅油8-11份，低渗透性淤泥质黏土中加入硅油9-12份。
优选的，所述黄河砂过0.2mm筛。
优选的，所述软黏土过0.5mm筛。
优选的，所述压实成型的压实度的范围为90-95％。
上述淤泥质黏土的相似材料在模拟深基坑施工中的应用。
本发明的有益效果是：
1、本发明可以配比不同渗透率的淤泥质黏土进行模型实验，并通过大量基础实验，得出了一系列较为合理的配比，使得相似材料既能模拟深基坑施工过程的现场情况，又能满足淤泥质黏土的力学及变形特性，就地取材，便利节约。
2、本发明中的相似材料能够通过软黏土调节，控制其渗透性以及强度，以满足实验要求和力学性质。
3、为使相似材料达到预想性质，本发明使用了多个不同领域的常用材料，并通过基础土工实验使其有机结合：黄河砂决定材料渗透性，软黏土改善材料渗透性与强度，硅油提升材料粘聚力，可为类似应用发明提供一定借鉴意义。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
深圳地铁10号线益田停车场建设工程，其建设范围内地质情况从上至下分别为：素填土、淤泥、淤泥质黏性土、卵石、砂土、全风化花岗岩、强风化花岗岩、中风化花岗岩，其中停车场主体结构与基底主要位于淤泥质黏性土中。该区域淤泥质黏土的工程力学特性为：含水量64.2％，孔隙比1.816，渗透系数8.25×10-6，抗剪强度10.2kPa，压缩模型5.97MPa。
模拟淤泥质黏土地层深基坑施工力学机理的模型实验，模型试验相似比系数为1:50，根据实验需要，选取多组具有不同渗透系数与强度的相似材料用于对比研究：
实施例1
所述相似材料制备的具体步骤如下：
(1)选择无明显杂质的黄河砂和软黏土；
(2)确定模型试验所要求的相似材料的渗透性，配置不同比例可用于对比实验；
(3)按重量份进行配比：黄河砂100份和软黏土11份；
(4)上料及搅拌，使得材料混合均匀；
(5)向搅拌均匀的材料中加入硅油，硅油的质量为黄河砂与软黏土质量之和的9％；
(6)按照实验需要控制压实度使模型试验材料压实成型，在95％压实度情况下，含水量68.7％，孔隙比1.924，渗透系数3.2×10-6cm/s，抗剪强度0.52kPa，压缩模型0.63MPa。是根据相似比系数，确定需要的相似材料。
实施例2
所述相似材料制备的具体步骤如下：
(1)选择无明显杂质的黄河砂和软黏土；
(2)确定模型试验所要求的相似材料的渗透性，配置不同比例可用于对比实验；
(3)按重量份进行配比黄河砂100份和软黏土17份；
(4)上料及搅拌，使得材料混合均匀；
(5)向搅拌均匀的材料中加入硅油，质量为黄河砂与软黏土质量之和的8％；
(6)按照实验需要控制压实度使模型试验材料压实成型，在95％压实度的情况下，含水量62.5％，孔隙比1.638，渗透系数2.6×10-6cm/s，抗剪强度0.84kPa，压缩模型0.92MPa。
实施例3
所述相似材料制备的具体步骤如下：
(1)选择无明显杂质的黄河砂和软黏土；
(2)确定模型试验所要求的相似材料的渗透性，配置不同比例可用于对比实验；
(3)按重量份进行配比黄河砂100份和软黏土25份；
(4)上料及搅拌，使得材料混合均匀；
(5)向搅拌均匀的材料中加入硅油，质量为黄河砂与软黏土质量之和的7％；
(6)按照实验需要控制压实度使模型试验材料压实成型，在95％压实度情况下，含水量58.6％，孔隙比1.486，渗透系数1.8×10-6cm/s，抗剪强度1.12kPa，压缩模型1.47MPa。。
表1为三个实施例的配料组成及渗透性能，满足相关实验对其渗透性要求。
表1不同渗透性淤泥质软黏土相似材料的配料组成及其渗透性能
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于模拟深基坑施工机理的淤泥质黏土的相似材料，其特征在于：不同渗透等级的组分配比如下：
高渗透性淤泥质黏土：黄河砂96-105份，软黏土11-17份，硅油8-10份；
中渗透性淤泥质黏土：黄河砂95-104份，软黏土17-25份，硅油8-11份；
低渗透性淤泥质黏土：黄河砂96-105份，软黏土25-30份，硅油9-12份。
2.根据权利要求1所述的相似材料，其特征在于：不同渗透等级的组分配比如下：
高渗透性淤泥质黏土：黄河砂100份，软黏土11-13份，硅油8-9份；
中渗透性淤泥质黏土：黄河砂100份，软黏土17-19份，硅油8-10份；
低渗透性淤泥质黏土：黄河砂100份，软黏土25-27份，硅油9-11份。
3.根据权利要求2所述的相似材料，其特征在于：不同渗透等级的组分配比如下：
高渗透性淤泥质黏土：黄河砂100份，软黏土12份，硅油9份；
中渗透性淤泥质黏土：黄河砂100份，软黏土18份，硅油10份；
低渗透性淤泥质黏土：黄河砂100份，软黏土25份，硅油11份。
4.权利要求1-3任一所述的相似材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)根据实际情况确定渗透等级；
2)通过确定的渗透等级选择相应的原料的重量配比；
3)加料及搅拌，使黄河砂和软黏土混合均匀，得到混合材料；
4)向混合材料中加入硅油，并搅拌均匀，得到所述相似材料；
5)将步骤4)中制得的相似材料压实成型。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述黄河砂过0.2mm筛。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述软黏土过0.5mm筛。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述压实成型的压实度的范围为90-95％。
8.权利要求1-3任一所述的相似材料在模拟深基坑施工中的应用。
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