CN112966416B - 一种对土压盾构粉细砂和粉质黏土混合渣土资源化利用的方法 - Google Patents
一种对土压盾构粉细砂和粉质黏土混合渣土资源化利用的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112966416B CN112966416B CN202110251592.4A CN202110251592A CN112966416B CN 112966416 B CN112966416 B CN 112966416B CN 202110251592 A CN202110251592 A CN 202110251592A CN 112966416 B CN112966416 B CN 112966416B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- slurry
- soil
- fine sand
- pollution
- muck
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000002689 soil Substances 0.000 title claims abstract description 69
- 239000004576 sand Substances 0.000 title claims abstract description 57
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 45
- 239000004927 clay Substances 0.000 title claims abstract description 31
- 238000005056 compaction Methods 0.000 title claims description 11
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims abstract description 115
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims abstract description 30
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 21
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 19
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 14
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 229910017053 inorganic salt Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 238000000611 regression analysis Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000013528 artificial neural network Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000007711 solidification Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000008023 solidification Effects 0.000 claims abstract description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 239000004568 cement Substances 0.000 claims description 15
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 claims description 15
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 13
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 12
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims description 9
- 230000000740 bleeding effect Effects 0.000 claims description 9
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 8
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims description 7
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 6
- 238000011109 contamination Methods 0.000 claims description 6
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 claims description 6
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 6
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 6
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 claims description 6
- 238000003900 soil pollution Methods 0.000 claims description 6
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 6
- 239000004575 stone Substances 0.000 claims description 6
- 239000010881 fly ash Substances 0.000 claims description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 5
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims description 5
- 239000000440 bentonite Substances 0.000 claims description 4
- 229910000278 bentonite Inorganic materials 0.000 claims description 4
- SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N bentoquatam Chemical compound O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000011440 grout Substances 0.000 claims description 4
- 238000012805 post-processing Methods 0.000 claims description 4
- 230000008961 swelling Effects 0.000 claims description 4
- 238000012549 training Methods 0.000 claims description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 3
- 238000004993 emission spectroscopy Methods 0.000 claims description 3
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 claims description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 3
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 claims description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 3
- CXKWCBBOMKCUKX-UHFFFAOYSA-M methylene blue Chemical compound [Cl-].C1=CC(N(C)C)=CC2=[S+]C3=CC(N(C)C)=CC=C3N=C21 CXKWCBBOMKCUKX-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 3
- 229960000907 methylthioninium chloride Drugs 0.000 claims description 3
- 230000035699 permeability Effects 0.000 claims description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 3
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 3
- 238000002798 spectrophotometry method Methods 0.000 claims description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 3
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 claims description 3
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 claims description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 claims description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 2
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims description 2
- 238000000638 solvent extraction Methods 0.000 claims description 2
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 claims description 2
- 238000004876 x-ray fluorescence Methods 0.000 claims description 2
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 abstract description 4
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 abstract description 4
- 238000012954 risk control Methods 0.000 description 4
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 2
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 2
- RFRMMZAKBNXNHE-UHFFFAOYSA-N 6-[4,6-dihydroxy-5-(2-hydroxyethoxy)-2-(hydroxymethyl)oxan-3-yl]oxy-2-(hydroxymethyl)-5-(2-hydroxypropoxy)oxane-3,4-diol Chemical compound CC(O)COC1C(O)C(O)C(CO)OC1OC1C(O)C(OCCO)C(O)OC1CO RFRMMZAKBNXNHE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004354 Hydroxyethyl cellulose Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- 239000004088 foaming agent Substances 0.000 description 1
- 235000019447 hydroxyethyl cellulose Nutrition 0.000 description 1
- 239000001866 hydroxypropyl methyl cellulose Substances 0.000 description 1
- 229920003088 hydroxypropyl methyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- 235000010979 hydroxypropyl methyl cellulose Nutrition 0.000 description 1
- UFVKGYZPFZQRLF-UHFFFAOYSA-N hydroxypropyl methyl cellulose Chemical compound OC1C(O)C(OC)OC(CO)C1OC1C(O)C(O)C(OC2C(C(O)C(OC3C(C(O)C(O)C(CO)O3)O)C(CO)O2)O)C(CO)O1 UFVKGYZPFZQRLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000003607 modifier Substances 0.000 description 1
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 1
- 238000004846 x-ray emission Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
- G06F30/23—Design optimisation, verification or simulation using finite element methods [FEM] or finite difference methods [FDM]
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
- G06F30/28—Design optimisation, verification or simulation using fluid dynamics, e.g. using Navier-Stokes equations or computational fluid dynamics [CFD]
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G06Q10/00—Administration; Management
- G06Q10/06—Resources, workflows, human or project management; Enterprise or organisation planning; Enterprise or organisation modelling
- G06Q10/063—Operations research, analysis or management
- G06Q10/0639—Performance analysis of employees; Performance analysis of enterprise or organisation operations
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G06Q50/00—Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
- G06Q50/08—Construction
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Business, Economics & Management (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Human Resources & Organizations (AREA)
- Strategic Management (AREA)
- Economics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Entrepreneurship & Innovation (AREA)
- Marketing (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Geometry (AREA)
- Tourism & Hospitality (AREA)
- General Business, Economics & Management (AREA)
- Educational Administration (AREA)
- Development Economics (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Primary Health Care (AREA)
- Computing Systems (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Quality & Reliability (AREA)
- Operations Research (AREA)
- Algebra (AREA)
- Game Theory and Decision Science (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Mathematical Analysis (AREA)
- Mathematical Optimization (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Pure & Applied Mathematics (AREA)
- Consolidation Of Soil By Introduction Of Solidifying Substances Into Soil (AREA)
Abstract
本发明一种对土压盾构粉细砂和粉质黏土混合渣土资源化利用的方法，属于岩土工程及隧道工程技术领域。本发明将粉细砂渣土作为浆液添加材料替换同步注浆河砂材料以减少成本，同时固化浆液重金属、无机盐等污染物。首先确定渣土中粉细砂含量和污染物成分，在实验室进行均匀实验制备粉细砂浆液，测试浆液及结石体性能，评价污染处理状况；利用COMSOL Multiphysics有限元软件揭示浆液扩散规律，利用神经网络建立浆液固化后变形预测模型，预测粉细砂渣土浆液注浆效果下地表沉降；基于浆液及结石体性能、污染程度和地表沉降回归分析建立多目标规划模型，确定同步注浆材料最佳配比。该方法具有较高的应用价值。
Description
技术领域
本发明是一种渣土资源化利用处理方法，特别是一种对土压盾构粉细砂和粉质黏土混合渣土资源化利用的方法，属于岩土工程及隧道工程技术领域。
背景技术
由于施工速度快、对周围环境影响小、自动化程度高，土压平衡盾构愈加广泛地应用于城市地铁区间隧道施工。盾构施工过程中地表沉降控制是尤为重要的。同步注浆是控制地表沉降的关键施工步骤，但同步注浆浆液用量大，成本高，且膨润土、早强剂、减水剂、有机物等外加剂会大大提高浆液成本。盾构施工过程中出渣量大，将这些渣土作为同步注浆组分，既可以减少渣土外运成本，也可以降低浆液自身成本。但对于粉细砂和粉质黏土混合地层，盾构掘进易在刀盘上结成泥饼，目前国内外学者主要通过添加泡沫、发泡剂等无机盐或有机物改良渣土，改良剂易对盾构排出的渣土和周边地层造成重金属及有机物等污染。此外，为提高盾尾同步注浆浆液性能，经常加入羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素等有机物，亦会引起重金属及有机物污染。因此，在盾构隧道同步注浆领域，急需一种方法在保证浆液性能的同时减少材料成本、固化污染物。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提出一种对土压盾构粉细砂和粉质黏土混合渣土资源化利用的方法，将粉细砂渣土作为浆液添加材料替换同步注浆河砂材料以减少成本，提高浆液性能，固化浆液重金属、无机盐、有机物等污染物。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：
一种对土压盾构粉细砂和粉质黏土混合渣土资源化利用的方法，该方法包括以下步骤：
步骤S1：收集渣土
所述渣土为粉细砂和粉质黏土混合渣土；对土压盾构所得渣土勘察取样，确定渣土中粉细砂和粉质黏土含量；
步骤S2：评价污染
确定重金属、无机盐污染状况和污染程度，具体为：
所述步骤S2中确定重金属、无机盐的污染状况采用的是玻璃电极法测定pH 值，即采用X射线荧光光谱分析或电感耦合等离子体发射光谱法测定重金属污染，并采用亚甲基蓝分光光度法测定无机盐污染状况；采用修正后的潜在生态危害指数法来评价重金属、无机盐的污染程度，修正后的潜在生态危害指数RI的计算式如下：
其中，
为污染物i的潜在生态风险系数，分级标准参见表1；
为污染物i的毒性响应系数，参见表2所示；
为污染物i相对于背景值的污染系数；Pi为污染物i的实测值，mg/kg； Si为污染物i的背景值；污染分级程度见表1；
表1
表2
步骤S3：实验室制备浆液
将粉细砂渣土作为浆液基本材料，加入至同步注浆浆液中，用以替换同步注浆中的河砂组分，加入减水剂等外加剂，开展均匀实验，测量不同配比的浆液和结石体性能，测定污染程度，挖掘不同配比条件对浆液和结石体性能及污染状况的影响；
步骤S4：模拟浆液扩散
利用COMSOL Multiphysics有限元软件模拟浆液扩散，研究浆液扩散程度和对周边土体加固作用；
步骤S5：预测地表沉降
利用神经网络建立浆液固化后地层变形预测模型，预测不同配比粉细砂渣土浆液同步注浆效果下的地表沉降；
步骤S6：优化浆液配比
对步骤S3中得到的浆液及结石体性能、污染程度和步骤S5中得到的地表沉降进行回归分析，建立多目标规划模型，确定同步注浆浆液基体材料和外加剂最优配比。
进一步地，所述步骤S1中确定渣土中粉细砂含量的方法是利用湿化实验，即粉细砂浸水崩坏时间为1h，粉质黏土崩坏时间较长，浸水1h使粉细砂崩坏，分别对粉细砂与未崩坏的粉质黏土晒干称重，确定粉细砂含量。
进一步地，所述步骤S3中实验室制备浆液包括基体材料、溶剂、外加剂；所述基体材料包括水泥、粉煤灰、粉细砂；所述溶剂为水；所述外加剂主要包括膨润土、减水剂；所述步骤S3中的配比包括水灰比、粉灰比、胶砂比、膨水比、减膨比。
进一步地，所述步骤S3中测定的浆液和结石体性能包括浆液的流动度、稠度、泌水率、初凝时间、结石体的体积收缩率、7天及28天单轴抗压强度。
进一步地，所述步骤S4中利用COMSOL Multiphysics有限元软件模拟的具体步骤包括：
步骤A：建立几何模型
由于只研究盾构隧道同步注浆在土体中的扩散程度，因此在数值模拟中采用二维几何模型；
步骤B：定义物理场
盾构同步注浆浆液在土体孔隙中的渗流以层流为主，忽略浆液的惯性力特点，采用 COMSOL Multiphysics提供的Darcy定律物理场模型，对考虑渗滤效应时浆液在土体渗流的过程进行模拟；
步骤C：定义参数
Darcy定律物理场模型参数为浆液密度、土体的渗透率、浆液的动力粘度、孔隙水压力以及作用域的边界条件和初始条件；
步骤D：网格划分
利用COMSOL Multiphysics提供的自适应网格划分，自动划分网格提高网格质量；
步骤E：求解
采用稳态求解器，同时利用参数化扫描功能求得浆液扩散形态及土体孔隙随时间的变化情况；
步骤F：结果后处理
利用COMSOL Multiphysics后处理功能，获取浆液扩散分布和地表沉降二维平面图，研究浆液扩散和对周边土体加固作用，初步预测地表沉降。
进一步地，所述步骤S5中，以步骤F中初步预测地表沉降得到的初步地表沉降预测值为训练样本，利用神经网络建立浆液固化后变形预测模型，模拟预测不同配比浆液同步注浆加固效果下的地表沉降。
进一步地，所述步骤S6中的回归分析使用Spss软件，利用回归分析，拟合浆液的流动度、稠度、泌水率、初凝时间、结石体的体积收缩率、7天及28天单轴抗压强度，同时拟合在不同水灰比、粉灰比、胶砂比、膨水比、减膨比条件下的地表沉降和污染指标变化公式。
进一步地，所述步骤S6中利用Matlab软件建立基于浆液和结石体性能，地表沉降和污染指标的多目标规划模型，以浆液和结石体性能、污染指标、地表沉降为限制条件，依据回归分析所拟合公式进行配比寻优，找到最优配比。
进一步地，所述最优配比包括最佳性能配比和最低成本配比，最佳性能配比即满足基本条件下追求最大结石体28天强度；最低成本配比即满足基本条件下追求材料用量最省、成本最低；所述的基本条件包括：浆液的流动度大于240mm，稠度9～15cm，泌水率为5％，初凝时间420～900分钟，体积收缩率小于8％，7天单轴抗压强度大于0.5MPa，28天单轴抗压强度大于2.0Mpa；地表沉降小于施工预警值；污染指标潜在生态危害指数RI满足国家污染土处理标准。
进一步地，所述国家污染土处理标准为《土地环境质量建设用地土壤污染风险管控标准》(GB36600-2018)和《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》(GB15618-2018)。
相对于现有技术，本发明具有如下技术效果：
1、粉细砂地层一般夹杂粉质粘土，依据粉细砂含量不同加入不同量的减水剂等外加剂，扩大应用范围，即对不同粉细砂和粉质黏土混合的渣土，都可以采用本发明的方法；
2、通过浆液固化，可处理因渣土改良和浆液改良所加入外加剂引起的重金属、无机盐等污染，使处理后的浆液满足污染控制要求；
3、利用Spss可拟合浆液性能、污染程度和地表沉降在不同浆液配比条件下变化趋势，挖掘不同配比对浆液性能的影响；
4、通过有限元数值模拟可模拟浆液扩散，研究浆液扩散机理和对周边土体加固作用，初步预测地表沉降，为建立神经网络非线性模型提供训练数据；
5、采用神经网络预测地表沉降，并可基于地表沉降控制指标，给出满足要求的浆液性能，进而获得较优的浆液配比。此方法可提前预判已有施工参数下引起的地表沉降，并可在有地表沉降控制要求的情况下，给出合适的浆液配比，保证盾构掘进安全；
6、基于回归分析所拟合的浆液性能、污染程度和地表沉降在不同配比下变化公式，建立多目标规划模型，优化浆液配比。寻求最佳性能配比可提高浆液性能，最低成本配比可减少浆液配比。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
本发明的一种对土压盾构粉细砂和粉质黏土混合渣土资源化利用的方法，该方法包括以下步骤：
步骤S1：收集渣土
渣土为粉细砂和粉质黏土混合渣土。由于粉细砂作为浆液添加材料替换原材料河砂，加入同步注浆浆液中，会减小浆液流动性，需加入减水剂改善浆液流动性，且粉细砂地层一般夹杂粉质黏土，不同含量粉细砂具有不同最优配比，因此需要对土压盾构所得渣土勘察取样，确定渣土中粉细砂含量。确定渣土中粉细砂含量的方法是利用湿化实验，即粉细砂浸水崩坏时间为1h，粉质黏土崩坏时间较长，浸水1h使粉细砂崩坏，分别对粉细砂与未崩坏的粉质黏土晒干称重，确定粉细砂含量。
步骤S2：评价污染
确定重金属、无机盐污染状况和污染程度，具体为：
步骤S2中确定重金属、无机盐的污染状况采用的是玻璃电极法测定pH 值，即采用X 射线荧光光谱分析或电感耦合等离子体发射光谱法测定重金属污染，并采用亚甲基蓝分光光度法测定无机盐污染状况。采用修正后的潜在生态危害指数法来评价重金属、无机盐的污染程度，修正后的潜在生态危害指数RI的计算式如下：
其中，
为污染物i的潜在生态风险系数，分级标准参见表1。
为污染物i的毒性响应系数，参见表2所示。
为污染物i相对于背景值的污染系数。Pi为污染物i的实测值，mg/kg。 Si为污染物i的背景值。污染分级程度见表1。
表1
表2
步骤S3：实验室制备浆液
将粉细砂渣土作为浆液基本材料，加入至同步注浆浆液中，用以替换同步注浆中的原有河砂，开展均匀实验，测量不同配比的浆液和结石体性能，测定污染程度，挖掘不同配比条件对浆液和结石体性能及污染状况的影响。
实验室制备的浆液包括基体材料、溶剂、外加剂。基体材料包括水泥、粉煤灰、粉细砂。溶剂为水。外加剂主要包括膨润土、减水剂。配比包括水灰比、粉灰比、胶砂比、膨水比、减膨比。测定的浆液和结石体性能包括浆液的流动度、稠度、泌水率、初凝时间、结石体的体积收缩率、7天及28天单轴抗压强度。
步骤S4：模拟浆液扩散
利用COMSOL Multiphysics有限元软件模拟浆液扩散，研究浆液扩散程度和对周边土体加固作用，具体步骤包括：
步骤A：建立几何模型
由于只研究盾构隧道同步注浆在土体中的扩散程度，因此在数值模拟中采用二维几何模型。
步骤B：定义物理场
盾构同步注浆浆液在土体孔隙中的渗流以层流为主，忽略浆液的惯性力特点，采用 COMSOL Multiphysics提供的Darcy定律物理场模型，对考虑渗滤效应时浆液在土体渗流的过程进行模拟。
步骤C：定义参数
Darcy定律物理场模型参数为浆液密度、土体的渗透率、浆液的动力粘度、孔隙水压力以及作用域的边界条件和初始条件。
步骤D：网格划分
利用COMSOL Multiphysics提供的自适应网格划分，自动划分网格提高网格质量。
步骤E：求解
采用稳态求解器，同时利用参数化扫描功能求得浆液扩散形态及土体孔隙随时间的变化情况。
步骤F：结果后处理
利用COMSOL Multiphysics后处理功能，获取浆液扩散分布和地表沉降二维平面图，研究浆液扩散和对周边土体加固作用，初步预测地表沉降。
步骤S5：预测地表沉降
利用神经网络建立浆液固化后变形预测模型，预测不同配比粉细砂渣土浆液同步注浆效果下的地表沉降。具体为：以步骤F中初步预测地表沉降得到的初步地表沉降预测值为训练样本，利用神经网络建立浆液固化后变形预测模型，模拟预测不同配比浆液同步注浆加固效果下的地表沉降。
步骤S6：优化浆液配比
对步骤S3中得到的浆液及结石体性能、污染程度和步骤S5中得到的地表沉降进行回归分析，建立多目标规划模型，确定同步注浆浆液基体材料和外加剂最优配比。回归分析使用Spss软件，利用回归分析，拟合浆液的流动度、稠度、泌水率、初凝时间、结石体的体积收缩率、7天及28天单轴抗压强度，同时拟合在不同水灰比、粉灰比、胶砂比、膨水比、减膨比条件下的地表沉降和污染指标变化公式。然后利用Matlab软件建立基于浆液和结石体性能，地表沉降和污染指标的多目标规划模型，以浆液和结石体性能、污染指标、地表沉降为限制条件，依据回归分析所拟合公式进行配比寻优，找到最优配比。最优配比包括最佳性能配比和最低成本配比，最佳性能配比即满足基本条件下追求最大结石体28天强度。最低成本配比即满足基本条件下追求材料用量最省、成本最低。的基本条件包括：浆液的流动度大于240mm，稠度9～15cm，泌水率为5％，初凝时间420～900分钟，体积收缩率小于8％，7天单轴抗压强度大于0.5MPa，28天单轴抗压强度大于2.0Mpa。地表沉降小于施工预警值。污染指标潜在生态危害指数RI满足国家污染土处理标准。国家污染土处理标准为《土地环境质量建设用地土壤污染风险管控标准》(GB36600-2018)和《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》(GB15618-2018)。
上述实施例只是为了更清楚说明本发明的技术方案做出的列举，并非对本发明的限定，本领域的普通技术人员根据本领域的公知常识对本申请技术方案的变通亦均在本申请保护范围之内，总之，上述实施例仅为列举，本申请的保护范围以所附权利要求书范围为准。
Claims (9)
1.一种对土压盾构粉细砂和粉质黏土混合渣土资源化利用的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤S1：收集渣土
所述渣土为粉细砂和粉质黏土混合渣土；对土压盾构所得渣土勘察取样，确定渣土中粉细砂和粉质黏土含量；
步骤S2：评价污染
确定重金属、无机盐污染状况和污染程度，具体为：
所述步骤S2中确定重金属、无机盐的污染状况采用的是玻璃电极法测定pH 值，即采用X射线荧光光谱分析或电感耦合等离子体发射光谱法测定重金属污染，并采用亚甲基蓝分光光度法测定无机盐污染状况；采用修正后的潜在生态危害指数法来评价重金属、无机盐的污染程度，修正后的潜在生态危害指数RI的计算式如下：
其中，
为污染物i的潜在生态风险系数，分级标准参见表1；
为污染物i的毒性响应系数，参见表2所示；
为污染物i相对于背景值的污染系数；Pi为污染物i的实测值，mg/kg；Si为污染物i的背景值；污染分级程度见表1；
表1
表2
步骤S3：实验室制备浆液
将粉细砂渣土作为浆液基体材料组分，加入至同步注浆浆液中，用以替换同步注浆中的河砂组分，加入外加剂，所述外加剂主要包括膨润土、减水剂，开展均匀实验，测量不同配比的浆液和结石体性能，测定污染程度，挖掘不同配比条件对浆液和结石体性能及污染状况的影响；
步骤S4：模拟浆液扩散
利用COMSOL Multiphysics有限元软件模拟浆液扩散，研究浆液扩散程度和对周边土体加固作用；
步骤S5：预测地表沉降
利用神经网络建立浆液固化后地层变形预测模型，预测不同配比粉细砂渣土浆液同步注浆效果下的地表沉降；
步骤S6：优化浆液配比
对步骤S3中得到的浆液及结石体性能、污染程度和步骤S5中得到的地表沉降进行回归分析，建立多目标规划模型，确定同步注浆浆液基体材料和外加剂最优配比；
所述步骤S3中实验室制备浆液包括基体材料、溶剂、外加剂；所述基体材料包括水泥、粉煤灰、粉细砂；所述溶剂为水；所述步骤S3中的配比包括水灰比、粉灰比、胶砂比、膨水比、减膨比。
2.根据权利要求1所述的一种对土压盾构粉细砂和粉质黏土混合渣土资源化利用的方法，其特征在于：所述步骤S1中确定渣土中粉细砂含量的方法是利用湿化实验，即粉细砂浸水崩坏时间为1h，粉质黏土崩坏时间较长，浸水1h使粉细砂崩坏，分别对粉细砂与未崩坏的粉质黏土晒干称重，确定粉细砂含量。
3.根据权利要求1所述的一种对土压盾构粉细砂和粉质黏土混合渣土资源化利用的方法，其特征在于：所述步骤S3中测定的浆液和结石体性能包括浆液的流动度、稠度、泌水率、初凝时间、结石体的体积收缩率、7天及28天单轴抗压强度。
4.根据权利要求3所述的一种对土压盾构粉细砂和粉质黏土混合渣土资源化利用的方法，其特征在于：所述步骤S4中利用COMSOL Multiphysics有限元软件模拟的具体步骤包括：
步骤A：建立几何模型
由于只研究盾构隧道同步注浆在土体中的扩散程度，因此在数值模拟中采用二维几何模型；
步骤B：定义物理场
盾构同步注浆浆液在土体孔隙中的渗流以层流为主，忽略浆液的惯性力特点，采用COMSOL Multiphysics提供的Darcy定律物理场模型，对考虑渗滤效应时浆液在土体渗流的过程进行模拟；
步骤C：定义参数
Darcy定律物理场模型参数为浆液密度、土体的渗透率、浆液的动力粘度、孔隙水压力以及作用域的边界条件和初始条件；
步骤D：网格划分
利用COMSOL Multiphysics提供的自适应网格划分，自动划分网格提高网格质量；
步骤E：求解
采用稳态求解器，同时利用参数化扫描功能求得浆液扩散形态及土体孔隙随时间的变化情况；
步骤F：结果后处理
利用COMSOL Multiphysics后处理功能，获取浆液扩散分布和地表沉降二维平面图，研究浆液扩散和对周边土体加固作用，初步预测地表沉降。
5.根据权利要求4所述的一种对土压盾构粉细砂和粉质黏土混合渣土资源化利用的方法，其特征在于：所述步骤S5中，以步骤F中初步预测地表沉降得到的初步地表沉降预测值为训练样本，利用神经网络建立浆液固化后变形预测模型，模拟预测不同配比浆液同步注浆加固效果下的地表沉降。
6.根据权利要求5所述的一种对土压盾构粉细砂和粉质黏土混合渣土资源化利用的方法，其特征在于：所述步骤S6中的回归分析使用Spss软件，利用回归分析，拟合浆液的流动度、稠度、泌水率、初凝时间以及结石体的体积收缩率、7天及28天单轴抗压强度，同时拟合在不同水灰比、粉灰比、胶砂比、膨水比、减膨比条件下的地表沉降和污染指标变化公式。
7.根据权利要求6所述的一种对土压盾构粉细砂和粉质黏土混合渣土资源化利用的方法，其特征在于：所述步骤S6中利用Matlab软件建立基于浆液和结石体性能，地表沉降和污染指标的多目标规划模型，以浆液和结石体性能、污染指标、地表沉降为限制条件，依据回归分析所拟合公式进行配比寻优，找到最优配比。
8.根据权利要求7所述的一种对土压盾构粉细砂和粉质黏土混合渣土资源化利用的方法，其特征在于：所述最优配比包括最佳性能配比和最低成本配比，最佳性能配比即满足基本条件下追求最大结石体28天强度；最低成本配比即满足基本条件下追求材料用量最省、成本最低；所述的基本条件包括：浆液的流动度大于240mm，稠度9～15cm，泌水率为5％，初凝时间420～900分钟，体积收缩率小于8％，7天单轴抗压强度大于0.5MPa，28天单轴抗压强度大于2.0Mpa；地表沉降小于施工预警值；污染指标潜在生态危害指数RI满足国家污染土处理标准。
9.根据权利要求8所述的一种对土压盾构粉细砂和粉质黏土混合渣土资源化利用的方法，其特征在于：所述国家污染土处理标准为《土地环境质量建设用地土壤污染风险管控标准》(GB36600-2018)和《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》(GB15618-2018)。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110251592.4A CN112966416B (zh) | 2021-03-08 | 2021-03-08 | 一种对土压盾构粉细砂和粉质黏土混合渣土资源化利用的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110251592.4A CN112966416B (zh) | 2021-03-08 | 2021-03-08 | 一种对土压盾构粉细砂和粉质黏土混合渣土资源化利用的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112966416A CN112966416A (zh) | 2021-06-15 |
| CN112966416B true CN112966416B (zh) | 2021-10-12 |
Family
ID=76276904
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110251592.4A Active CN112966416B (zh) | 2021-03-08 | 2021-03-08 | 一种对土压盾构粉细砂和粉质黏土混合渣土资源化利用的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112966416B (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113788665B (zh) * | 2021-11-10 | 2022-02-08 | 北京城建集团有限责任公司 | 一种盾构开挖间隙低剪切强度注浆材料的配置方法 |
| CN114436594A (zh) * | 2022-02-22 | 2022-05-06 | 南宁轨道交通集团有限责任公司 | 基于盾构弃渣的岩溶地层注浆材料及其制备和注浆工艺 |
| CN114758184B (zh) * | 2022-06-14 | 2022-09-06 | 福建南方路面机械股份有限公司 | 基于深度学习的渣土分类处理引导方法、装置及可读介质 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3172932B2 (ja) * | 1994-07-05 | 2001-06-04 | 大成建設株式会社 | 発生土を用いた水硬性組成物の製造方法 |
| CN101928122B (zh) * | 2009-12-31 | 2013-04-17 | 中国建筑股份有限公司 | 一种隧道用同步注浆材料及其制备方法 |
| CN103396065A (zh) * | 2013-08-23 | 2013-11-20 | 中铁十四局集团有限公司 | 一种盾构施工控制用同步注浆浆液及其注浆方法 |
| CN111411971B (zh) * | 2020-03-25 | 2021-12-14 | 中铁三局集团有限公司 | 一种富水粉砂地层盾构下穿建筑物群沉降控制施工方法 |
| CN111552924A (zh) * | 2020-04-22 | 2020-08-18 | 中国科学院地理科学与资源研究所 | 乡镇尺度的土壤重金属污染特征及潜在生态风险评价方法 |
-
2021
- 2021-03-08 CN CN202110251592.4A patent/CN112966416B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112966416A (zh) | 2021-06-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN112966416B (zh) | 一种对土压盾构粉细砂和粉质黏土混合渣土资源化利用的方法 | |
| Zhang et al. | Application of biomass by-product lignin stabilized soils as sustainable Geomaterials: A review | |
| Neramitkornburi et al. | Durability against wetting–drying cycles of sustainable Lightweight Cellular Cemented construction material comprising clay and fly ash wastes | |
| Wang et al. | Strength properties and associated mechanisms of magnesium oxychloride cement-solidified urban river sludge | |
| Le Runigo et al. | Impact of initial state on the fabric and permeability of a lime-treated silt under long-term leaching | |
| Neramitkornburi et al. | Engineering properties of lightweight cellular cemented clay− fly ash material | |
| CN101941828A (zh) | 一种泥浆固化剂 | |
| CN112851225B (zh) | 一种粉质粘土在盾构同步注浆中环保处理方法 | |
| Bagriacik et al. | A new experimental approach to the improvement of sandy soils with construction demolition waste and cement | |
| Zhu et al. | Utilization of excavated loess and gravel soil in controlled low strength material: Laboratory and field tests | |
| Li et al. | Performance assessment of a newly developed and highly stable sandy cementitious grout for karst aquifers in China | |
| Du et al. | The influence of organic matter on the strength development of cement-stabilized marine soft clay | |
| Cheng et al. | Workability study of sand-bentonite-cement mixtures for construction of two-phase cut-off wall | |
| Liu et al. | Microscopic Mechanism Affecting Shear Strength in Lignin‐Treated Loess Samples | |
| Yao et al. | Effect of freeze-thaw cycle on shear strength of lime-solidified dispersion soils | |
| Nasiri et al. | Use of rice husk ash as a stabilizer to reduce soil loss and runoff rates on sub-base materials of forest roads from rainfall simulation tests | |
| Hussan et al. | Co-valorization of sediments incorporating high and low organic matter with alkali-activated GGBS and hydraulic binder for use in road construction | |
| Guo et al. | Experimental study on groutability of sand layer concerning permeation grouting | |
| Ronoh et al. | Cement effects on the physical properties of expansive clay soil and the compressive strength of compressed interlocking clay blocks | |
| Salvatore et al. | Conditioning clayey soils with a dispersant agent for Deep Soil Mixing application: laboratory experiments and artificial neural network interpretation | |
| Zhang et al. | Engineering properties and optimal design of foam lightweight soil composite fly ash: An eco-friendly subgrade material | |
| Chen et al. | Study on solidification treatment of electrolytic manganese slag and numerical simulation of slope stability | |
| Chen et al. | Dynamic triaxial test and microscopic study of solidified muddy soil with different mixing ratios and curing ages | |
| CN110845183A (zh) | 基于正交试验设计下的白云岩碎石土路基填料及施工工艺 | |
| KR100881149B1 (ko) | 고함수 준설니토 고화용 안정재 및 이를 이용한 개질토제조방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |