CN114152511A - 盾体注浆浆液-土复合体压缩模量和注浆率的测算方法 - Google Patents

盾体注浆浆液-土复合体压缩模量和注浆率的测算方法 Download PDF

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CN114152511A CN202210115358.3A CN202210115358A CN114152511A CN 114152511 A CN114152511 A CN 114152511A CN 202210115358 A CN202210115358 A CN 202210115358A CN 114152511 A CN114152511 A CN 114152511A
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Abstract

本发明公开了一种盾体注浆浆液‑土复合体压缩模量和注浆率的测算方法，压缩模量测算包括：（1）土体制样，测算土体压缩模量
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE001
；（2）浆液制样，测算浆液压缩模量
Figure 47119DEST_PATH_IMAGE002
；（3）判断土体压缩模量
Figure 49710DEST_PATH_IMAGE001
与浆液压缩模量
Figure 776358DEST_PATH_IMAGE002
的相对关系是否满足
Figure 425776DEST_PATH_IMAGE001
≤
Figure 870664DEST_PATH_IMAGE002
；（4）浆液‑土复合体制样，测算浆液‑土复合体压缩模量
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE003
；（5）判断土体压缩模量
Figure 755574DEST_PATH_IMAGE001
、浆液压缩模量
Figure 336728DEST_PATH_IMAGE002
、浆液‑土复合体压缩模量
Figure 140736DEST_PATH_IMAGE003
的相对关系是否满足
Figure 604079DEST_PATH_IMAGE001
≤
Figure 27101DEST_PATH_IMAGE003
≤
Figure 462761DEST_PATH_IMAGE002
。本发明改进了固结仪对浆液‑土复合体进行测试，开展测试注浆浆液压缩模量和注浆率的现场试验，可实现对浆液‑土复合体压缩模量和盾体注浆率的测算，相关经验可供类似工程运行管理单位及人员借鉴。

Description

盾体注浆浆液-土复合体压缩模量和注浆率的测算方法
技术领域
本发明涉及盾构施工技术领域，尤其是盾构施工中的注浆，具体是一种盾体注浆浆液-土复合体压缩模量和注浆率的测算方法。
背景技术
盾构开挖过程中，盾体（盾壳）与周围土体之间会产生一个1~3cm的开挖间隙，导致了上方土体发生变形，引起了地层位移，对周边的既有结构造成了扰动。开挖间隙的填充质量尤为重要，在采取中盾注浆时，选取合适的注浆材料更是重中之重。在上方土体的作用下，浆液发生固结、压缩，不同注浆压力的作用下，浆液渗透到土体中的范围不同，导致盾体注浆量可能造成浪费，引起地层隆起。
注浆浆液的压缩模量作为浆液材料的主要指标，对盾构施工有着重要的影响，压缩模量影响着填充质量和注浆率，但是现阶段仅仅是针对浆液或土体的研究，针对浆液-土复合体的压缩模量少有研究，更没有实用的测试方法。浆液-土复合体比较复杂，由于土体颗粒间有空隙，涉及到浆液渗入到土体范围，又引起了盾体注浆率的测算的问题。
在测量单一介质（土体或浆液）的压缩模量时，现阶段的测量仪器和方法比较局限，常用的固结仪在使用时，用金属环刀切取原状土样置入刚性护环内，由于护环所限，只能对一定高度的单一土体进行测试，无法满足对浆液-土体混合试样的测试需求。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提出一种盾体注浆浆液-土复合体压缩模量和注浆率的测算方法，首先开展注浆浆液压缩模量的测试，从浆液-土复合体压缩模量的角度评估浆液是否能够用于盾体注浆，并进一步进行盾体注浆率的测算和现场试验，结果表明该方法可实现对浆液-土复合体压缩模量和盾体注浆率的有效评估。
本发明是这样实现的：
本发明首先提供一种盾体注浆浆液-土复合体压缩模量的测算方法，包括如下步骤：
（1）土体制样，测算土体压缩模量
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE001
；
（2）浆液制样，测算浆液压缩模量
Figure 445499DEST_PATH_IMAGE002
；
（3）判断土体压缩模量
Figure 261140DEST_PATH_IMAGE001
与浆液压缩模量
Figure 987787DEST_PATH_IMAGE002
的相对关系是否满足
Figure 620894DEST_PATH_IMAGE001
≤
Figure 65782DEST_PATH_IMAGE002
：
若否，调整浆液配比，然后重新开始执行步骤（2），直至满足；
若是，继续执行步骤（4）；
（4）浆液-土复合体制样，测算浆液-土复合体压缩模量
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE003
；
（5）判断土体压缩模量
Figure 888375DEST_PATH_IMAGE001
、浆液压缩模量
Figure 735109DEST_PATH_IMAGE002
、浆液-土复合体压缩模量
Figure 70275DEST_PATH_IMAGE003
的相对关系是否满足
Figure 877825DEST_PATH_IMAGE001
≤
Figure 159902DEST_PATH_IMAGE003
≤
Figure 861142DEST_PATH_IMAGE002
：
若否，调整浆液配比，然后重新开始执行步骤（4），直至满足；
若是，得到浆液-土复合体压缩模量
Figure 836051DEST_PATH_IMAGE003
。
在一个具体实例中，步骤（1）包括：
（1-1）制备所需状态的扰动土体试样，进行密度试验、含水率试验、比重试验，得出土体试样的密度
Figure 865318DEST_PATH_IMAGE004
、含水率
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE005
、比重
Figure 701818DEST_PATH_IMAGE006
；
（1-2）在固结仪中装样并进行固结试验，根据密度
Figure 257564DEST_PATH_IMAGE004
、含水率
Figure 403375DEST_PATH_IMAGE005
、比重
Figure 919938DEST_PATH_IMAGE006
计算土体压缩模量
Figure 543817DEST_PATH_IMAGE001
。
在一个具体实例中，步骤（2）包括：
（2-1）制备浆液试样，进行密度试验、含水率试验、比重试验，得出浆液试样的密度
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE007
、含水率
Figure 422912DEST_PATH_IMAGE008
、比重
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE009
；
（2-2）在固结仪中装样并进行固结试验，根据密度
Figure 83831DEST_PATH_IMAGE007
、含水率
Figure 9062DEST_PATH_IMAGE008
、比重
Figure 436632DEST_PATH_IMAGE009
计算浆液压缩模量
Figure 186545DEST_PATH_IMAGE002
。
在一个具体实例中，步骤（4）包括：
（4-1）土体制样，浆液制样；
（4-2）在改进型固结仪中依次进行土体、浆液装样，形成浆液-土复合体试样；
（4-3）计算浆液-土复合体试样的密度
Figure 549524DEST_PATH_IMAGE010
、含水率
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE011
、比重
Figure 430892DEST_PATH_IMAGE012
；
（4-4）对浆液-土复合体试样进行加载，记录各级加载下的变形量；
（4-5）计算浆液-土复合体压缩模量
Figure 662153DEST_PATH_IMAGE003
。
在一个具体实例中，步骤（4-3）具体为：
a.根据土体与浆液的体积比按下式计算密度
Figure 922365DEST_PATH_IMAGE010
：
Figure DEST_PATH_IMAGE013
b.根据土体和浆液的总质量与固体颗粒总质量比按下式计算含水率
Figure 980278DEST_PATH_IMAGE011
：
Figure 348942DEST_PATH_IMAGE014
Figure 993681DEST_PATH_IMAGE016
Figure DEST_PATH_IMAGE017
Figure 498612DEST_PATH_IMAGE018
c.根据土体和浆液的固体颗粒总质量与体积比按下式计算比重
Figure 62449DEST_PATH_IMAGE012
：
Figure DEST_PATH_IMAGE019
Figure 731458DEST_PATH_IMAGE020
Figure DEST_PATH_IMAGE021
Figure DEST_PATH_IMAGE023
Figure 55255DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 945850DEST_PATH_IMAGE007
—土体试样、浆液试样的密度；
Figure 946167DEST_PATH_IMAGE005
、
Figure 758266DEST_PATH_IMAGE008
—土体试样、浆液试样的含水率；
Figure 10386DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 224330DEST_PATH_IMAGE009
—土体试样、浆液试样的比重；
Figure 395548DEST_PATH_IMAGE024
、
Figure DEST_PATH_IMAGE025
—土体试样、浆液试样的高度；
Figure 694943DEST_PATH_IMAGE026
、
Figure DEST_PATH_IMAGE027
—土体试样、浆液试样的质量；
Figure 954017DEST_PATH_IMAGE028
、
Figure DEST_PATH_IMAGE029
—土体试样、浆液试样中固体颗粒的质量；
Figure 304358DEST_PATH_IMAGE030
、
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE031
—土体试样、浆液试样中水的质量；
Figure 849740DEST_PATH_IMAGE032
、
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE033
—土体试样、浆液试样中固体颗粒的体积；
R—改进型固结仪主容器内径。
在一个具体实例中，步骤（4-5）具体为：
a.按下式计算复合体试样的初始孔隙比
Figure 511797DEST_PATH_IMAGE034
：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE035
Figure 122032DEST_PATH_IMAGE036
—水的密度；
b.按下式计算各级压力下固结稳定后的孔隙比
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE037
：
Figure 389196DEST_PATH_IMAGE038
Figure 902217DEST_PATH_IMAGE037
—某级压力下的孔隙比；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE039
—某级压力下试样的高度总变形量（cm）；
Figure 520411DEST_PATH_IMAGE040
—复合体试样初始高度（cm）；
c.按下式计算某一压力范围内的压缩系数
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE041
：
Figure 980343DEST_PATH_IMAGE042
Figure 820123DEST_PATH_IMAGE041
—压缩系数（MPa-1）；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE043
—某一单位压力值（kPa）；
d.按下式计算某一压力范围内复合体试样的压缩模量
Figure 582673DEST_PATH_IMAGE003
：
Figure 78377DEST_PATH_IMAGE044
。
在一个具体实例中，步骤（4-2）中，所述改进型固结仪包括加载框架、百分表、主容器、底座和水槽，其中：
加载框架具有左右双螺杆，加载框架上安装百分表和传压杆，传压杆下端连接加压活塞，加压活塞伸入主容器内；
主容器进行加高设置，在主容器四周增设刻度，其内自下而上依次放置透水石、浆液-土复合体试样、透水石；
主容器下部内壁开设有多条竖向卡槽以及与多条竖向卡槽的顶端连通的环形卡槽，底座上对应凸出有多个卡锁，多个卡锁能够通过多条竖向卡槽转动嵌入到环形卡槽中，实现主容器与底座连接固定；
底座放置在水槽内，底座上承载透水石和试样。
本发明进一步提供一种基于浆液-土复合体压缩模量的盾体注浆率的测算方法，包括如下步骤：
（1）制备满足前述浆液-土复合体压缩模量
Figure 138737DEST_PATH_IMAGE003
的土体试样和浆液试样；
（2）在改进型固结仪中依次进行土体装样、浆液装样，形成浆液-土复合体试样；
（3）结合固结试验，计算盾体注浆率。
在一个具体实例中，步骤（3）包括：
（3-1）测得装样后浆液试样高度
Figure 911652DEST_PATH_IMAGE025
；
（3-2）假定加载前滞留土体上方浆液试样高度
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE045
，对浆液-土复合体试样进行加载，测得加载后浆液试样高度
Figure 32055DEST_PATH_IMAGE046
，得某级压力下滞留土体上方浆液试样的总压缩量
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE047
=
Figure 359262DEST_PATH_IMAGE045
-
Figure 957733DEST_PATH_IMAGE046
，即
Figure 506526DEST_PATH_IMAGE048
；
（3-3）由浆液试样的变形率
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE049
，得
Figure 837030DEST_PATH_IMAGE050
，进而得
Figure DEST_PATH_IMAGE051
；
（3-4）按下式计算盾体注浆率
Figure 58058DEST_PATH_IMAGE052
：
Figure 256958DEST_PATH_IMAGE054
Figure 863520DEST_PATH_IMAGE025
—浆液试样高度；
Figure 325726DEST_PATH_IMAGE046
—加载后浆液试样高度；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE055
—浆液试样的变形率。
在一个具体实例中，步骤（3-4）中浆液试样的变形率
Figure 283317DEST_PATH_IMAGE055
按如下方法得到：
a.制备浆液试样；
b.在固结仪中装样，测出未加载浆液试样的高度
Figure 98958DEST_PATH_IMAGE056
；
c.进行固结试验，测得某级压力下浆液试样的总变形量
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE057
；
d.按下式计算浆液试样的变形率
Figure 294447DEST_PATH_IMAGE055
：
Figure 802920DEST_PATH_IMAGE058
Figure 778966DEST_PATH_IMAGE056
—未加载浆液试样的高度；
Figure 522931DEST_PATH_IMAGE057
—浆液试样的总变形量。
本发明相对于现有技术的有益效果是：本发明提出的一种盾体注浆浆液-土复合体压缩模量和注浆率的测算方法，具有如下显著的有益效果：
改进了传统的固结仪，增大压力盒的容器高度，解决了浆液压缩变形大的问题；
在主容器和下方底座之间增加了转动卡锁的设计，将主容器与下端底座之间通过转动锁进行连接固定，方便取出试样；
在主容器四周增设刻度，有助于测量浆液-土复合体的压缩模量和浆液加载完成后的压缩量；
开展注浆浆液压缩模量测试，在不同的加载等级下模拟相对应的注浆压力，测量不同的浆液-土复合体的压缩量，从浆液-土复合体压缩模量的角度评估浆液是否能够用于盾体注浆；
进行注浆率的测算和现场试验，结果表明该方法可实现对浆液-土复合体压缩模量和盾体注浆率的有效评估。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容涵盖的范围内。
图1为本发明盾体注浆浆液-土复合体压缩模量和注浆率的测算方法流程图；
图2为本发明一种实施方式加载装置结构示意图；
图3为本发明一种实施方式主容器结构示意图；
图4为本发明一种实施方式底座结构示意图；
图5为未加载试样高度示意图；
图6为加载后试样高度变化示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
在本发明的描述中，术语“包括/包含”、“由……组成”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的产品、设备、过程或方法不仅包括那些要素，而且需要时还可以包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种产品、设备、过程或方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括/包含……”、“由……组成”限定的要素，并不排除在包括所述要素的产品、设备、过程或方法中还存在另外的相同要素。
需要理解的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是任意合适的设置方式，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
还需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中心”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置、部件或结构必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，不能理解为对本发明的限制。
以下结合较佳的实施方式对本发明的实现进行详细的描述。
在采取中盾注浆时，在注浆压力作用下，浆液分成两部分：一部分浆液在发生固结压缩过程中，水泥水化反应产生大量胶结物质，充当骨架作用，填充开挖间隙，一部分浆液渗透到土颗粒之间的孔隙，浆液发生失水固结与土颗粒胶结在一块，形成了一条浆液-土体的渗透带，两者之间形成明显分界线。
鉴于此，本发明改进了现有的固结仪对浆液-土复合体进行测试，通过多次压缩固结试验，得出了浆液-土复合体的两者间有明显的分界线的规律，验证了该方法用于盾体浆液-土复合体压缩模量和注浆率的测量。在此基础上开展了测试注浆浆液压缩模量和注浆率的现场试验，结果表明该方法可实现对浆液-土复合体压缩模量和盾体注浆率的测量。
具体而言，本发明首先提出一种盾体注浆浆液-土复合体压缩模量的测算方法，如图1，包括如下步骤：
（1）土体制样，测算土体压缩模量
Figure 369664DEST_PATH_IMAGE001
；
（2）浆液制样，测算浆液压缩模量
Figure 908093DEST_PATH_IMAGE002
；
（3）判断土体压缩模量
Figure 715643DEST_PATH_IMAGE001
与浆液压缩模量
Figure 997720DEST_PATH_IMAGE002
的相对关系是否满足
Figure 495697DEST_PATH_IMAGE001
≤
Figure 470607DEST_PATH_IMAGE002
：
若否，调整浆液配比，然后重新开始执行步骤（2），直至满足；
若是，继续执行步骤（4）；
（4）浆液-土复合体制样，测算浆液-土复合体压缩模量
Figure 765453DEST_PATH_IMAGE003
；
（5）判断土体压缩模量
Figure 54483DEST_PATH_IMAGE001
、浆液压缩模量
Figure 610229DEST_PATH_IMAGE002
、浆液-土复合体压缩模量
Figure 552777DEST_PATH_IMAGE003
的相对关系是否满足
Figure 69341DEST_PATH_IMAGE001
≤
Figure 693220DEST_PATH_IMAGE003
≤
Figure 369052DEST_PATH_IMAGE002
：
若否，调整浆液配比，然后重新开始执行步骤（4），直至满足；
若是，得到浆液-土复合体压缩模量
Figure 420184DEST_PATH_IMAGE003
。
得到满足要求的浆液，则可用于进行盾体注浆，本发明可进一步在此基础上结合固结试验，计算盾体注浆率，以准确掌握注浆量，实现盾构精确注浆，具体在后文中阐述。
在一些实施例中，步骤（1）包括：
（1-1）制备所需状态的扰动土体试样，进行密度试验、含水率试验、比重试验，得出土体试样的密度
Figure 345415DEST_PATH_IMAGE004
、含水率
Figure 913931DEST_PATH_IMAGE005
、比重
Figure 444269DEST_PATH_IMAGE006
；现场开挖过程中，会对土样产生扰动，会让盾构周围的土体中应力骤减，制备扰动后的土样更符合现场实际情况；
（1-2）在固结仪中装样并进行固结试验，根据密度
Figure 728620DEST_PATH_IMAGE004
、含水率
Figure 344409DEST_PATH_IMAGE005
、比重
Figure 185457DEST_PATH_IMAGE006
计算土体压缩模量
Figure 367040DEST_PATH_IMAGE001
。
较佳的，步骤（1-2）中计算土体压缩模量
Figure 25555DEST_PATH_IMAGE001
采用如下方法进行：
a.按下式计算土体试样的初始孔隙比
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE059
：
Figure 128640DEST_PATH_IMAGE060
Figure 898013DEST_PATH_IMAGE036
—水的密度；
b.按下式计算各级压力下固结稳定后的孔隙比
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE061
：
Figure 12730DEST_PATH_IMAGE062
Figure 107725DEST_PATH_IMAGE061
—某级压力下的孔隙比；
Figure DEST_PATH_IMAGE063
—某级压力下试样的高度总变形量（cm）；
Figure 776735DEST_PATH_IMAGE064
—试样初始高度（cm）；
应当理解，各级压力是指：加载过程中施加各级压力，压力等级一般为50kPa、100kPa、200kPa、400kPa、800kPa、1600kPa、3200kPa等，最后一级压力应大于土层实际压力100kPa~200kP；
某级压力、某一压力对应实际注浆压力，满足关系：注浆压力>最后一级压力>土层实际压力；
c.按下式计算某一压力范围内的压缩系数
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE065
：
Figure 84220DEST_PATH_IMAGE066
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE067
—压缩系数（MPa-1）；
Figure 646919DEST_PATH_IMAGE068
—某一单位压力值（kPa）；
d.按下式计算某一压力范围内土体压缩模量
Figure 443974DEST_PATH_IMAGE001
：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE069
。
在一些实施例中，步骤（2）包括：
（2-1）制备浆液试样，进行密度试验、含水率试验、比重试验，得出浆液试样的密度
Figure 334701DEST_PATH_IMAGE007
、含水率
Figure 508193DEST_PATH_IMAGE008
、比重
Figure 987716DEST_PATH_IMAGE009
；
（2-2）在固结仪中装样并进行固结试验，根据密度
Figure 34300DEST_PATH_IMAGE007
、含水率
Figure 130432DEST_PATH_IMAGE008
、比重
Figure 779720DEST_PATH_IMAGE009
计算浆液压缩模量
Figure 113749DEST_PATH_IMAGE002
。
与计算土体压缩模量
Figure 455869DEST_PATH_IMAGE001
的方法类似，步骤（2-2）中计算浆液压缩模量
Figure 39297DEST_PATH_IMAGE002
采用如下方法进行：
a.按下式计算浆液试样的初始孔隙比
Figure 367641DEST_PATH_IMAGE070
：
Figure 556177DEST_PATH_IMAGE072
Figure 865935DEST_PATH_IMAGE036
—水的密度；
b.按下式计算各级压力下固结稳定后的孔隙比
Figure DEST_PATH_IMAGE073
：
Figure 343184DEST_PATH_IMAGE074
Figure 717361DEST_PATH_IMAGE073
—某级压力下的孔隙比；
Figure 557141DEST_PATH_IMAGE057
—某级压力下试样的高度总变形量（cm）；
Figure 241063DEST_PATH_IMAGE056
—浆液试样初始高度（cm）；
c.按下式计算某一压力范围内的压缩系数
Figure DEST_PATH_IMAGE075
：
Figure 815395DEST_PATH_IMAGE076
Figure 672493DEST_PATH_IMAGE075
—压缩系数（MPa-1）；
Figure DEST_PATH_IMAGE077
—某一单位压力值（kPa）；
d.按下式计算某一压力范围内浆液压缩模量
Figure 773304DEST_PATH_IMAGE002
：
Figure 424865DEST_PATH_IMAGE078
。
在一些实施例中，步骤（4）包括：
（4-1）土体制样，浆液制样；
（4-2）在改进型固结仪中依次进行土体、浆液装样，形成浆液-土复合体试样；
（4-3）计算浆液-土复合体试样的密度
Figure 673444DEST_PATH_IMAGE010
、含水率
Figure 147282DEST_PATH_IMAGE011
、比重
Figure 696075DEST_PATH_IMAGE012
；
（4-4）对浆液-土复合体试样进行加载，记录各级加载下的变形量，例如：100kpa变形量5mm，200kpa变形量3mm，400kpa变形量2mm，总变形量10mm；
（4-5）计算浆液-土复合体压缩模量
Figure 252958DEST_PATH_IMAGE003
。
较佳的，参见图2所示，步骤（4-2）中，改进型固结仪包括：
加载框架1，采用左右双螺杆，可实现上下升降，根据试样尺寸方便调整框架高度；加载框架1上安装百分表2和传压杆3，传压杆3下端连接加压活塞4，加压活塞4伸入主容器5内；传压杆3将加载压力传递至加压活塞4，对主容器5内的试样进行压缩，百分表2测量试样变形量。
主容器5进行加高设置，安装在底座9上，主容器5内自下而上依次放置透水石6、浆液-土复合体试样7、透水石6；主容器5用于盛装试样、透水石、加压活塞；容器四周有刻度，用于读数；透水石6用于排除固结而产生的水；浆液-土复合体试样7从上至下依次由浆液试样和土体试样两部分组成；
结合图3、图4，主容器5下部内壁开设有多条竖向卡槽8，底座9上对应凸出有多个卡锁10，主容器5通过竖向卡槽8、卡锁10相互嵌合与底座9连接固定；
底座9放置在水槽11内，底座9上承载透水石和试样，水槽11盛装固结过程中通过主容器5的卡槽8排出的水。
根据现有的环刀规范，环刀高度2cm，最大5cm，本发明对主容器5进行加高设置，优选加高至10cm以上，以克服现有固结试验设备的不足，满足在其内放置浆液试样和土体试样的要求，解决了浆液压缩变形大的问题。通过进一步在主容器四周增设刻度，有助于测量浆液-土复合体的压缩模量和浆液加载完成后的压缩量。
较佳的，主容器5下部内壁开设有周向的环形卡槽12，环形卡槽12与多条竖向卡槽8的顶端连通，多个卡锁10能够竖向嵌入多条竖向卡槽8，然后在竖向卡槽8的顶端转动一定角度，嵌入到环形卡槽12中，实现主容器5与底座9连接固定。通过卡锁10与环形卡槽12转动完成自锁，能够减小实验中的摩擦；主容器5下部内壁带有四个卡槽，兼有固结排水功能。
较佳的，步骤（4-3）具体为：
a.根据土体与浆液的体积比按下式计算密度
Figure 723254DEST_PATH_IMAGE010
：
Figure 656575DEST_PATH_IMAGE013
b.根据土体和浆液的总质量与固体颗粒总质量比按下式计算含水率
Figure 404082DEST_PATH_IMAGE011
：
Figure 866287DEST_PATH_IMAGE014
Figure 355038DEST_PATH_IMAGE016
Figure 560891DEST_PATH_IMAGE017
Figure 287538DEST_PATH_IMAGE018
c.根据土体和浆液的固体颗粒总质量与体积比按下式计算比重
Figure 451804DEST_PATH_IMAGE012
：
Figure 772058DEST_PATH_IMAGE019
Figure 516023DEST_PATH_IMAGE020
Figure 893914DEST_PATH_IMAGE021
Figure DEST_PATH_IMAGE079
Figure 42130DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 708735DEST_PATH_IMAGE007
—土体试样、浆液试样的密度；
Figure 53128DEST_PATH_IMAGE005
、
Figure 754368DEST_PATH_IMAGE008
—土体试样、浆液试样的含水率；
Figure 463698DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 679916DEST_PATH_IMAGE009
—土体试样、浆液试样的比重；
Figure 641050DEST_PATH_IMAGE024
、
Figure 196796DEST_PATH_IMAGE025
—土体试样、浆液试样的高度；
Figure 873765DEST_PATH_IMAGE026
、
Figure 514962DEST_PATH_IMAGE027
—土体试样、浆液试样的质量；
Figure 404421DEST_PATH_IMAGE028
、
Figure 955619DEST_PATH_IMAGE029
—土体试样、浆液试样中固体颗粒的质量；
Figure 69068DEST_PATH_IMAGE030
、
Figure 197561DEST_PATH_IMAGE031
—土体试样、浆液试样中水的质量；
Figure 625132DEST_PATH_IMAGE032
、
Figure 952208DEST_PATH_IMAGE033
—土体试样、浆液试样中固体颗粒的体积；
R—改进型固结仪主容器内径。
较佳的，步骤（4-5）具体为：
a.按下式计算复合体试样的初始孔隙比
Figure 315187DEST_PATH_IMAGE034
：
Figure 665397DEST_PATH_IMAGE035
Figure 896658DEST_PATH_IMAGE036
—水的密度；
b.按下式计算各级压力下固结稳定后的孔隙比
Figure 78241DEST_PATH_IMAGE037
：
Figure 736755DEST_PATH_IMAGE038
Figure 715207DEST_PATH_IMAGE037
—某级压力下的孔隙比；
Figure 281317DEST_PATH_IMAGE039
—某级压力下试样的高度总变形量（cm）；
Figure 786248DEST_PATH_IMAGE040
—复合体试样初始高度（cm）；
c.按下式计算某一压力范围内的压缩系数
Figure 615664DEST_PATH_IMAGE041
：
Figure 737203DEST_PATH_IMAGE042
Figure 185633DEST_PATH_IMAGE041
—压缩系数（MPa-1）；
Figure 545071DEST_PATH_IMAGE043
—某一单位压力值（kPa）；
d.按下式计算某一压力范围内复合体试样的压缩模量
Figure 545388DEST_PATH_IMAGE003
：
Figure 154224DEST_PATH_IMAGE044
。
本发明使用改进后的实验仪器，按照测量压缩模量的方法，可以测出浆液-土复合体压缩模量，压缩模量若满足关系，则所配置的浆液可以用来进行注浆施工，并且本发明可进一步在此基础上计算注浆率。
本发明还提供一种基于浆液-土复合体压缩模量的盾体注浆率的测算方法，包括如下步骤：
（1）制备满足浆液-土复合体压缩模量
Figure 265399DEST_PATH_IMAGE003
要求的土体试样和浆液试样；具体可以是重新制备试样，也可以是对上文中测算浆液-土复合体压缩模量试验过程的进一步延伸；
（2）在改进型固结仪中依次进行土体装样、浆液装样，形成浆液-土复合体试样；改进型固结仪如图2~4所示，具体不做重复阐述；
（3）结合固结试验，计算盾体注浆率。
在一些实施例中，如图5、图6所示，浆液-土复合体初始总高度
Figure 354709DEST_PATH_IMAGE040
，可分为土体高度
Figure 322665DEST_PATH_IMAGE024
和浆液高度
Figure 622059DEST_PATH_IMAGE025
；加载前，一部分浆液渗透到土体中，一部分浆液滞留在土体上方，假定高度为
Figure 802505DEST_PATH_IMAGE045
，加载后两者之间有明显分界线。
在此基础上，步骤（3）包括：
（3-1）测得装样后浆液试样高度
Figure 215163DEST_PATH_IMAGE025
；
（3-2）假定加载前滞留土体上方浆液试样高度
Figure 557282DEST_PATH_IMAGE045
，对浆液-土复合体试样进行加载，测得加载后浆液试样高度
Figure 875131DEST_PATH_IMAGE046
，得某级压力下滞留土体上方浆液试样的总压缩量
Figure 593688DEST_PATH_IMAGE047
=
Figure 657591DEST_PATH_IMAGE045
-
Figure 967349DEST_PATH_IMAGE046
，即
Figure 975756DEST_PATH_IMAGE048
；
（3-3）由浆液试样的变形率
Figure 232425DEST_PATH_IMAGE049
，得
Figure 275468DEST_PATH_IMAGE050
，进而得
Figure 123773DEST_PATH_IMAGE051
；
（3-4）按下式计算盾体注浆率
Figure 885056DEST_PATH_IMAGE052
：
Figure 679836DEST_PATH_IMAGE080
Figure 718331DEST_PATH_IMAGE025
—浆液试样高度；
Figure 573154DEST_PATH_IMAGE046
—加载后浆液试样高度；
Figure 352891DEST_PATH_IMAGE055
—浆液试样的变形率。
较佳的，步骤（3-4）中浆液试样的变形率
Figure 216942DEST_PATH_IMAGE055
按如下方法得到：
a.制备浆液试样；
b.在固结仪中装样，测出未加载浆液试样的高度
Figure 109943DEST_PATH_IMAGE056
；
c.进行固结试验，测得某级压力下浆液试样的总变形量
Figure 135668DEST_PATH_IMAGE057
；
d.按下式计算浆液试样的变形率
Figure 402701DEST_PATH_IMAGE055
：
Figure 804863DEST_PATH_IMAGE058
Figure 677005DEST_PATH_IMAGE056
—未加载浆液试样的高度；
Figure 748997DEST_PATH_IMAGE057
—浆液试样的总变形量。
本发明改进了固结仪对浆液-土复合体进行测试，通过多次压缩固结试验，得出了浆液-土复合体的两者间有明显的分界线的规律，验证了该方法用于盾体浆液-土复合体压缩模量和注浆率的测量。在此基础上开展了测试注浆浆液压缩模量和注浆率的现场试验，结果表明该方法可实现对浆液-土复合体压缩模量和盾体注浆率的测量。相关经验可供类似工程运行管理单位及人员借鉴。
本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种盾体注浆浆液-土复合体压缩模量的测算方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）土体制样，测算土体压缩模量
Figure DEST_PATH_IMAGE001
；
（2）浆液制样，测算浆液压缩模量
Figure 390964DEST_PATH_IMAGE002
；
（3）判断土体压缩模量
Figure 373964DEST_PATH_IMAGE001
与浆液压缩模量
Figure 113381DEST_PATH_IMAGE002
的相对关系是否满足
Figure 927753DEST_PATH_IMAGE001
≤
Figure 953478DEST_PATH_IMAGE002
：
若否，调整浆液配比，然后重新开始执行步骤（2），直至满足；
若是，继续执行步骤（4）；
（4）浆液-土复合体制样，测算浆液-土复合体压缩模量
Figure DEST_PATH_IMAGE003
；
（5）判断土体压缩模量
Figure 627036DEST_PATH_IMAGE001
、浆液压缩模量
Figure 825936DEST_PATH_IMAGE002
、浆液-土复合体压缩模量
Figure 573443DEST_PATH_IMAGE003
的相对关系是否满足
Figure 770069DEST_PATH_IMAGE001
≤
Figure 727661DEST_PATH_IMAGE003
≤
Figure 730252DEST_PATH_IMAGE002
：
若否，调整浆液配比，然后重新开始执行步骤（4），直至满足；
若是，得到浆液-土复合体压缩模量
Figure 456900DEST_PATH_IMAGE003
。
2.根据权利要求1所述的测算方法，其特征在于，步骤（1）包括：
（1-1）制备所需状态的扰动土体试样，进行密度试验、含水率试验、比重试验，得出土体试样的密度
Figure 965372DEST_PATH_IMAGE004
、含水率
Figure DEST_PATH_IMAGE005
、比重
Figure 410260DEST_PATH_IMAGE006
；
（1-2）在固结仪中装样并进行固结试验，根据密度
Figure 154225DEST_PATH_IMAGE004
、含水率
Figure 532117DEST_PATH_IMAGE005
、比重
Figure 211491DEST_PATH_IMAGE006
计算土体压缩模量
Figure 878096DEST_PATH_IMAGE001
。
3.根据权利要求1所述的测算方法，其特征在于，步骤（2）包括：
（2-1）制备浆液试样，进行密度试验、含水率试验、比重试验，得出浆液试样的密度
Figure DEST_PATH_IMAGE007
、含水率
Figure 425752DEST_PATH_IMAGE008
、比重
Figure DEST_PATH_IMAGE009
；
（2-2）在固结仪中装样并进行固结试验，根据密度
Figure 940041DEST_PATH_IMAGE007
、含水率
Figure 711688DEST_PATH_IMAGE008
、比重
Figure 865589DEST_PATH_IMAGE009
计算浆液压缩模量
Figure 216936DEST_PATH_IMAGE002
。
4.根据权利要求1所述的测算方法，其特征在于，步骤（4）包括：
（4-1）土体制样，浆液制样；
（4-2）在改进型固结仪中依次进行土体、浆液装样，形成浆液-土复合体试样；
（4-3）计算浆液-土复合体试样的密度
Figure 569420DEST_PATH_IMAGE010
、含水率
Figure DEST_PATH_IMAGE011
、比重
Figure 793859DEST_PATH_IMAGE012
；
（4-4）对浆液-土复合体试样进行加载，记录各级加载下的变形量；
（4-5）计算浆液-土复合体压缩模量
Figure 231793DEST_PATH_IMAGE003
。
5.根据权利要求4所述的测算方法，其特征在于，步骤（4-3）具体为：
a.根据土体与浆液的体积比按下式计算密度
Figure 121252DEST_PATH_IMAGE010
：
Figure 508067DEST_PATH_IMAGE014
b.根据土体和浆液的总质量与固体颗粒总质量比按下式计算含水率
Figure 700145DEST_PATH_IMAGE011
：
Figure 625376DEST_PATH_IMAGE016
Figure 52946DEST_PATH_IMAGE018
Figure 583285DEST_PATH_IMAGE020
Figure 602056DEST_PATH_IMAGE022
c.根据土体和浆液的固体颗粒总质量与体积比按下式计算比重
Figure 358791DEST_PATH_IMAGE012
：
Figure 590052DEST_PATH_IMAGE024
Figure 974897DEST_PATH_IMAGE026
Figure 430149DEST_PATH_IMAGE028
Figure 267655DEST_PATH_IMAGE030
Figure 912394DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 214062DEST_PATH_IMAGE007
—土体试样、浆液试样的密度；
Figure 43478DEST_PATH_IMAGE005
、
Figure 368280DEST_PATH_IMAGE008
—土体试样、浆液试样的含水率；
Figure 941344DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 97519DEST_PATH_IMAGE009
—土体试样、浆液试样的比重；
Figure DEST_PATH_IMAGE031
、
Figure 442044DEST_PATH_IMAGE032
—土体试样、浆液试样的高度；
Figure DEST_PATH_IMAGE033
、
Figure 254142DEST_PATH_IMAGE034
—土体试样、浆液试样的质量；
Figure DEST_PATH_IMAGE035
、
Figure 240684DEST_PATH_IMAGE036
—土体试样、浆液试样中固体颗粒的质量；
Figure DEST_PATH_IMAGE037
、
Figure 657890DEST_PATH_IMAGE038
—土体试样、浆液试样中水的质量；
Figure DEST_PATH_IMAGE039
、
Figure 829108DEST_PATH_IMAGE040
—土体试样、浆液试样中固体颗粒的体积；
R—改进型固结仪主容器内径。
6.根据权利要求4所述的测算方法，其特征在于，步骤（4-5）具体为：
a.按下式计算复合体试样的初始孔隙比
Figure DEST_PATH_IMAGE041
：
Figure DEST_PATH_IMAGE043
Figure 161125DEST_PATH_IMAGE044
—水的密度；
b.按下式计算各级压力下固结稳定后的孔隙比
Figure DEST_PATH_IMAGE045
：
Figure DEST_PATH_IMAGE047
Figure 154620DEST_PATH_IMAGE045
—某级压力下的孔隙比；
Figure 223071DEST_PATH_IMAGE048
—某级压力下试样的高度总变形量（cm）；
Figure DEST_PATH_IMAGE049
—复合体试样初始高度（cm）；
c.按下式计算某一压力范围内的压缩系数
Figure 565190DEST_PATH_IMAGE050
：
Figure 492826DEST_PATH_IMAGE052
Figure 8121DEST_PATH_IMAGE050
—压缩系数（MPa-1）；
Figure DEST_PATH_IMAGE053
—某一单位压力值（kPa）；
d.按下式计算某一压力范围内复合体试样的压缩模量
Figure 134340DEST_PATH_IMAGE003
：
Figure 444099DEST_PATH_IMAGE054
。
7.根据权利要求4所述的测算方法，其特征在于，步骤（4-2）中，所述改进型固结仪包括加载框架、百分表、主容器、底座和水槽，其中：
加载框架具有左右双螺杆，加载框架上安装百分表和传压杆，传压杆下端连接加压活塞，加压活塞伸入主容器内；
主容器进行加高设置，在主容器四周增设刻度，其内自下而上依次放置透水石、浆液-土复合体试样、透水石；
主容器下部内壁开设有多条竖向卡槽以及与多条竖向卡槽的顶端连通的环形卡槽，底座上对应凸出有多个卡锁，多个卡锁能够通过多条竖向卡槽转动嵌入到环形卡槽中，实现主容器与底座连接固定；
底座放置在水槽内，底座上承载透水石和试样。
8.一种基于浆液-土复合体压缩模量的盾体注浆率的测算方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）制备满足 权利要求1~7任一项中浆液-土复合体压缩模量
Figure 718085DEST_PATH_IMAGE003
的土体试样和浆液试样；
（2）在改进型固结仪中依次进行土体装样、浆液装样，形成浆液-土复合体试样；
（3）结合固结试验，计算盾体注浆率。
9.根据权利要求8所述的测算方法，其特征在于，步骤（3）包括：
（3-1）测得装样后浆液试样高度
Figure 850120DEST_PATH_IMAGE032
；
（3-2）假定加载前滞留土体上方浆液试样高度
Figure DEST_PATH_IMAGE055
，对浆液-土复合体试样进行加载，测得加载后浆液试样高度
Figure 893163DEST_PATH_IMAGE056
，得某级压力下滞留土体上方浆液试样的总压缩量
Figure DEST_PATH_IMAGE057
=
Figure 780347DEST_PATH_IMAGE055
-
Figure 338368DEST_PATH_IMAGE056
，即
Figure 274094DEST_PATH_IMAGE058
；
（3-3）由浆液试样的变形率
Figure DEST_PATH_IMAGE059
，得
Figure 171642DEST_PATH_IMAGE060
，进而得
Figure DEST_PATH_IMAGE061
；
（3-4）按下式计算盾体注浆率
Figure 370674DEST_PATH_IMAGE062
：
Figure 150411DEST_PATH_IMAGE064
Figure 748883DEST_PATH_IMAGE032
—浆液试样高度；
Figure 766517DEST_PATH_IMAGE056
—加载后浆液试样高度；
Figure DEST_PATH_IMAGE065
—浆液试样的变形率。
10.根据权利要求9所述的测算方法，其特征在于，步骤（3-4）中浆液试样的变形率
Figure 792242DEST_PATH_IMAGE065
按如下方法得到：
a.制备浆液试样；
b.在固结仪中装样，测出未加载浆液试样的高度
Figure 137904DEST_PATH_IMAGE066
；
c.进行固结试验，测得某级压力下浆液试样的总变形量
Figure DEST_PATH_IMAGE067
；
d.按下式计算浆液试样的变形率
Figure 540066DEST_PATH_IMAGE065
：
Figure DEST_PATH_IMAGE069
Figure 756415DEST_PATH_IMAGE066
—未加载浆液试样的高度；
Figure 749779DEST_PATH_IMAGE067
—浆液试样的总变形量。
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