基于透明土技术的盾构壁后注浆效果试验研究

为研究浆液在盾尾间隙中的扩散机理,提出了一种基于透明土技术开展壁后注浆扩散效果评估的可视化试验方法。首先通过理论推导,得出模型试验各物理参数的相似比尺,从而自行设计可视化试验装置;随后研制与透明土折射率一致的透明浆液,之后为验证浆液的适用性,利用制备的透明土和透明浆液开展预注浆试验;最后依托自行设计的试验装置,开展了针对隧道埋深、注浆压力、土层性质3种不同因素的敏感性分析。结果表明:透明浆液流变曲线符合宾汉姆流体特征,扩散形态与实际浆液较为相似;隧道埋深越大,浆液压力速度越快,距隧道中轴线有限距离内的地表沉降越小,并且分布离散程度越低;随着注浆压力的增加,注浆率增幅减小;浆液在级配不良的土层中更容易渗透扩散。

基于透明土技术与颗粒流方法联合开展管涌细观机理研究

我国现今拥有堤防总长度超30万公里,但管涌型渗透破坏频发,造成极大社会经济损失,故开展管涌细观机理研究对于解决堤防工程安全问题具有重要意义。当前有关管涌细观机理研究主要从模型试验、数值模拟两个方面开展,并且大多从颗粒摩擦系数、颗粒级配和细料含量等角度揭示该细观机理。本文提出一种基于透明土技术、颗粒流模拟联合开展该细观机理研究的方法,并从颗粒间接触力链的细观角度分析颗粒摩擦系数、颗粒级配和细料含量对管涌发生、发展的影响。首先结合PLIF(平面激光诱导荧光技术)与透明土技术自行设计可视化模型试验平台,其次基于MRI(磁共振成像)技术,借助Avzio软件实现对透明土样二维切片的三维重构,然后将重构模型导入PFC^(3D)中并进行相同条件下的颗粒流模拟,通过比对模型试验与数值模拟结果,验证本方法开展管涌细观机理研究的可靠性,最后进行重构模型在不同颗粒摩擦系数、颗粒级配和细料含量条件下的数值模拟,并从力链角度论述各组试验规律。本文可为管涌细观机理研究提供一种置信度高、可行性好的新途径。

深厚覆盖层侵蚀型管涌细观机理研究

为研究深厚覆盖层侵蚀型管涌的细观机理,基于DEM-CFD(离散元-计算流体力学)方法,构建了颗粒-孔隙尺度耦合分析模型,开展了不同水力梯度下深厚覆盖层侵蚀型管涌的数值模拟,从骨架颗粒接触力链网络的角度揭示了水力梯度对侵蚀型管涌发展的影响,并根据数值模拟的结果对细颗粒流失概率理论进行改进.结果表明:随着水力梯度的增大,细颗粒流失量减小,细颗粒流失达到稳定的时间提前,运移距离大于100 mm的细颗粒数量增多,运移距离小于100 mm的细颗粒数量减少;水力梯度越大,接触力数目越多,强接触占接触总数比例减小,接触力向y轴方向收拢;改进理论对细颗粒流失概率的预测与既有研究中数值模拟的结果较为接近.