基于有效应力原理的泡沫改良粗粒土不排水残余剪切强度计算模型

泡沫常用于土压平衡盾构渣土改良,流动性良好的泡沫改良粗粒渣土有利于盾构进排土顺畅和土舱压力传递,进而避免地层过大变形和失稳。从泡沫改良粗粒土不排水压缩和剪切机理出发,推导了不排水条件下带压泡沫改良粗粒土流动大变形后的残余剪切强度统一理论模型。首先基于理想气体定律和土的有效应力-应变双曲线方程求解不排水一维压缩时的有效应力,然后推导不排水剪切引起的超孔隙压力和残余状态下剪切强度与有效应力的关系式,再构建剪切速率相关的残余剪切强度计算模型。采用不排水加压十字板剪切试验验证了计算模型的准确性,试验值与理论值的平均误差约10%,表明该计算模型可用于确定泡沫改良粗粒土连续流动时的残余剪切强度。最后开展了影响因素分析,竖向总应力增大能提高残余剪切强度,而泡沫注入比增加能降低残余剪切强度;残余状态下流动大变形泡沫改良粗粒土的屈服应力和塑性黏度均与竖向总应力呈正相关,而与泡沫注入比呈负相关。