[發明專利]一種模擬上海地區⑤層軟土的試驗用模型土及配置方法

無效

• 申請號: 201310596713.4
• 申請日: 2013-11-22
• 公開（公告）號: CN103708810A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發明（設計）人: 謝雄耀;王培;牛俊濤;郁宏杰;盧曉智
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: C04B33/04
• 分類號: C04B33/04
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 吳林松

技術領域

本發明屬于土木工程技術領域，涉及一種土木工程及地下工程使用的模型土，特別涉及一種模擬上海市⑤層軟土的模型土技術。?

背景技術

由于土體本身的復雜性和不確定性，使得在進行地下工程研究的過程中，不得不大量依靠模型試驗。通過模型試驗，可以模擬工程中的各種問題，為實際工程提供了有力的技術支撐。然而，在模型實驗中，很重要的一點就是模型土的配置，因為模型土既需要滿足一定的物理力學條件，又需要價格便宜，容易配制。因此，模型土的配制，始終是工程試驗中的難點。?

一般情況下，工程試驗中的模型土應具有以下的性質：（1）模型土的力學性質穩定，在試驗過程中保持力學參數基本不變；（2）與原狀土滿足相似的力學參數比例關系，且小幅度改變配合比，能夠調整模型土的力學參數；（3）原材料容易獲得，價格便宜，無毒副作用；（4）制作方法簡單。?

國內外一些學者對模型土的配置進行了一定的研究，總結如下：?

李圍等人在研究南京玄武湖公路隧道下新建地鐵盾構隧道時，進行了模擬試驗采用重晶石粉：機油：粉煤灰=1.0:0.64:1.5的比例模擬地表淺層和玄武湖隧道所在地層，采用重晶石粉：機油：粉煤灰：河砂=1.0:0.34:0.67:0.17模擬盾構隧道及其底部地層。此工程中，所模擬的原狀土層參數為重度19.4kN/m3,粘聚力41.2kPa,內摩擦角6.9°。但由于該模型土原材料中采用了機油，機油既不易取得也不環保，且容易引起火災。?

唐志成等人在研究我國城市地鐵區間盾構隧道管片力學行為時針對南京地鐵一期工程玄武門-南京站區間的具有代表性的土體作為模型試驗的原型土體，采用重晶石粉、石英砂、松香和凡士林的混合物按照特定比例進行配比模擬。然而在其論文中并沒有說明材料的具體配比數量，亦沒有明確說明獲得的模型土的力學參數，因此借鑒作用較小。?

楊雄針對南京長江隧道江中段主要穿越的具有代表性的土體作為模型試驗的原型土體，?采用重晶石粉：粉煤灰：河砂：粗石英砂：凡士林：松香：機油=0.01:1:1:0.02:0.035:0.0:0.001:0.045進行模擬。該模型土的配制過程中，除了對重度、內摩擦角和粘聚力進行了相似處理，還考慮了壓縮模量的相似性。然而該模型土是針對砂土模型進行相似模擬，內摩擦角及壓縮模量均與軟土有較大差別，且在原材料選擇中，同樣采用了機油。?

徐前衛在研究盾構施工參數的地層適應性中，采用包括粉煤灰、紅粉砂、粘土、高嶺土、重晶石粉、鐵粉、機油和水按照一定的重量比分別稱量好，經過試驗，得到了相似比近似等于16的上海④層灰色淤泥質粘土。然而同樣沒有說明具體的材料配比參數，且采用了機油。?

廖少明等人采用粘土、重晶石粉、膨潤土、洗衣粉、EPE珍珠棉泡顆粒、水通過特定比例混合，配制得到了高壓縮性相似模型土。該方法的優點是大大降低了模型土的壓縮模量，但是EPE珍珠棉泡顆粒材料需要經過粉碎等步驟，制作較為困難。且模型土的壓縮模量最低為0.76MPa，仍然較大，不能滿足大相似比情況下模型土的需求。?

上述研究分別針對不同地區的不同土層進行了模型土的配制。然而，土體的地域性很強，上述模型土配制研究中重要的土體力學參數（重度，內摩擦角,粘聚力及壓縮模量）均與上海⑤層軟土有較大差異，不適合在上海相關模型試驗中采用。此外，上述研究中大多僅在重度，內摩擦角及粘聚力三方面對模型土與原狀土進行了模擬，未考慮對試驗結果影響極大的壓縮模量的相似處理。這使得試驗結果不能真實反映實際中土體的變形規律。?

發明內容

本發明的目的在于提供一種模擬上海地區⑤層軟土的試驗用模型土及其配置方法，該試驗用模型土針對上海⑤層軟土特有的力學性質，綜合考慮了重度，內摩擦角，粘聚力和壓縮模量相似關系，以能夠精確模擬上海⑤層軟土。?

根據《上海市地基基礎設計規范》及相關工程實測參數，上海市⑤層軟土的物理力學參數大致為重度17.5～19.0kN/m³，粘聚力15～24kPa，內摩擦角16～26°，壓縮模量2.4～4.7MPa。?