0428 论文阅读 research on optimizing performance of new slurries for EPBS soil conditioning based on response surface method
- 岩土工程
- 2023-04-29
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research on optimizing performance of new slurries for EPBS soil conditioning based on response surface method
Construction and Building Materials JCR Q1
2022\11\30投稿 2023\2\4返修 2023\2\19回稿 2023\3\13在线
response surface method for soil conditioning
key words : EPB shield tunnelling, recycling, soil condition,RMS
0 Abstract
交待背景：
EPBS大量盾构渣土无法利用；采用粉质粘土代替膨润土；
交待研究方法、内容：
选用膨润土、废粉质粘土、添加剂和自来水制备膨润土-粉质粘土改性浆料BSC；并运用阶段实验法对其各项性能进行了测试
Fristly 四种添加剂加入，碳酸钠被认为最好效果和用量
On this basis 响应面法确定材料成分和性能的关系，确定性能优化关系
finally SEM讨论改良的微观属性
交待主要结论：
1-3%的碳酸钠能有很大改善
RMS性能很好，较好预测不同含量下的性能
当水:膨润土:粉质粘土:碳酸钠的质量比1000:58.91:297.97:3.14时，BSC的性能与土水比为1:10的膨润土浆的性能接近
this study provides a feasible way for the recycling discharged soil from EPBS tunnel construction
1 Introduction
优势
EPBS有着省时间、低干扰、低成本的优势
广泛应用于各种地铁工程中
提出soil conditioning
EPBS含水地层工作原理是排出土体，控制掌子面压力和稳定性，隔绝水
为了达到EPBS性能，挖的土有一定的性状要求
需要满足条件低抗剪强度、适宜的流动性、低渗透性和一定的压缩性
总结+引出下文膨润土的研究
In practice EPBS性能经常由渣土改良实现，渣土改良一般包括注入泡沫、聚合物、水、膨润土到隧道面、掌子面、输送机中
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膨润土的研究
膨润土改良在油田钻进广泛使用，由于其合适的流变性和过滤性能
Tahr 研究聚合物+膨润土对流变性、失液性能影响
Vipu研究纳米粘土+膨润土对 敏感性、流变性能和滤失率的影响
膨润土的高溶胀性是造成粘滞和形成低渗透滤饼的原因，也适用于EPBS项目
膨润土改良机理
1、膨润土渗透产生泥膜，保证稳定性
2、土仓混合增加细颗粒含量，提高抗渗性 防止喷涌
3、膨润土有粘度、产生粘聚力、提高和易性 减小扭矩
膨润土改良室内试验
膨润土+ sand and cobble soil
泡沫+膨润土 + sandy cobble
膨润土+foam-conditioned sand
膨润土+waterless sandy pebble
总结+引出RMS
At present 膨润土在coarse-grained strata中用量大、成本高
不可回收，it is important to寻找新的改良材料减少用量
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RMS响应面法研究介绍
定义
基本原理
相比single-factor and orthogonal test methods优点
广泛应用于参数优化、可靠性分析
RMS在土木中主要应用于混凝土，渣土改良很少
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本文研究内容
改善研究不足和存在问题：in order to 提高盾构渣利用率降低成本
研究提出this study propose to 废粉质粘土代替膨润土
选用膨润土、废粉质粘土、添加剂和自来水制备膨润土-粉质粘土改性浆料，并对其各项性能进行了测试。
firstly分别加入六偏磷酸钠、碳酸钠、水玻璃和焦磷酸钠对粉质粘土浆料进行改性
通过料浆性能试验确定了最佳添加剂及其配比
on this basis 设计了基于RSM的3因素5水平正交(CCRD)实验，建立了物料含量与漏斗粘度、密度、pH、原料药滤失量之间的定量关系，验证了RSM的适用性，预测了不同漏斗粘度下BSC的投加方案
finally通过SEM分析了碳酸钠对BSC的改性机理
this studies demonstrate 为EPBS隧道施工排放土的回收利用提供了一条可行的途径
2 Waste soil recycling scheme of shield engineering
盾构渣土多、利用率不足1%
however 大多关注减量和资源利用 对全过程回收关注较少
沈阳地区为例废土量大，处理成本高
考虑到粉土和膨润土在性质上的相似性进行代替
3 Material and experimental methods
3.1 Materials
交待浆液材料 水、膨润土、粘土，厂家、性质测定
土样的来源和参数
膨润土和粉质粘土的XDR分析
考虑各种不同的性质选用不同的添加剂
3.2 Experimental methods and design
3.2.1 Experimental methods
膨润土准备，操作依据，实验准备步骤
膨润土的性质要求
3.2.2 experimental design
实验的两个阶段
3.2.3 slurry-making comparative test
浆液制备对比实验
不同土水比+膨润土/泥浆、不同添加剂+粉质粘土浆
3.2.4 response surface method test
通过响应面法设计实验
the RSM test is designed by Design Expert software
不同组别的实验设计如下
4 Analysis of test results
4.1 slurry-making comparative test results
随着土水比的增大，膨润土浆体漏斗粘度显著增大
不同土水比下膨润土胶态率可保持在90%以上
粉质粘土浆料的胶态率随土水比的增大而增大
不同添加剂对粉质粘土浆料不同性能的影响
使用碳酸钠sodium carbonate改良不同土水比下的性质
4.2 response surface method test results
实验安排和结果
Y1-Y4的回归曲线
4.2.1 analysis of variance
方差分析ANOVA
4.2.2 analysis of fitting accuracy
拟合精度分析R2
4.2.3 comparison of test and predicted values
实验和预测精度
4.2.4 Analysis of funnel viscosity
漏斗粘度分析
利用三响应面更好描述相互作用的影响
4.2.5 Analysis of density, pH and API fluid loss
最先大表的实验结果分析后进行降维
4.2.6 Optimization technique
5 microstructure analysis of slurries
粘土微观结构决定了它的物理性质
矿物的种类导致结构和宏观性质的变化
双电层理论 electrical double layer theory
6 Environmental and economical evaluation
The research in this papermay provide new ideas for the resourceutilization of waste silty clay
7 conclusions
回顾本文的研究内容和研究目标
which has certain reference value for the protection of bentonite mineral resources and the recycling of engineering waste soil.
1、粉质粘土性能不好要外加剂
2、RMS效果很好预测BSC很准
3、BSC的影响最大值
4、最佳土壤改良剂配合比
5、微观结构决定宏观性质 SEM
6、用这个废土代替减少造价、保护不可再生资源、减小污染、低碳可持续
