土体旋转流变仪开发与土压平衡盾构改性土体塑性流动特性实验

摘要

为了研究土压平衡式盾构机(EPBS)密封仓及螺旋输送机内改性土体塑性流动特性,开发了一种土体旋转流变仪。该装置属于可变围压式控制应变型旋转流变仪,通过测量标准十字叶片在给定围压及转速条件下的旋转扭矩,获得被测介质的表观动力黏度。对某地铁施工标段的砂土进行实验测量,实验砂土均采用泡沫改性且改性配比相同,而初始含水率不同(5%,10%和15%)。测量条件包含4个不同围压等级(100,200,300和400 kPa)和7个不同的叶片转速(1/3.4,1/4.1,1/5,1/6.4,1/9,1/15和1/30 RPM)。实验结果表明,泡沫改性砂土的剪切应力与剪切速率之间满足Bingham流体模型,属于一种黏塑性非牛顿流体。其黏度系数和屈服应力均随围压的增大而增大。该装置不但可作为一种比较改性土体塑性流动特性优劣的工具,而且可以为仿真获取密封仓及螺旋输送机内压力场分布和研究密封仓压力平衡控制提供实验支撑。