考虑化学反应的高聚物压密劈裂注浆仿真研究

考虑浆液化学反应原理,综合运用扩展有限元理论、修正剑桥模型和高聚物浆液膨胀力计算模型,建立了模拟高聚物在土体中压密劈裂注浆动态过程的二维仿真分析方法。通过模型试验验证了所提出方法的适用性,进而分析了浆液膨胀力、浆脉形态、土体孔隙比随时间变化规律及注浆孔埋深、土体断裂韧度对浆脉扩展过程的影响。结果表明:受高聚物化学反应进程驱动,在浆液与土体耦合作用下,浆液膨胀力初期随时间近似呈线性增长,达到峰值后快速下降并趋于稳定;浆脉长度和宽度发展速度不同步,裂缝启裂至二次扩展阶段,浆脉长度基本保持不变,宽度线性增大,裂缝二次扩展后,浆脉长度近似线性增大,而宽度增长速率趋缓;受浆液挤密作用影响,裂缝两侧一定范围内土体孔隙比显著降低,沿垂直于裂缝面方向,距注浆孔中心越近,孔隙比越小;孔隙比随时间整体呈下降趋势,随着裂缝的扩展和后期膨胀压力的下降,紧邻裂缝面两侧土体孔隙比有一定恢复,随后趋于稳定;随着注浆孔埋深和土体断裂韧度的增加,浆脉长度逐渐减小,宽度不断增大,两者变化速率基本保持不变;浆脉扩展稳定时间随埋深的增大而提前,随断裂韧度的增大而延后。

基于科学知识图谱的劈裂注浆研究热点与发展态势分析

针对传统建筑科学分析方法对工程领域研究存在的局限性,引入科学知识图谱及大数据计量等人工智能方法,借助可视化软件Citespace,检索Web of Science(WOS)核心合集数据库,得到2007~2022年主题为劈裂注浆的文献709篇,对发文总量、学科归属、期刊分布、核心作者、区域合作、关键词和被引文献等方面做科学知识图谱分析。通过区域合作关系图谱的寻径,理清现阶段国际合作的格局,指出中国未来国际合作的主要任务。依据成果数量和突现时间,评析贡献较大的代表性作者。提取318个研究关键词,以发文频次和中心性为导向,筛选精炼了现阶段研究热点。从10个聚类的特性分组出发,展示了理论研究、应用实践和数值模拟的发展脉络,明确了研究的前沿方向。排列10条聚类发展时间线,精炼了注浆效率和封堵效率两条热门主线,同时提示了较难取得研究成果的线路。通过聚焦关键词的时区分布态势,总结热点演进的两个规律,并预测今后两年新热点与2017年研究成果之间的潜在关联。根据文献共被引关系发生的时间,对比4组年度切片的变化,评价了学科知识基础的发展脉络和未来走向。结果表明:科学知识图谱作为人工智能分析方法,能总结分析劈裂注浆近年来的研究热点,并可以预测劈裂注浆在未来阶段的学术研究发展态势。

填土介质劈裂注浆加固机理试验及效果评价

为了探究填土介质劈裂注浆的浆液扩散规律和加固机理,设计了一套由试验台架系统、注浆系统和信息监测系统构成的三维模拟注浆试验系统,开展填土介质劈裂注浆试验研究。通过观察注浆加固后浆脉的性状和分布特征,分析浆液在填土介质中的扩散规律和加固机理。对注浆前后的土体进行单轴压缩试验、轻型动力触探试验、渗透性试验以及室内土工试验,探讨了不同性状浆脉的分区特点与填土力学性能的关系,并对填土注浆后加固效果进行评价。最后,通过工程实例,验证了该模型试验和加固效果评价的合理性和可靠性。研究结果表明,填土介质劈裂注浆形成的浆脉主要由底部半球形浆泡以及呈板状的主干浆脉、网状分支浆脉和渗透充填浆脉4种性状浆脉组成,被注土体通过主干浆脉-分支浆脉-渗透充填浆脉的三级浆脉网络以及土体间的压密作用得到加强。注浆后,被注土体的单轴抗压强度平均提升186%,渗透系数平均减小47倍。平均黏聚力和内摩擦角分别提升45.3%和44.9%。此外,填土的密度、含水率等其他各项指标均有一定程度提高,动力触探试验结果反映的承载特性与浆脉的分布情况基本一致。

地铁隧道砂土劈裂注浆加固机理分析

[目的]地铁隧道砂土在注浆过程中,其砂土应力场与浆液流场存在动态耦合作用。为了提高地铁隧道砂土注浆设计水平,需对浆土耦合效应下的砂土劈裂注浆机理进行研究。[方法]将劈裂注浆扩散过程简化为对称扩张过程,以宾汉流体为代表对浆液流场的基本特征进行分析;将砂层视作线弹性变形的理想材料,采用均质各向同性的弹性假定,推导了劈裂通道宽度、浆液压力的时空变化方程;通过调节浆液黏度、砂土刚度等参数,对砂土劈裂注浆的基本规律进行了探讨。根据浆土耦合效应下砂土劈裂注浆的基本规律,对重庆地铁10号线二期兰花路站—后堡站区间中粗砂-粉土地层下的砂土劈裂注浆进行了现场验证,得到了主浆脉长度和次浆脉长度。[结果及结论]浆液压力在注浆起始和末尾阶段变化较为剧烈,而在中间阶段较为稳定。浆液黏度、砂土压缩模量是影响劈裂扩散规律的重要因素:浆液黏度和砂土压缩模量越小,浆液扩散半径越大;砂土压缩模量越大,劈裂通道宽度越小。工程验证发现,浆脉长度开挖检测值与理论计算值存在17%~22%的误差,表明该理论模型具有一定的工程应用价值。

袖阀管劈裂注浆在铁路路基深层加固中的应用

近年来,随着高速铁路快速建设及开通运营,路基工程的病害时有发生,铁路路基基底若存在高压缩性软土或其他不利软弱夹层,勘察、设计、施工阶段未发现,铁路建成联调联试或运营阶段,在列车动荷载作用下,会造成路基整体不均匀沉降的病害发生。该文以东南沿海某铁路软土路基沉降病害整治为例,介绍袖阀管劈裂注浆施工工艺及轨道变形控制方法,对铁路运营线路地基进行深层加固,该注浆工艺有效地控制注浆压力和注浆区域,具有可多次注浆,注浆成本较低等特点,并取得显著的加固效果。

树根桩顶驱跟管钻进劈裂注浆成桩工艺在护岸及高边坡工程中的应用

码头护岸、堤防及高边坡的加固工程,常规采用较多的是高压旋喷桩和水泥搅拌桩施工工艺,高压旋喷桩和水泥搅拌桩施工工艺成熟,加固效果良好,但是施工过程中会对周边土体产生压力,造成土体挤压膨胀,尤其在高边坡和护岸加固过程中,受地势影响,施工中对周围土体产生的压力不均匀,边坡一侧的土体挤压效应更加明显,对于边坡上的构筑物造成挤压破坏,严重时会推动边坡侧土体产生滑移,造成安全质量事故;因此,在实施具有正常使用构筑物的码头护岸、堤防和高边坡加固工程中,需要采取压力更小、有利于边坡构筑物保护的加固方案和施工工艺,微型树根桩采用全套管跟管钻进成孔,注浆时采用螺栓式封孔工艺对注浆管口进行有效封堵,分别进行一次常压注浆和二次高压劈裂注浆,有效减少了对于周边土体的施工压力,可较好地解决护岸、堤防及高边坡工程加固中构筑物的保护问题,在类似的工程环境下,具有广泛的借鉴意义。

基于深度学习的劈裂注浆监测技术优化方案分析

阐述基于深度学习的劈裂注浆监测技术,并提出相应的优化方案。通过深度学习模型的引入与改进,探讨提高劈裂注浆监测精确性和效率的方法。实验结果表明,该技术在矿山工程领域应用的有效性。

富水断裂带优势劈裂注浆机制及注浆控制方法研究

注浆是处治隧道塌方、突水突泥等地质灾害的有效手段,但对于岩体结构多样、结构面发育的富水断裂带,注浆理论及控制技术尚不成熟。基于富水断裂带内部岩体结构,建立了注浆概念模型,提出了优势劈裂注浆概念。基于广义宾汉流体本构方程,建立单一平板优势劈裂注浆扩散模型,推导了考虑浆液流变特征的优势劈裂注浆扩散控制方程。由方程可知,注浆速率、注浆压力及浆液黏度是影响注浆扩散的3个主控因素。深入分析了优势劈裂注浆过程中3个主控因素对注浆扩散的影响规律,基于此提出优势劈裂注浆控制方法,形成了注浆压力差异控制、控制液动态调节及注浆速率梯度控制3项关键技术,促使浆液在优势结构面内控制性扩散。研究成果成功应用于江西省某隧道断裂带塌方处治工程中,取得良好治理效果,对隧道断裂带地质灾害控制理论研究和工程实践具有一定指导意义。

基于模型试验的劈裂注浆机制分析

依托钟家山隧道帷幕注浆工程,设计了一套大比例劈裂注浆模型试验装置,模拟断层破碎带劈裂注浆过程,通过布设监测元件记录,分析注浆过程关键参数的变化规律,通过开挖充填介质直观揭露浆脉分布特征。试验发现,注浆过程中土体劈裂压力呈现类似脉冲状变化规律,试验条件下土体启劈压力Po=0.12 MPa,与现有理论解进行了对比分析。基于浆液扩散形式转换、主次生劈裂通道饱和、新劈裂通道形成和后续次劈裂区域饱和4个阶段,分析了土体劈裂压力变化机制,提出了主、次生劈裂压力值界定方法,并对试验条件下7次主劈裂压力值、53次次生劈裂压力值进行了分析,发现主劈裂压力值呈递增规律。结合P-t曲线从能量角度将劈裂过程划分为土体劈裂能量积聚、劈裂和浆液能量转移3个阶段,通过开挖充填介质揭露浆脉的空间分区域分布规律和主、次生浆脉共存规律并分析其成因,在钟家山隧道帷幕注浆工程进行现场应用试验,进一步验证了试验结论的正确性。试验结论对于注浆理论的认知和注浆工程的应用有一定的指导作用。

基于“浆–土”界面应力耦合效应的劈裂注浆理论研究

浆液与土体的界面应力耦合效应对土体劈裂注浆过程具有重要影响,劈裂通道宽度由注浆孔向浆液扩散锋面处衰减。基于此,将劈裂注浆扩散过程简化为平面辐射圆,推导了劈裂通道内牛顿流体浆液的扩散运动方程,引入了半无限空间体均匀受力模型并获得劈裂通道宽度控制方程,最终得到劈裂通道宽度及浆液压力的空间分布方程。分析了劈裂通道宽度与注浆压力的空间衰减规律及浆液黏度、土体弹性模量对注浆扩散过程的影响。研究结果表明:注浆压力与劈裂通道宽度的空间衰减趋势具有一致性且均呈现出明显的非线性特征,在注浆孔附近及靠近浆液扩散锋面区域衰减较快;浆液扩散半径与浆液黏度、土体弹性模量负相关。最后通过工程实例对浆脉厚度理论计算值进行了验证,浆脉厚度计算值比现场揭露浆脉厚度实测值大30%左右,计算误差处于可接受范围内,验证了理论的合理性。

劈裂注浆抬升既有管道效果分析及工程应用

地铁车站施工中常穿越大量的市政管道,由于隧道开挖引起地层损失和地表沉降,地下管道将会发生变形,往往影响地铁施工,注浆是对地下管道进行沉降控制的主要技术措施。以北京地铁黄庄站下穿热力管道抬升注浆工程为研究对象,利用三维有限差分数值方法分析了新建车站开挖引起超大管道的变形特征。结果表明,在抬升区注浆单元施加膨胀压力可以较好模拟注浆抬升既有管道的效果;采用应变软化模型,可以有效模拟土体材料的弹塑性力学行为,反映注浆完成后浆脉的固结和周围土体的湿陷作用。对比注浆抬升模拟计算和沉降监测结果,验证了有限差分数值方法模拟劈裂注浆抬升管道过程的正确性和有效性。同时模拟分析注浆抬升管道的影响因素,获得了一些规律性的认识,为劈裂注浆抬升地下管道工程的施工和设计提供指导。

土体劈裂注浆过程的细观模拟研究

基于散体介质理论的颗粒流分析方法,运用其内置的Fish语言定义流体域,建立了流动方程和压力方程。同时,针对具有凝聚力的致密土体,引入颗粒接触黏结模型,建立能反映颗粒体与流体域耦合作用的土体注浆颗粒流模型。在此基础上,通过数值仿真试验,对土体劈裂注浆过程进行细观模拟研究,分别对比了不同注浆压力和不同土体性质下浆体压力扩散及劈裂缝的发生、发展规律。模拟结果表明:注浆压力是影响土体改性效果的主要因素,但实际应用中注浆压力的确定,应以浆脉网络的形成为标志,合理控制最大压力。一定注浆压力下,土体颗粒的粒径比,颗粒间的摩擦系数及颗粒之间的黏结强度等细观参数对土体注浆后的宏观力学行为有比较明显的影响。这些结论与土体劈裂注浆现场试验及理论分析相吻合,验证了颗粒流模拟土体劈裂注浆过程的可行性,对注浆机理有了更深入的理解,研究成果对从微观领域研究注浆理论奠定了基础。

基于宾汉体浆液的海底隧道劈裂注浆机理研究

基于流体流变方程和平板窄缝模型,推导出宾汉体浆液劈裂注浆扩散半径计算公式,并提出了求解方法.计算表明,注浆压力差随浆液流变参数的增大呈线性增大,要达到一定劈裂长度,水灰比越小所需注浆压力越大;裂隙宽度的减小使所需注浆压力差迅速增大,并使扩散半径迅速减小,这种影响随着水灰比的增大而减小.结合厦门翔安海底隧道全风化花岗岩地层HSC(High Strength Concrete)水泥注浆试验,证明了这一理论的计算结果符合工程实际.

非对称荷载作用下土体劈裂注浆压力分析

为研究在非对称荷载作用下土体劈裂注浆压力,基于扩孔理论和统一强度准则并考虑非对称荷载的作用,建立基于扩孔理论的劈裂注浆启劈压力分析模型,推导出浆泡周围塑性区土体的应力场、位移场、塑性区半径以及启劈注浆压力的理论解答,并以工程算例进行论证。结果表明,考虑对称荷载作用下的启劈注浆启劈压力较考虑非对称荷载作用下的值要大,对称荷载作用下的分析方法低估了塑性区半径;无论是柱形劈裂还是球形劈裂,当K 0 1时,启劈压力会随着K 0的增大而增大,塑性半径会随着K 0的增大而明显减小;当K 0 1时,启劈压力会随着K 0的增大而减小,而塑性半径的变化是有限的。预先了解土体的初始应力条件对正确的确定劈裂注浆启劈压力至关重要,可为劈裂注浆的设计和施工会提供更加完善的理论依据。

劈裂注浆法在运营铁路软土地基处理中的应用

详细介绍了运营中的黑龙江滨绥铁路运用劈裂注浆法进行软土地基处理的设计方法和施工工艺,探讨了劈裂注浆容许注浆压力的设计计算方法,根据运营铁路的地理条件和地质性质设计了快速凝结的水泥浆水玻璃的一组配合比,并设计了3 个不同角度采取不同的压力分段注浆,实现了防渗与地基加固的双重目的。此方法占地少、不影响运营,地基固结速度快,地基处理效果好。

劈裂注浆扩散半径及压力衰减分析

本文假设浆液在裂缝中的流动符合达西定律,劈裂注浆在土体中形成的裂缝宽度为均匀裂缝宽度,推导出劈裂注浆的注浆压力沿裂缝长度的衰减规律以及裂缝在土体中的扩散规律,并用数值分析的结果证明了这些规律的可靠性。随后分析了多孔注浆时的相互影响,得出最优注浆孔数量及其布置方式,同时推导出多孔同时注浆时各个主流线上注浆压力的大小以及此时的浆液扩散半径。

袖阀管劈裂注浆加固粉土路基实验研究

通过室内大型模拟实验,对粉土路基强度、刚度在毛细水作用下的衰减规律和袖阀管劈裂注浆加固路基的效果进行研究。实验模拟新建路基、潜水位20 cm/50 cm的毛细水作用路基、袖阀管注浆劈裂土体加固路基等4个工况,得到粉土路基土体含水率的分布规律和物理力学指标;在分级循环加卸荷载的作用下,得到路基模型总体刚度、受力和变形的特性;挖除路基模型,观察袖阀微桩及浆液扩散的形态。结果表明:毛细水作用可使粉土路基模型总体刚度降低70%,土体抗剪强度下降,路基竖向塑性变形随荷载增大快速增加;水平分层劈裂土体凝固的浆液不仅阻断了毛细水的上升通道,而且与底端扩大的微桩形成空间骨架与土体共同作用,骨架与土体各承担荷载大约50%,袖阀管加固粉土路基效果显著。

基于流体时变性的隧道劈裂注浆机理研究

水泥复合浆液流变参数的时变性对注浆扩散范围计算值影响很大。基于宾汉体流变方程和平板裂缝理想平面流模型,推导了考虑流体时变性的土体劈裂注浆扩散半径计算公式。由公式可知,土体劈裂压力、裂隙宽度、浆液流速、流变参数的时变性是影响扩散半径的重要因素。计算分析了劈裂注浆过程中劈裂压力随缝隙宽度的变化以及流变参数对扩散半径的影响规律。结果表明,忽略流体时变性注浆扩散半径计算值明显偏大,会给注浆工程设计带来隐患。结合厦门机场路隧道全风化花岗岩地层注浆试验,发现水泥复合浆液劈裂注浆加固效果良好,扩散半径理论计算值基本符合工程实际;研究成果对风化花岗岩地层劈裂注浆的设计和施工具有一定的指导意义。

劈裂注浆能耗分析

假设土体服从摩尔库仑破坏准则,劈裂注浆的劈裂是指土体在注浆压力作用下压缩屈服和浆液的楔入。将压缩过程视为无限土体中的圆孔扩张问题,根据注浆过程中能耗区土体在注浆压力和静止土压力作用下的应力、应变和体变关系,以及注浆扩孔过程中的能量和体变守恒原理及土体的屈服准则,推导出劈裂注浆的初始启劈注浆压力求解公式。利用该求解公式计算的结果与现场试验结果较为吻合。从能量耗散角度,分析土体在劈裂注浆过程中的能量耗散,可以得出:劈裂注浆过程中主要的能量消耗在土体的劈裂、土体的裂缝延伸及土体的塑性变形上,其他方面的能量消耗相对较少。

基于弹性力学的诱导劈裂注浆机制分析

针对隧道内水平超前劈裂注浆中浆液劈裂方向随机性的问题,提出一种诱导劈裂注浆方法,可以控制和改变浆液的劈裂方向。首先,基于弹性力学理论及其基本假定,分析竖向地应力大于水平地应力条件下对单一土层进行劈裂注浆时浆液沿竖向劈裂的力学机制,在此基础上探讨改变浆液劈裂方向为水平劈裂的必要性和诱导方法,并从应力集中的角度分析诱导劈裂注浆的力学机制;其次,采用有限元法研究注浆孔孔周劈裂方向控制点的应力随侧向压力系数和诱导孔与注浆孔间距变化而变化的情况,得出实现诱导劈裂注浆时两孔间距及侧向压力系数应满足的条件,并拟合两孔间距临界值的计算公式。结果表明:在离注浆孔上、下方4倍注浆孔径以内对称布设诱导孔,改变了注浆孔孔周劈裂方向控制点的应力场。当两孔间距小于实现诱导的临界距离值时,注浆孔孔周控制点的应力大小发生转换,浆液的劈裂方向发生改变,将沿水平方向劈裂。诱导孔与注浆孔间距的临界值会随着侧向压力系数的增大而逐渐增大。