土体劈裂注浆加固主控因素模拟试验

为了分析注浆挤密及浆脉骨架对注浆加固效果的影响,确定注浆加固主控因素,提出注浆挤密系数及浆脉骨架系数和其计算方法,设计土体劈裂注浆加固三维模拟试验系统,开展土体注浆加固模拟试验.采用凝固时间显著不同的水泥浆液及水泥-水玻璃浆液分别对土体进行注浆加固,形成不同空间分布状态的浆脉骨架;通过测定注浆压力、土压力、土体密度及浆脉空间分布特征确定注浆挤密系数及浆脉骨架系数;监测隧道收敛变形以评价注浆加固效果,定性分析注浆挤密及浆脉骨架作用对注浆加固效果的影响.研究结果表明,水泥-水玻璃浆液注浆挤密程度大于水泥浆液,水泥-水玻璃浆液骨架作用小于水泥浆液;注浆挤密作用对于注浆加固效果的影响程度大于浆脉骨架作用,注浆挤密作用是影响土体劈裂注浆加固效果的主控因素.

劈裂注浆加固土体的数值模拟和试验研究

针对目前有关土体劈裂注浆加固机理方面的研究,并未区分注浆挤密作用、浆脉骨架作用对于土体强度影响的问题,通过三轴压缩数值分析与室内试验研究注浆挤密作用和浆脉骨架作用对被注土体黏聚力、内摩擦角及在不同围压条件下的压缩强度及变形的影响规律,获得土体劈裂注浆加固效果的主控因素。研究结果表明:浆脉嵌入土体内部,破坏了土体的完整性及非均质性,且土体与浆脉的力学性质差异性较大,当两者发生较大相对位移时,将导致显著的非协调变形;浆脉边缘存在应力集中,首先出现破坏并逐渐向土周边发展,最终相互搭接形成宏观破坏面;注浆挤密作用是提高土体强度的主控因素,限制液扩散范围,提高注浆压力,强化注浆挤密作用是保证注浆加固效果的关键。

围岩性质对于注浆压力变化规律及浆液扩散模式的影响研究

采用注浆模拟试验及理论分析研究了围岩性质对于注浆压力变化规律及浆液扩散模式的影响。试验采用在注浆模型架内分区充填不同孔隙比土体的方法模拟被注围岩显著的向异性及非均质性;采用多个注浆管依次注浆的方法模拟实际注浆工程中的不同注浆施工阶段。通过开挖揭露浆脉(浆泡)特征研究围岩性质对于浆液扩散形式的影响;通过分析注浆过程中注浆压力数据研究围岩性质对于注浆压力的影响;通过对注浆前后围岩试样进行室内试验测试,获取注浆对于围岩孔隙比及压缩系数的影响规律。研究结果证实:注浆压力变化规律及浆液扩散模式与围岩性质密切相关,通过分析注浆压力变化规律与浆液扩散模式可判定围岩性质,从而为注浆施工过程中的注浆参数动态调整提供依据。相关研究结论在永莲隧道帷幕注浆工程中进行了现场试验,进一步验证了其正确性。

劈裂注浆加固土体剪切破坏规律研究

通过模拟试验研究了注浆加固土体3种剪切破坏形式对劈裂加固土体变形规律及承载能力的影响,土体及浆脉内摩擦角、粘聚力,浆脉倾角,浆-土界面结合力对3种剪切破坏形式的控制作用。研究结果表明:土体剪切面倾角及承载能力由土体粘聚力与内摩擦确定;浆土剪切面倾角及承载能力由土体粘聚力及内摩擦角、浆脉内聚力、内摩擦角、倾角及厚度确定;浆土界面剪切破坏承载能力由浆脉倾角及浆土界面结合力确定。

基于黏度时变性的水泥–玻璃浆液扩散机制研究

工程地质灾害治理中,注浆是最常用的方法,浆液的扩散运移规律对工程设计和施工具有重要的意义。采用SV振弦式黏度计测定水泥–玻璃(C-S)浆液的黏度时变性,通过函数拟合获得黏度函数曲线;采用广义宾汉流体本构方程,推导C-S浆液在单一平板裂隙中的压力分布方程;通过平板裂隙注浆模拟试验研究,分析定注浆流量条件下的C-S浆液扩散的压力场分布规律;运用数值计算方法,研究定注浆速率条件下的浆液扩散形态及压力场时空变化规律。结合理论分析、模拟试验和数值计算结果分析C-S浆液扩散机制,希望能够为C-S浆液的工程应用提供一定的借鉴。

示踪试验分析方法在地下工程水害治理中的应用研究

为查明地下水补给与运移规律,指导地下工程涌水注浆治理设计与施工,将用于大区域水文特征研究的水文示踪试验方法引入到地下工程涌水治理中。研究紫外光谱扫描精确测定超低浓度有色示踪剂的试验方法与数据分析技术,提出地下工程涌水区域的水力连通时间、补给相关系数、裂隙空间体积、地下水流速及压力等水文信息的获取方法;基于水文示踪试验数据分析结果,建立注浆治理中注浆材料选择依据与注浆参数确定方法。以某铁矿涌水工程治理为例,详细阐述水文示踪试验在涌水工程治理中的应用方法、数据处理过程及应用效果,希望对类似工程具有一定的借鉴意义。

水泥-水玻璃浆液裂隙注浆扩散的室内试验研究

动水环境中的注浆扩散规律对指导突涌水治理注浆设计与施工具有重要意义。通过开展水泥-水玻璃(C-S)浆液单一平板裂隙动水注浆模型试验,揭示了基于试验条件下的C-S浆液裂隙动水注浆扩散过程的非对称椭圆(AE)扩散规律,提出浆水速比的概念并用其拟合AE扩散控制参数随时间的变化曲线,分析了浆水速比对浆液扩散范围的影响,最终建立了描述浆液扩散迹线的瞬态方程。研究结果表明:浆液扩散迹线可以采用随时间变化的非对称椭圆进行描述;逆水扩散距离和扩散开度与浆水速比正相关而浆液顺水扩散距离与浆水速比负相关。并据此对裂隙动水注浆设计提出了建议,希望对实际注浆工程提供一定借鉴。

磷酸盐缓凝剂对水泥基速凝类浆液影响机制的研究与应用

水泥基速凝类浆液是目前广泛应用的注浆材料,开展关于外加剂对于水泥基速凝类浆液影响机制的研究具有重要意义。针对水泥基速凝类浆液中的水泥-水玻璃浆液,开展室内试验分析与研究磷酸盐缓凝剂对浆液黏度时变特性的影响机制。试验结果表明水泥-水玻璃浆液凝胶过程分为3个阶段,并分析发现添加磷酸盐缓凝剂后水泥-水玻璃浆液初凝期持续时间显著增加,在该时期浆液呈固液混合的糊状,浆液黏度稳定于40 Pa·s以下。初凝期持续时间主要受浆液混合体积比影响。将研究结论应用于指导注浆处治工程实践,效果良好,为相关注浆工程提供了一定的借鉴作用。

高孔隙率砂岩涌水渗流场特征与注浆治理

将孔隙率引入到多孔介质达西渗流理论中的连续性方程及动量守恒方程,建立均质高孔隙率砂岩非稳定达西渗流数学模型,同时结合实际工程中的水文地质条件,采用数值模拟的方法研究了不同注浆压力下渗流场演化规律及涌水区域水流速度变化。计算结果表明:随着注浆压力的提高,浆液不断驱替砂岩中的孔隙水,有效封堵过水通道;不同注浆压力下巷道涌水区域水流速度变化显著:注浆过程中水流速度降低接近于零,注浆结束后水流速度上升最终达到稳定状态。针对地下工程中高孔隙率砂岩的涌水治理提出了"深部封堵水源、浅层注浆加固"治理原则,通过现场试验,取得了良好治理效果。

基于虚拟仿真技术在材料力学实验中应用的研究

实验是材料力学教学过程中的重要环节,而部分院校存在实验室建设不完善,严重制约了线下教学.由于受到实验设备、实验场地及实验开展课时不足等条件的限制,材料力学实验难以满足正常现有的教学需要,而虚拟仿真系统具有不受场地、时间和材料限制,更不会存在人身安全隐患问题.为了构建以学生为中心、实验与理论并举的教学方式,开发、设计了虚拟仿真实验系统以弥补实验室建设不足的短板,完善了实验课程的考核方式.教学实践证明此次教学改革提高了学生学习材料力学的兴趣与积极性,同时提升了学生动手操作实验的实践能力.

基于浆液黏度时空变化的水平裂隙岩体注浆扩散机制

速凝类浆液的双液混合注浆方式及其黏度时变特性导致浆液扩散区内黏度空间分布不均匀。基于此,认为速凝类浆液流型为具有黏度时变性的宾汉流体,研究其在静水条件下水平裂隙中的注浆扩散过程,建立恒定注浆速率条件下考虑浆液黏度时空变化的水平裂隙注浆扩散理论模型,推导浆液扩散区内的黏度及压力时空分布方程,进而得到注浆压力与注浆时间及浆液扩散半径的关系。通过与不考虑黏度空间不均匀性所得结果进行比较,说明考虑黏度空间不均匀的必要性。通过在数值计算模型中预定义黏度空间分布函数,实现了考虑黏度空间分布不均匀性的裂隙注浆数值模拟。通过理论分析、数值模拟与试验结果三者的对比,验证理论分析及数值模拟的合理性,以期为实际注浆工程中注浆参数的确定提供一定借鉴。