破碎围岩注浆加固体承载特性与损伤破坏机制

注浆加固是提升破碎围岩整体性及其承载性能的重要途径,破碎围岩注浆加固体强度、损伤变形及其破坏特征决定加固体抵御外载扰动并维持围岩稳定的能力。选用不同粒径的破碎岩体并注入不同质量浓度水泥净浆,自凝固形成破碎围岩注浆加固体。基于声发射监测和DIC变形测量技术,探究破碎围岩注浆加固体力学承载机制,掌握“声发射-应力-表面位移”耦合规律及其动态响应特征,阐明注浆对破碎围岩承载能力的强化效应及加固体二次承载损伤破坏失稳机制,据此建立破碎围岩注浆加固体承载损伤本构模型。结果表明:①注浆加固体峰值强度随粒径的增大而减小,随水灰比的提高而降低。以水灰比0.4为例,粒径从5~10mm增加到20~30mm,注浆加固体强度从23.99MPa降低到19.30MPa,降幅达19.55%;以破碎岩石粒径为5~10mm为例,水灰比从0.4增加到0.6,加固体强度从23.99MPa降低到14.83MPa,降幅达38.18%。此外,注浆加固体峰后阶段并未发生典型岩石材料的脆性破坏,应力-应变峰后曲线多次“起伏式”下降,呈现出良好的延展性和韧性变形特征。②声发射振铃累计次数曲线表现出明显的“上升期—活跃期—平静期”3个阶段。注浆加固体中破碎体粒径越小,上升期跨度越大,平静期声发射事件相对越频繁;浆液水灰比越高的加固体,声发射振铃次数总体水平越低。③基于声发射b值和DIC的联合监测,发现了声发射b值和注浆加固体试件内部裂缝尺度的对应关系,即“小b值大裂缝”和“大b值小裂缝”,且粒径大小与加固体试件裂缝尺度正相关,粒径越大,裂纹发育及扩展越明显,表面大应变集中带分布范围更广,裂纹开度更大,损伤破坏更严重。④根据测得的注浆加固体弹性模量、峰值应力和峰值应变,建立了破碎围岩注浆加固体损伤本构方程,据此可以预测不同粒径的破碎岩体和不同浆液质量浓度形成的注浆加固体力学强度,以期为注浆加固体强度设计及工程岩体稳定性评价提供参考。

考虑空间变异性的隧道砂层注浆加固体稳定性分析

为研究水泥浆液析水效应导致的砂层注浆加固体空间变异性问题,开展注浆加固体空间变异性试验研究,提出砂层注浆加固体性能衰减率的概念及衰减率的空间分布简化公式。在此基础上,进行隧道穿越砂层注浆加固体有限元数值模拟,以隧道拱顶沉降与隧道涌水量作为评价隧道稳定性的指标,研究考虑砂层注浆加固体空间变异性的必要性和加固圈厚度、水泥浆液水灰比(W/C)对隧道稳定性的影响。研究结果表明:1)水灰比对渗透注浆加固效果的空间分布有明显影响,W/C≥1.2时,砂层渗透注浆加固体性能存在显著的空间非均匀性,注浆加固体底部区域的抗压强度及变形模量明显高于上部区域,注浆加固体性能与位置高度呈负相关关系;W/C≤1.0时,析水效应对注浆加固体性能的影响可忽略。2)当W/C≥1.2时,数值计算模型中考虑砂层注浆加固体空间变异性所得的拱顶沉降量、隧道涌水量明显大于不考虑时所得的拱顶沉降量、隧道涌水量,因此考虑砂层注浆加固体空间变异性非常必要。3)隧道拱顶沉降量、延米涌水量随注浆加固圈厚度的变化呈非线性特征,加固圈厚度过大时,上述2个指标随注浆加固圈厚度增加而减小的速率明显降低,不利于隧道注浆经济性。4)浆液水灰比的增加不利于隧道拱顶沉降量与隧道涌水量的控制,工程在可渗透的前提下,砂层注浆应该尽量选用低水灰比的水泥浆液。

注浆加固体蠕变作用下隧道运营稳定性研究

帷幕注浆广泛应用于隧道工程的灾害防治,而注浆形成的注浆加固体力学性质复杂,其蠕变行为严重影响隧道的长期安全运营。以注浆加固体作为研究对象,首先开展了注浆加固体的单轴试验和蠕变试验,对不同荷载下的蠕变特性曲线进行分析,并对蠕变模型进行辨识。结果表明,相比西原模型,Burgers模型的拟合优度R^(2)均大于0.95,可以更好的描述注浆加固体的蠕变特性。然后,考虑注浆加固体的蠕变作用,采用FLAC3D软件对隧道运营20年内隧道衬砌的变形和安全系数进行计算,并提出了最小安全系数的预测方程。结果表明,随着埋深的增加,衬砌的变形增大,安全系数减小,拱顶和拱底的变形较大,拱脚位置的安全系数最小,应进行加固处理。

破碎岩体注浆加固体强度估计

在注浆压力和时间满足规范要求时,注浆前岩体强度、注浆后加固体强度、浆液结石体强度是影响注浆加固效果的主要因素。在分析了已有纯水泥浆结石体强度试验的基础上,利用非线性拟合分析,提出了P.O.42.5水泥结石体28 d强度与水灰比之间关系的经验公式。对已有岩体注浆前后强度试验值进行了无量纲分析,建立了量纲为1的参量——强度增长率和原岩体与浆液结石强度比,进而通过非线性拟合分析,提出了破碎岩体注浆加固体强度增长率的经验公式。根据莫尔库仑强度理论,推导出岩体注浆前后剪切强度参数增长率的计算公式。在现场进行了破碎岩体注浆试验,结果表明,强度增长率试验值与经验公式计算值基本吻合,满足岩体工程注浆设计的需要。

圆梁山隧道穿越粉细砂层注浆加固体的减震爆破技术

圆梁山隧道PDK35 4+ 4 30～PDK35 4+ 4 90段属粉细沙充填型溶洞 ,开挖困难 ,施工中在采用注浆法对围岩进行加固和堵水后 ,进行爆破施工。文章介绍溶洞内加固体的减震爆破施工技术。

生物酶注浆加固体边界薄弱区抗剪强度与变形特征分析

文章通过使用了一种新型的E3生物酶,将其与水泥、石灰、淤泥质软土混合来模拟注浆加固体边界与土体接触的不同结构形式,考虑到注浆加固体边界发展的非规则性与多样性,对其结构形式模型进行了简化,并通过室内不固结不排水三轴试验,探究了注浆加固体边界不同结构形式的抗剪强度特征与变形特征。结果表明,对于不同结构形态的加固体边界,其变形方式与特点完全不同,抗剪强度有较大差异,其中试验设置的各类注浆加固体边界结构形式中抗剪强度最大的与完整形式下试样相比,其抗剪强度在围压200kPa、300kPa、400kPa下只能达到完整形式下的26.96%、27.50%、27.97%。本文结果对于研究注浆加固地层的效果与变形特征提供了一定参考价值。

松散岩体分维的统计方法及应用

由于组成松散岩体碎块的分形特征直接影响着松散岩体的孔隙度、浆液的渗透扩散、注浆加固体的强度和变形特征。所以 ,岩体工程结构围岩塌落破坏碎块和孔隙分形特征的研究对松散岩体的注浆加固工程设计和注浆工艺工业试验研究有重大的理论指导意义。论文提出了松散岩体的块体颗粒分维统计方法 ,并介绍了研究结果得到了工程应用的情况。