松软巷道注浆加固机理与浆液扩散规律研究

为分析松软破碎岩体注浆过程中的加固机理以及浆液扩散规律,以唐安煤矿3310掘进面为研究对象,从渗透加固作用、密实固结作用、充填胶结作用、骨架支撑作用四个方面阐述了注浆加固机理,根据实际工程地质条件,利用3DEC软件建立数值模型,分析了不同注浆压力、不同裂隙开度下浆液扩散半径变化情况。数值模拟结果表明:浆液扩散半径随注浆压力增大而增大,但增加速率逐渐减小;扩散半径随着裂隙开度增大,呈先增大后减小趋势。

倾斜裂隙水平孔注浆浆液扩散规律

华北型煤田下组煤资源受奥陶系中统厚层灰岩或太原组薄层灰岩等承压含水层突水威胁严重,现阶段利用水平定向钻对含水层进行超前区域注浆改造是消除底板突水威胁、解放煤炭资源的重要手段。但由于底板岩溶裂隙含水层水平注浆孔浆液扩散规律不清,注浆设计和工程实践中的关键注浆参数确定缺少理论依据,无法有效把控注浆过程、保证注浆效果,因此综合采用室内试验、理论推导、数值分析、对比验证和数值模拟等手段研究构建了倾斜裂隙水平注浆孔牛顿流体和黏时变性流体浆液扩散模型,通过模型试验和数值模拟计算进行了对比验证,计算分析了不同因素下倾斜裂隙浆液扩散迹线和扩散距离变化规律。研究结果:理论计算得到的浆液扩散形态和倾角的影响特征与倾斜裂隙浆液扩散物理模型试验结果和数值模拟计算结果具有一致性;岩溶含水层单裂隙中不同注浆压力、裂隙倾角(不包括0°)、裂隙开度和浆液水灰比下中浆液扩散形态为沿中心垂线对称的近似椭圆形态,上方裂隙中部迹线呈现微凹特征分布,浆液扩散距离最大值和最小值分别出现在方位角180°和0°位置。下方裂隙浆液扩散迹线范围的增加幅度大于上方裂隙;浆液扩散迹线范围在下方裂隙和上方裂隙中随裂隙倾角增加分别增大和减小;相同条件下,水平注浆孔上方裂隙中的浆液扩散距离大于下方裂隙中的,且在宽张裂隙尺度下差距呈现倍数增加特征。

裂隙岩体工作面注浆浆液扩散规律及工程应用

基于裂隙注浆浆液扩散规律的研究,通过理论分析得出了裂隙岩体中牛顿流体的浆液扩散规律,并基于该模型开展了矿山井下开拓工程的注浆参数设计,同时根据工程的注浆资料和开拓揭露资料,验证了裂隙岩体中牛顿流体扩散规律应用的可靠性。

基于注浆支护的巷道围岩浆液扩散规律研究

注浆工程的隐蔽性导致浆液在岩体裂隙内扩散渗透规律研究无法表面、直观,注浆机理研究存在一定不足。通过Comsol Multiphysics数值模拟软件建立模型来模拟在静水条件下改变水灰比、裂隙张开度、注浆压力等参数浆液扩散规律的变化,并模拟浆液扩散不同位置渗透压力的变化,发现浆液呈圆形扩散以及不同参数条件下渗透压力和扩散距离的变化规律。研究得出:浆液有效扩散距离随裂隙张开度基本呈线性递增,张开度对浆液扩散距离改变明显,浆液渗透扩散对裂隙张开度较敏感;渗透压力随浆液扩散有效距离增加而降低。研究为巷道围岩注浆加固提供一定的理论依据。

桩底后压浆浆液扩散问题研究

采用钻探取样方法,对渗透性地层中桩底后注浆浆液扩散及固结状态进行检验。实物样品表明,在相对均匀的地层中,浆液扩散呈现出向下、向侧、向上不同的渗透能力:向下最强,向侧次之,向上最弱。在粗细交互地层中,颗粒越粗,渗透更好,扩散更远;水泥浆的含量更高。在同一地层中,距注浆出口越近,水泥浆含量越高。取样结果还表明:在桩底,压力、温度不同于地表,特别是有丰富地下水的环境下,水泥浆的凝结固化时间延迟非常显著。

考虑稠度时变作用幂律型浆液的隧道管片壁后注浆柱形扩散研究

考虑浆液稠度时变性,保持注浆速率不变,建立管片壁后注浆柱形扩散理论模型,利用该模型推导了管片壁后浆液压力空间分布方程及管片受力公式,并依托工程实例分析了浆液压力的时变情况。结果表明:水泥浆液的水灰比不变,浆液的最大扩散半径和管片壁后浆液压力随注浆压力增大而增大;注浆压力不变,扩散半径和浆液对管片的作用力均随浆液水灰比增加而增大;水灰比为0.5的水泥浆液流动性较差、扩散半径较小,不适用于隧道管片壁后注浆;水灰比为0.6,0.7的水泥浆液可用于管片壁后注浆,但其注浆压力须达到相应要求。

土坝坝体底部劈裂灌浆加固效果研究

介绍了传统堤坝劈裂灌浆工存在的主要问题,通过对灌浆起始劈裂点的力学求解,分析了劈裂灌浆浆液扩散规律;提出了坝体底部首先劈裂的灌浆工艺。以山东某水库堤坝劈裂灌浆工程为研究对象,利用三维有限差分数值方法分析了坝体底部劈裂灌浆引起坝体的应力和变形特征。结果表明,采用应变软化模型能有效的模拟土体材料的弹塑性力学行为,反映灌浆完成后浆脉的固结和周围土体的湿陷作用,即"浆坝互压"的作用机制,分析结果与实测结果吻合较好;同时得到了一些有价值的结论,为劈裂灌浆防渗加固工程的施工和设计提供理论指导。

基于浆液扩散的软弱围岩隧道注浆加固效果研究

注浆加固措施作为提高软弱围岩力学性能、保障隧道施工安全的主要措施之一,其对围岩的加固机理以及加固效果是隧道工作者长期以来的研究热点。基于浆液扩散理论,利用多场耦合软件Comsol建立同时考虑隧道开挖和浆液扩散形态的开挖-注浆耦合分析模型,并对软件进行二次开发,实现注浆范围内土体力学参数的动态变化,通过研究隧道开挖过程中注浆浆液扩散时空变化规律,并在浆液真实扩散形态和隧道开挖耦合作用下围岩的塑性区、隧道衬砌的力学状态等方面研究软弱围岩隧道的注浆加固效果。研究结果表明:(1)围岩塑性区随注浆时间的增加大致可分为两个阶段,第一阶段塑性区发生空间转移,塑性区面积整体上有减小的趋势,第二阶段塑性区范围和面积基本稳定;(2)在注浆加固范围达到最大之前,增加注浆时间可减小衬砌结构受力,之后持续增加注浆时间对改善结构受力没有明显效果;(3)在注浆加固圈完全形成之后,继续增加注浆时间并不能明显改善围岩以及衬砌结构的受力状态,盲目增加注浆时间只会造成经济上的损失。

公路隧道防渗水注浆圈形成特性研究

在富水地区限排隧道注浆时,总是遇到如何选择适宜注浆参数的问题。采用数值模拟和理论分析的方法研究隧道注浆浆液扩散规律。研究结果表明:当注浆时间t小于100 s时,浆液在围岩内的扩散半径快速增大;当注浆时间t大于100 s后,浆液在围岩内的扩散速率逐渐减小。当注浆锚杆间距D小于等于1. 91 m时,围岩内将形成较厚且完整的注浆加固圈。研究成果对类似工程中确定适宜的注浆参数具有一定的指导意义。