富水软弱围岩劈裂型注浆加固体力学性能与破坏模式

富水软弱围岩劈裂型注浆加固体的力学性能与破坏模式对注浆整体效果具有显著影响。基于室内注浆模拟试验、劈裂型注浆加固体三轴压缩试验和相应的离散元数值模拟,研究劈裂浆脉形态与空间分布特征及注浆加固规律,分析浆脉粗糙度、厚度、数量和倾角对注浆加固体力学性能与破坏模式的影响,阐明三轴加载条件下加固体内部孔隙率和微裂纹演化规律。研究结果表明:劈裂浆脉空间分布模式主要包括半贯通型、交叉型和贯通型,注浆影响区域可分为加固区、过渡区和未扰动区;浆脉存在有效提升了加固体的整体刚度和承载力,加固体峰值偏应力与浆脉粗糙度、厚度、数量呈正相关关系,而浆脉倾角增大会导致整体强度降低;加固体破坏模式主要有局部膨胀型和剪切滑移型,受浆脉形态特征影响,二者对整体变形破坏的贡献程度不同;在加载过程中,浆-土界面处首先萌生微裂纹,进而浆脉两侧软弱介质被压缩挤密后出现大量微裂纹,裂纹数量持续增多直至试样破坏;加固体孔隙率与微裂纹萌生数量变化规律均呈现明显的阶段性特征,且受浆脉形态特征影响显著。

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。

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。

富水破碎岩体帷幕注浆模型试验研究

利用自主研制的三维注浆模型试验系统,开展富水破碎岩体多孔分序帷幕注浆试验,获得注浆扰动下岩体多物理场演化规律:1被注岩体总压力及孔隙水压力变化强烈,历经急剧增长—峰值波动—渐进衰减—趋于稳定的变化阶段;2破碎岩体内部,浆液在隧洞拱顶和拱底位置发生优势劈裂扩散,同时引起洞周收敛位移;3注浆作用下破碎岩体压缩释水导致渗透性能显著降低,表现为分序注浆试验中超孔隙水压力激发程度逐次大幅提高。帷幕注浆试验结束后,揭露、分析了加固体内部特征,研究破碎岩体加固范围非均匀变化规律,归纳总结松散破碎岩体及泥质软弱岩体对应的渗透–劈裂型及微劈裂型两类注浆加固模式,揭示了劈裂浆脉形成的多重注浆叠加机制。基于以上研究工作,利用扫描电子显微镜(SEM)分析固结岩体微观特征,研究表明浆脉–黏土界面具有三维结构,可划分为渗透型和微劈裂型两种类型,网络状微型浆脉的锚固作用增大了界面粗糙度和强度;界面靠近黏土一侧发育损伤裂纹,推测为固结岩体物理力学条件突变位置,为加固岩体潜在破坏环节。研究成果补充和完善了室内注浆模拟试验方法,探索了多孔分序帷幕注浆试验中浆液扩散规律及注浆加固机理,为类似地质环境下岩体注浆提供了理论支撑与技术指导。

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.

劈裂注浆浆液走势与不同压力下土体位移试验研究

铁路提速线路湿陷性黄土路基病害治理对于保证列车行车安全具有重要意义。本文对既有线黄土路基病害进行室内模拟试验研究,研究劈裂注浆浆脉形成的原因、机理、经历阶段、不同压力下注浆后路基土体位移情况、浆脉走势,得出拟合公式,并通过室内土层注浆试验装置对理论分析进行验证。实验结果表明:湿陷性黄土路基在注浆压力为0.3～0.5MPa下很难出现二次劈裂;劈裂注浆中起主要作用的是填充效应、挤压效应、骨架效应;周围土体中细小浆液形成的浆液管道也起着不可忽略的作用,且形成的浆脉属张开型裂缝。

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。

锦屏一级水电站f_5断层、煌斑岩脉复合灌浆技术研究

锦屏一级水电站发育的f5断层和煌斑岩脉对坝基的变形稳定、基础应力传递等极为不利,严重影响大坝稳定性及安全运营。针对f5断层、煌斑岩脉水泥灌浆存在的问题,结合f5断层和煌斑岩脉工程地质特征,开展f5断层、煌斑岩脉的水泥-化学复合灌浆加固技术研究。首先,对水泥-化学复合灌浆的作用机理进行分析,从灌浆材料、灌浆方法、现场灌浆试验、灌浆效果评价等方面进行了分析研究。研究结果表明,所采用灌浆材料可灌性较好,施工工艺、灌浆参数基本合理;灌浆后岩体透水性得到了改善,对f5断层、煌斑岩脉声波波速、变形模量等有一定程度提高,但仍然没有达到设计要求。基于水泥-化学复合灌浆存在的问题,分别从灌浆材料、灌浆参数和灌浆质量检查等方面提出了优化建议。

基于宾汉体浆液的黄土可控劈裂注浆研究

浆脉在土体的分布在很大程度上影响注浆效果,为了在黄土中实现浆脉可控劈裂注浆,采用平板窄缝模型推导了宾汉体浆液在黄土中的扩散理论,得出扩散半径与注浆压力差、裂缝参数、浆液性质等参数有关。以此为出发点,设计现场注浆试验,结果表明:通过控制注浆参数和施工过程可基本实现浆脉尺寸、间距等与设计值偏差在±40%以内;浆液压力较低时在黄土中主要以挤压作用为主,挤压扩散半径约为注浆管直径的1.2~2倍,压力较高时以劈裂为主;试验最终形成的复合地基桩芯结实体在深度越浅处强度越低,实际注浆中应考虑提高地表处结实体强度,为实际注浆工程中注浆参数的设计提供一定参考。

锦屏一级水电站煌斑岩脉化学复合灌浆试验研究

雅砻江锦屏一级水电站左岸抗力体发育有f2、f5、f8、f42-9断层、煌斑岩脉及深部裂缝等软弱带,需采用相应的工程方法对这些部位进行加固处理。化学复合灌浆是在水泥灌浆基础上发展起来的一种基础处理方法,从化学浆材的选择、灌浆参数的确定、灌浆施工工艺等方面介绍了化学复合灌浆在左岸抗力体煌斑岩脉加固处理中的试验情况。根据试验结果对试验区煌斑岩脉的可灌性进行了分析,并通过岩心观察、岩体透水率、岩体声波和孔内变形模量等资料的对比分析对灌浆效果进行了检测评价,评价表明化学复合灌浆对煌斑岩脉的加固处理效果明显。最后根据本次灌浆的试验结果提出了建议。

土体劈裂注浆过程的数值模拟及浆脉形态影响因素分析

针对现有数值方法对土体劈裂注浆中裂缝产生和扩展过程模拟困难的现状,采用自主研发的基于有限元与流体体积函数的数值方法对劈裂注浆过程进行了模拟研究,再现了土体劈裂注浆过程中裂缝的产生以及浆脉扩展过程。数值模拟获得的劈裂注浆浆脉扩展过程与已有理论分析及试验所得规律基本一致,表明采用该方法模拟土体劈裂注浆问题是可行的。在此基础上分析了注浆深度和土体模量两个因素对浆脉形态的影响规律。结果表明:数值模拟可以呈现劈裂注浆过程的几个阶段,包含"浆泡"挤密、初始竖向劈裂、斜向二次劈裂等阶段;在二次劈裂发生之前的挤密阶段和竖向浆脉扩展阶段,地层竖向位移增加较小,而二次劈裂之后的斜向浆脉的产生和扩展是地层竖向位移增加的主要阶段;随着注浆深度的增加浆脉的分支越来越少而且方向性更加明显,浆脉宽度也越来越小;随着土体模量的增大,注浆孔周边"浆泡"体积减小,浆脉的宽度逐渐变窄。工程实例的模拟表明,该数值模型能很好的反映工程现象,对工程实践具有一定的指导意义。

劈裂灌浆技术在滹沱河北大堤整治工程中的应用

通过循环式劈裂灌浆,滹沱河北大堤的裂缝、洞穴等隐患被充填密实,劈裂缝周围的土体被浆液压密,其与沿轴线方向发生的衔接劈裂缝所形成的浆脉共同作用,达到防渗目的。该文阐述了滹沱河北大堤循环式劈裂灌浆工程的施工过程及其工艺。

公路软土层注浆试验中浆脉分布与压力分析

为分析软土地基注浆过程中的浆脉分布和土体内的压力变化,通过实时读取室内注浆模型试验中渗压计的压力值,研究了注浆过程中不同深度、不同方向的沿程压力变化及其与浆脉分布的关系,探讨了注浆时土体内部压力与路径的变化规律。试验结果表明:注浆加固过程可分为3个阶段,共存在启裂压力与极限劈裂压力2个注浆峰值压力。浆液对土体有二次劈裂的过程。注浆峰值压力沿深度方向逐渐增大,浆脉分布半径沿深度逐渐减小。

劈裂注浆技术研究新进展述评

软弱土、风化岩和破碎带等不良地质体在铁路、矿业、建筑及水利等行业广泛存在,劈裂注浆技术在这些不良地质体加固中具有优异的效果。基于黏性流体力学和弹性力学的基本理论,对劈裂注浆过程中注浆压力的衰减规律和劈裂缝的扩展规律进行深刻揭示,并在此基础上从理论计算、机理分析、试验探究及计算机数值模拟等方面对劈裂注浆技术的最新研究成果进行阐释和述评,主要是针对裂隙岩体的劈裂注浆机制、非对称荷载作用下的劈裂注浆机理及劈裂缝发展规律等进行深层次剖析,期望这些阐释和述评能为工程技术人员和科研人员提供有益启示和新见解。

劈裂式灌浆在放牛洞水库工程土坝加固中的应用

采用循环式劈裂灌浆,使放牛洞水库土坝工程的裂缝、洞穴等隐患被充填密实,劈裂缝周围的土体被浆液压密,其与沿轴线方向发生的衔接劈裂缝所形成的浆脉共同作用,达到了防渗目的。

饱和砂层渗透注浆模拟实验及应用研究

为研究饱和砂层渗透注浆的影响因素,通过注浆模型试验,研究了注浆材料、注浆材料凝胶时间、排水条件以及被注浆土体对注浆效果的影响。结果显示,凝胶时间大于注浆时间能形成较为均匀的渗透扩散;排水条件对渗透效果作用明显,排水时形成浆液可渗透扩散,且趋向排水一侧优先扩散;在不含黏性土的砂层中注浆可形成较为均匀的球形扩散体;在含黏性土的砂层中注浆,因渗透困难而形成劈裂浆脉。

拉洛水利枢纽坝址承压水特征及其对建坝的影响

拉洛水利枢纽坝基岩石为板岩,板理裂隙、层间挤压带中赋存脉状裂隙性承压水。经过多年勘察研究,查明了承压水性质、分布及埋藏条件、水位、流量、水力联系,认为其对大坝稳定基本无不利影响,根据地质勘察建议优化了前期地基处理方案设计,减少了大量工程量。