穿越层状多孔介质的非达西渗流特征研究

穿越层状多孔介质的非达西渗流多见于人类活动影响下的土壤-地下水系统中。采用自行开发设计的室内渗流实验装置,设置不同粒径的单层多孔介质和相应粒径组合的双层多孔介质,从水力坡降与渗流流速关系、非达西渗流参数和临界雷诺数等方面,探讨了平均粒径、粗细颗粒界面对穿越层状多孔介质非达西渗流特征的影响规律。结果表明:当水流穿越层状多孔介质时,粗细颗粒界面对非达西流渗流特征具有重要影响;作为判断达西流态到非达西流态转换的临界雷诺数,其在单层多孔介质中随多孔介质平均粒径的增大而减小,而当水流穿越层状多孔介质时,临界雷诺数不仅随平均粒径的增大而增大,而且随粗/细颗粒粒径差的减小而增大;受粗细颗粒界面的影响,单层多孔介质中临界雷诺数均低于粗颗粒层与单层多孔介质相同相应粒径组合的双层多孔介质;通过引入非线性分量指数发现,粗细颗粒界面对水流惯性力分量的影响具有一定抑制作用,其抑制性影响程度与粗细颗粒差别大小呈负相关。研究结果对研究穿越层状岩土体的非达西渗流问题具有较好的指导意义。

富水粉细砂层盾构同步注浆复合浆液配比试验

为提高富水粉细砂地层盾构同步注浆的效率和质量,精准控制管片上浮位移,进行配比试验以期得到对富水地层具有良好适应性的浆液。基于常规惰性浆液通过单因素试验,确定出高分子材料羟乙基纤维素(HEC)和聚羧酸(PC)两种外加剂的掺量范围,然后采用正交试验,对水胶比、水玻璃、羟乙基纤维素和聚羧酸4因素3水平的试验结果进行极差分析,得到流动性好、凝胶时间可控、结石率高的复合浆液配合比。结果表明,针对富水粉细砂地层的复合浆液最佳配比为:水胶比0.8(A2),水玻璃掺量30%(B2),PC掺量0.1%(C1),HEC掺量0.2%(D2),这一配比在保证流动性(稠度10~12 cm)、凝胶时间(90~150 s)、结石率(97.53%)和抗压强度(2.63 MPa)的同时,优化了浆液的抗水分散性和经济性。采用推荐浆液配比进行同步注浆,管片的上浮位移可以控制在20 mm以内,满足规范要求。

改性水玻璃加固细砂层暗挖隧道现场注浆试验

全断面细砂地层暗挖隧道施工存在塌方失稳的工程风险。本研究通过开展室内试验、现场原位浆液渗透注浆加固试验和现场原位注浆开挖试验,对改性水玻璃浆液在细砂层内部的扩散特征、固砂性能及隧道开挖稳定性开展了一系列工作。结果表明:当改性水玻璃浆液凝结时间控制在1~4 h时,可有效改善低应力条件下粉细砂的抗剪强度,无侧限抗压强度可达到140~170 kPa;在0.3~0.5 MPa注浆压力作用下,改性水玻璃浆液在小导管周边形成了60~80 cm厚的固砂体,有效抑制了砂层塌落,为暗挖隧道的稳定开挖提供保障,现场实测地表变形量控制在25 mm以内;细砂层暗挖隧道超前小导管布孔间距控制在30~50 cm以内,改性水玻璃浆液合理配比宜通过室内试验初选、现场浆液渗透注浆加固试验验证和现场开挖效果反馈等多种手段进行综合确定。

冻结法在富水粉细砂层盾构始发与接收中的应用

洞门外水土沿水泥土加固体与围护结构之间的间隙涌入始发井内或接收井内,引起井外地面沉降甚至塌陷,是富水粉细砂层盾构工程始发与接收阶段洞门外围护结构破除过程中的主要风险之一,冻结法是规避上述风险的有效措施。以某长江漫滩富水粉细砂层盾构工程为例,详细介绍了冻结法在盾构始发与接收阶段洞门外围护结构破除中的成功应用,包括设计方案、施工工艺、温度监测、效果验收与冻结管拔除等内容。实践证明,冻结法能够将加固体与围护结构界面温度控制在-5℃以下,避免粉细砂沿加固体与围护结构间隙流动的风险。

富水粉细砂层盾构接收端头补充注浆加固技术研究及实践

华北平原某地铁区间风井盾构接收端头所处地层从上到下主要为粉质粘土、粘质粉土、粉细砂,且地下水位高,流动性强。接收端头经高压旋喷注浆加固后水平探孔发现仍然存在涌水涌砂风险,盾构机刀盘在破除洞门时极易发生洞门间隙处涌水涌砂。为保证盾构机顺利贯通出洞,采取地表袖阀管注浆的方式,采用GX改性硅灌浆料固结粉细砂,对区间风井接收端头富水粉细砂地层进行针对性的补强注浆加固。经过处理后盾构顺利出洞,未发生涌水涌砂。

近海砂层的基坑支护及止水帷幕设计

三轴水泥土搅拌桩在SMW工法墙体中的应用已经相当成熟,其优良的垂直度和可控的桩间搭接宽度使其成为一种非常有效的地下结构施工方式。将其应用于深厚中密至密实砂层中作为止水帷幕,则是一种相对新颖的尝试。工程试验结果表明,在临近海域,深厚砂层采用三轴搅拌桩进行止水,是比较经济可行的方法。

大口径顶管穿越粉细砂层技术难题及应对措施

本文介绍了某内径4m的钢筋混凝土顶管穿越粉细砂层的工程实例,整个顶管过程中,遇到了顶进机头“磕头”现象、顶进阻力成倍增加和顶进纠偏困难等众多问题,通过重新计算和分析,在顶进过程中通过增加中继间数量和一些减阻措施,并且在机头进洞前采取了加固粉细砂地层的方法,有效地控制了机头的进洞误差,使工程顺利贯通,为相关类似工程提供参考。

流固耦合的多元结构深厚覆盖层透水地基的力学特性

深厚覆盖层多元结构坝基在渗流过程中各土层力学差异明显,分析时关注的具体问题也不尽相同,需要深入研究。基于比奥固结理论,考虑土体的非线性流变以及土体固结变形过程中孔隙度、渗透系数、弹性模量及泊松比的变化;借助ADINA流固耦合模块来模拟西藏达嘎水电站坝基渗流场与应力场耦合过程,分析各层力学特性及相互作用。研究表明,透水性较强的表层土体是渗流主要通道,也是渗流进出区和沉降变形体现区,应在上游采取措施提高其压缩模量,下游区域增设反滤层和排水设施;坝基中的粉细砂层是坝基沉降的主要原因,对坝基沉降起主导作用,同时应注意其液化特性对坝基的不利影响;坝基中的承压含水土层对下游上部结构产生向上顶托力,若位置较深,则破坏性较小;坝基深部土层对整个坝基的渗流破坏影响较小,但对沉降和渗流量的影响不可忽视;表层砂卵砾石层和粉细砂层的渗透系数相差较小时,土层间不会发生接触冲刷。此外,还发现坝基孔隙水压力在快速衰减阶段被消散,期间土体固结较快。垂直防渗墙能有效降低渗透坡降和渗流量,将坝基沉降变形控制在防渗墙上游区域,但上游坝基变形对防渗墙产生较大的水平推力,应加大防渗墙尺寸或者采用辅助渗控措施。

基于沉降控制的组合后压浆灌注桩承载力计算研究

以沉降控制标准为原则来确定后压浆灌注桩的承载力有着重要的实际意义。基于石首长江公路大桥工程开展的6根大直径钻孔灌注桩现场静载试验,通过对比分析桩端桩侧组合压浆桩压浆前后的试验结果,研究了组合后压浆对深厚细砂层钻孔灌注桩承载变形性状的影响,在此基础上通过统计得出了在不同桩顶沉降条件下桩端阻力增强系数、桩侧阻力增强系数的取值范围,并给出了一种基于沉降控制标准的组合后压浆桩承载力设计方法,最后通过工程实例验证了该设计方法的合理性。结果表明,组合后压浆条件下的深厚细砂层钻孔灌注桩承载变形性能显著提升,且承载力提高幅度随着桩顶沉降的增加逐渐增大;组合后压浆桩加载至极限状态时,其极限承载力至少提高66%,且能有效地控制桩基沉降量;同时组合压浆后能有效地改善桩端支承性能与桩侧受力特性,显著提高桩端阻力和桩侧摩阻力,并对桩基的荷载传递特性产生明显影响。此外,设计计算方法能较好地给出组合后压浆桩荷载沉降关系的范围,可保守地将计算结果的下限作为工程设计使用。

圆梁山隧道2^#溶洞平导施工技术研究

圆梁山隧道是渝怀铁路线上最长的隧道,隧道主要穿越毛坝向斜核部、桐麻岭背斜和冷水河浅埋段,发育有毛坝向斜、桐麻岭背斜及伴生断裂。受地质构造影响,毛坝向斜存在P2w+c和P1q+m两层承压水,据定测深孔钻探表明,承压水压力高达4.42～4.60MPa。根据地质勘探资料及周边环境情况,预估隧道正常涌水量为98000m3/d,最大涌水量为145000m3/d。在圆梁山隧道施工中,先后在桐麻岭背斜和毛坝向斜遇到了5个深埋充填型溶洞,溶洞形态各异,充填介质不同,有粉细砂、粉质黏性土和黏土多种,其中,2#溶洞充填介质为粉细砂层,其施工难度最大。受高压、富水、岩溶等诱导因素影响,施工中多次突发了大规模的涌水、涌砂和涌泥等工程灾害,给工程的安全顺利施工造成了极其严重的影响。针对2#溶洞平导高压富水粉细砂层地质特点,研究出了由普通水泥单液浆、超细水泥单液浆、普通水泥–水玻璃双液浆、超细水泥–水玻璃双液浆、TGRM单液浆和HSC单液浆组成的注浆材料配套体系,并对2#溶洞平导施工过程中出现的2次较为被动的后退回填局面以及施工中的注浆设计、注浆参数选择和注浆效果检查评定进行了总结分析,以期对类似工程的设计、施工提供借鉴价值。

干燥粉细砂隧道超前预加固与施工研究

大西铁路客运专线上白隧道穿越干燥粉细砂地层,施工难度及风险很大。通过现场密排小导管和深层咬合桩预加固效果对比试验,得出深层咬合桩预加固可有效控制开挖中的流砂及涌砂。同时,对粉细砂地层及深层咬合桩固结体进行直剪试验、三轴试验及侧限压缩试验等室内试验,得到地层及固结体的各项物理力学指标,且认为三轴试验所得各指标更为真实、可靠。在此基础上,对干燥粉细砂地层隧道开挖方法进行数值模拟和现场试验测试,提出合理的施工方法建议。研究结果为上白隧道施工提供技术支持,也可供类似工程参考。

某长江穿越隧道竖井淹井处理技术

某穿江隧道竖井由于开挖施工方法不当及地质条件复杂,发生涌水涌砂导致淹井事故,在大型竖井井架及提升系统安装完毕,吸泥、抓泥设备没有施工场地的情况下,采用地面与井内注浆成功地封堵了涌水通道,固结了涌入井筒内的松散砂,从而保证了淹井事故处理的成功。

超厚细砂地层大直径后压浆桩荷载传递计算与分析

为了研究超厚细砂地层大直径后压浆桩的荷载变形特性,基于石首长江公路大桥8根大直径钻孔灌注桩现场静载荷试验结果,分析大直径后压浆桩的荷载传递特性,采用BoxLucas1函数的荷载传递模型,在考虑浆泡半径和桩身水泥结石体厚度的基础上建立了后压浆桩荷载-沉降关系的计算方法,并给出了不同土层桩侧、桩端增强因子经验取值范围,通过工程实例验证了方法的合理性;基于实际工程通过改变桩长及桩径,进一步计算分析超厚细砂地层大直径桩承载特性的变化规律。结果表明,该方法能较好地给出后压浆桩荷载-沉降关系的范围,可采用计算结果的下限作为工程设计使用;大直径桩承载性能随着桩长或桩径增加逐渐提高,桩径一定时,大直径桩的承载性能提高幅度随着桩长增加而逐渐趋于缓慢,且桩长达到一定值时,端阻所占比例几乎为0,表明通过增加桩长来提升大直径桩的承载性能受到有效桩长的影响;而桩端、桩侧组合后压浆技术能改善大直径桩的有效桩长问题,并能显著地提高大直径桩的极限承载力和端阻力所占比例。

富水粉细砂层隧道开挖坍塌的加固技术研究及效果分析

针对富水粉细砂层隧道开挖引发典型坍塌问题,采用现场勘查、理论分析、室内试验和数据监测等手段,对桃树坪隧道塌方处地表和双向开挖掌子面提出科学治理方案。通过注浆填充率、P-Q-t曲线及注浆效果分析。结果表明:由于坍塌处地层有一定的吸浆能力,虽注浆量逐渐减少,但其抗压逐渐增大,地层得到挤密性加固。注浆后砂层自稳能力明显增强,在稳定性增强的情况下,塌方后的支护体系比塌方前的支护体系增强很多。管棚的数量相对于原管棚设计根数有所减少,但是单根的强度比原设计的管棚单根强度有所增强,管棚施工间距超出设计间距10 cm,可通过超前密排小导管预注浆补强。

特细砂混凝土分层的原因分析与防止措施

特细砂混凝土在我国一些地区的建筑工程中普遍使用,但是,在特细砂混凝土施工时,极易出现分层现象。本文作者从特细砂混凝土的组成材料、施工技术和施工工艺等方面,分析研究了特细砂混凝土产生分层现象的主要原因,从而提出了防止特细砂混凝土分层的几项措施。

细沙河道上修建地下集水廊道的工程实践

为弄清地下集水技术在含细沙河流上的适用性及面临的工程问题,以修建在某细沙河道上的两个地下集水廊道工程为例,从含水层颗粒级配入手,探讨滤层设计、出口渗流控制及运行管理等因素对地下集水廊道滤层工作性能的影响,分析了工程滤料失效的原因,提出了相应的改进措施。研究结果表明:在具有一定细沙含量的河道上修建地下集水工程是可行的;当前的滤层设计准则不符合地下集水廊道滤层的运行工况,应重新建立基于低水头、大流量、强透水工况下的滤层设计准则。

上海浅层饱和粉细砂层中某基坑的围护及变形监测

在动水压力作用下，上海浅层饱和粉细砂层中的基坑容易产生流砂的现象。以上海某基坑围护设计施工方案为例，对一种较为经济的基坑围护方法给予介绍，该方法较好地解决了基坑坡脚土隆起和流砂等问题；同时指出实行信息化监测和动态设计是基坑围护安全的重要辅助手段。利用重力式挡土墙理论和极限平衡理论进行体外和体内破坏稳定性分析，得出符合要求的安全储备验算结果。实测结果表明，饱和粉细砂层基坑在一定深度范围内（≤6m）采用复合土钉墙挡土结构是安全可行的；对于5．7m深饱和粉细砂层中的基坑，地面沉降影响范围达9～10m，且沉降大小随距离增加而衰减；基坑最大位移发生在向内的凸角。

水泥改良细砂填料工程性能试验研究

针对新建三北羊场至新上海庙北地方铁路缺乏A,B组填料的情况,从工程试验的角度研究了水泥改良细砂后的物理力学性能,为水泥改良细砂作为路基基床表层填料提出水泥掺量的最佳配比参考值。

利用扁铲试验成果外推粉细砂层深部承载力参数

如何确定粉细砂层深部的力学参数,是水利枢纽设计过程中的一个重要课题,提出了一种新的研究思路,即在现场进行一定深度范围内的承载力试验,研究河床覆盖层原位承载力参数随深度的变化规律;再采用扁铲试验确定其试验参数随深度的变化规律;通过相关分析建立了两种数据之间的相关关系,利用该关系式由扁铲侧胀测试成果外推粉细砂层深部的地基承载力参数;结果表明是一种切实可行的方法。