全风化花岗岩加固特性注浆模拟试验

针对全风化花岗岩自稳能力差、遇水极易软化崩解等特点,依托广西均昌隧道帷幕注浆灾害治理工程,设计全风化花岗岩注浆模拟试验,通过改变注浆压力,对被注介质单轴抗压强度、抗剪强度、渗透系数、崩解率等参数进行测定,研究注浆对全风化花岗岩地层强度特性和水理特性的影响机制.试验结果表明:全风化花岗岩地层中,注浆以劈裂模式为主;随着注浆压力的提高,主浆脉扩展厚度不断提高,被注介质的劈裂区(含浆脉)及压密区(不含浆脉)的单轴抗压强度和抗剪强度均显著增长;在注浆压力为2.0,MPa时,劈裂区抗压强度提高了152.4%,,抗剪强度(σ_n=200 kPa)提高了348.6%,,压密区抗压强度提升71.4%,,抗剪强度(σ_n=400 kPa)提升了149.6%,;注浆加固后被注介质渗透系数大幅降低,水稳定性显著提高.     

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。     

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。     

基于颗粒流方法的土体压密注浆细观机理

为揭示高压注浆过程中浆液的扩散规律与压密效果,运用颗粒流方法对不同注浆压力、不同土体黏结力、不同土体摩擦因数下浆泡半径以及注浆效果的细观规律和机理进行分析。采用颗粒流fish语言建立注浆过程模型,采用伺服机制施加不同注浆压力模拟注浆过程。研究结果表明:随着注浆压力增大,注浆点周围的土体不断被压缩,孔隙率变小,且0.5 m内土体最易受影响,变形速率最快;与此同时,注浆压力增大,周围土体的附加应力不断增加;对于特定的土体条件,都存在1个最佳注浆压力;土体颗粒之间的黏结力对于浆液扩散的影响较大;土体黏结力较小时,注浆后浆泡半径随注浆压力增大变化明显,但当黏结力较大时,浆泡尺寸基本不随注浆压力变化,即土体黏结力较大时,压密注浆效果大大削弱;土体颗粒之间摩擦因数的变化对注浆效果影响不大。     

全强风化砂页岩地层压密加固效果试验

全强风化砂页岩地层注浆加固工程中常常伴随着地层压密现象,压密加固后地层的物理力学性能得到显著提升。为了研究全强风化砂页岩地层的注浆压密效果,以压缩模量、粘聚力、内摩擦角、渗透系数作为表征地层物理力学性能的主要指标,通过开展室内试验,获得了不同注浆压力与含水率条件下地层力学性能的提升规律,建立了可定量化描述不同含水率条件下注浆压力与地层物理力学参数的关系模型。研究结果表明：通过提高注浆压力可显著提高全强风化砂页岩地层压缩模量,高注浆压力作用下,地层压缩模量最大增长近10倍。当注浆压力处于较低水平时,加固后地层粘聚力的提升受含水率和注浆压力影响明显。当注浆压力处于较高水平时,加固后不同含水率情况下地层土体粘聚力基本趋于一致,地层粘聚力的提升不再受含水率的影响。地层内摩擦角在注浆压密后的提升程度始终受自身含水率的影响。注浆压力的提升可进一步提高地层的抗渗能力。采用建立的注浆压力-地层物理力学参数关系模型对某工程实例进行计算分析,给出了满足地层加固要求的注浆压力设计值,注浆治理后开挖揭露浆脉清晰、地层稳定,所提出的模型可为全强风化砂页岩地层注浆治理参数设计提供参考。     

山岭公路隧道富水黄土地层注浆加固技术

为解决山岭公路隧道穿越富水黄土地层时出现的各种施工问题,依托吉河高速乔原隧道,采用二重管注浆加固技术对富水黄土地层进行处治,并利用现场观察、数值模拟手段对加固效果进行全面评价.研究结果表明:经注浆加固后,掌子面土体含有大量浆脉,其分布层理清晰,且掌子面围岩无"泌水"现象,土体稳定性较好,未发生掉块、塌方等病害;注浆后断面初期支护受力状况得到有效改善,隧道围岩塑性应变值得到有效控制.可见,二重管注浆加固技术在山岭公路隧道富水黄土地层处治中取得了良好的效果.     

压密注浆在地基处理中的应用

随着建筑科技的进步,地基加固处理的方法不断更新,新技术新工艺的应用层出不穷。压密注浆工艺是通过注浆管在有压状态下将浆液注入土中,在注浆管周围形成浆泡和浆土结合体,并使土体得到挤压密实,对地基土起到综合加固效果。     

非均质断层介质单双液加固特性对比

使用永莲隧道F2断层介质,预置单一结构面,基于不同结构面角度、水泥单液浆水灰比和注浆压力开展正交试验.试验表明:注浆压力、土压力和渗透压力均呈波动上升规律,但土压力和渗透压力相对较小;结构面α=0°、45°和90°试样在注浆后强度分别提升了189%,200%和64%,结构面α=45°试样加固前后强度均较低;应力-应变曲线显示,当应变达到0.015~0.04时,应力达到峰值;通过极差分析,本次试验条件下结构面角度是影响试样抗压强度的主控因素,其次为浆液水灰比,注浆压力影响最小;浆液充填结构面并劈裂断层介质形成的大尺寸浆脉发挥骨架效应,对加固体破坏产生控制性作用;揭示了水泥单液浆对于含结构面断层介质的充填、挤密和劈裂联合加固型式.从加固型式、加固效果和主控加固因素3个方面对比了水泥单液浆和C-S双液浆对于断层介质的加固特性.单液浆形成的浆脉尺寸更大;当α=0°和90°时,单液浆加固效果更佳,而α=45°时,双液浆加固效果更优.与单液浆不同,双液浆的主控因素为浆液配比.基于试验结论为注浆设计和施工提出了4条指导性建议.     

黏土固化浆液充填富水岩溶的抗渗性能研究

为了研究黏土固化浆液充填富水岩溶的抗渗性能,开发了一套室内富水岩溶浆液结石体渗透系数测试装置.通过室内试验,模拟了不同注浆参数和地层排水速度下黏土固化浆液充填富水岩溶的注浆过程,得到了浆液结石体的完整试样,测得了岩溶水养护下试样的渗透系数.试验结果表明:黏土固化浆液具有良好的加固防渗性能,岩溶水养护下28d渗透系数可达1×10-6 cm/s,完全满足富水岩溶充填注浆防渗设计要求;各因素对结石体渗透系数影响程度依次为注浆压力、浆液水固比、地层排水速度,且结石体渗透系数与浆液水固比、地层排水速度呈正相关关系,与注浆压力呈负相关关系.对于实际注浆工程,在地层排水速度一定的情况下,可通过调节注浆压力、优化浆液水固比等方式,来获得较优的结石体抗渗性能.通过电子显微镜扫描进行微观分析可知:微观结构上的差异与宏观结石体渗透系数的变化规律一致,随着注浆压力的增大,颗粒间间距逐渐减小,结石体电镜结构形态依次表现为松散絮状、松散片状、较密实团状及密实板状,结石体密实度进一步提高.     

黏土中桩端后注浆单桩抗压承载特性室内模型试验研究

参照现场桩端后注浆工艺的基础上,采用室内模型试验和自主研发的模型桩钻机以及注浆装置研究黏土中不同桩端注浆量下5根模型钻孔灌注桩竖向抗压承载特性,并通过后续土体开挖,分析桩端后注浆浆液上返高度和浆液在土体中的扩散模式.试验结果表明:与未注浆试桩相比,黏土中不同桩端注浆量下试桩极限承载力提高率为37.5%～112.5%,承载力提高幅度与注浆量呈正相关;注浆试桩桩端以上浆液上返段深度范围内轴力明显小于未注浆试桩,且轴力随着注浆量的增大而减小;桩顶荷载较小时,在浆液上返段深度范围内,4根不同注浆量试桩平均侧摩阻力略大于未注浆试桩且增长幅度受注浆量影响很小;随着桩顶荷载增大,该深度范围内注浆试桩桩侧平均摩阻力远大于未注浆试桩且其值随着注浆量的增大而增大;在相同注浆压力条件下,不同桩端注浆量主要影响桩端浆液上返深度范围内桩身侧摩阻力值大小,对上返高度影响较小,桩端后注浆浆液上返高度约为桩端以上14倍桩径;未注浆试桩表现出摩擦端承桩的特性,注浆试桩表现出端承摩擦桩的特性;在同一桩顶荷载下不同注浆量试桩桩端阻力发挥比例随着注浆量的增大而减小.通过开挖分析得出黏土中桩端后注浆主要通过浆液压密和劈裂作用于桩端和桩侧土体进而改善基桩承载特性.     

下穿黄河盾构隧道管片衬砌结构受力特征模型试验

针对兰州地铁穿河段盾构隧道穿越强透水砂卵石地层和承受较高外水压的特点,首先研制了外水压加载装置,该装置在衬砌模型内部创造了一个封闭的负压环境,通过控制模型内外气压差来实现外水压的等效加载,同时结合隧道-地层复合模拟试验系统开展了几何相似比为1∶10的室内模型加载试验,实现了土压和水压的分别控制加载.研究了水压、土压、土体侧压力系数及拼装方式对管片受力特征的影响.研究结果表明,随着水压的增大,管片轴力明显提高,弯矩略有减小,偏心距则明显降低;随着隧道上覆土压的增大,管片衬砌结构的轴力、弯矩、偏心距均呈增大趋势,但总体上量值变化较小;在水压一定时,覆土厚度的增加对管片弯矩的影响越来越大,而轴力变化速率均比较稳定;正常水压条件下,随着土体侧压力系数的增大,管片衬砌结构的轴力增大,弯矩减小,偏心距减小,随着水压的增大,侧压力系数对于管片结构受力特征的影响越来越小;错缝拼装情况下,管片内力在部分环向及纵向接头处会产生较大突变,且管片内力较通缝拼装情况大.     

桩侧注浆提升既有桩基承载特性试验与数值模拟

为揭示粉质黏土地层既有桥梁桩基的桩侧注浆加固机理,本文通过模型试验研究了注浆压力、水灰比对桩侧土体加固模式及加固效果的作用关系,采用数值模拟获取了桩侧注浆对既有桩基承载特性作用规律。研究结果表明,水泥单液浆在粉质黏土地层中以挤密劈裂的加固方式为主,水泥浆液扩散模式呈现直线式、放射式;粉质黏土注浆加固效果与注浆压力正相关,随水灰比的升高而呈现先升高后降低的趋势。桩基桩侧加固可以有效的提高加固范围内的侧摩阻力,桩基深部相较浅部侧摩阻力提升更明显。     

高压富水充填溶腔释能降压技术

高压富水充填溶腔具有水量大、水压高、规模范围大、充填介质复杂的特征,工程施工风险极高,采用传统的注浆法进行处理,受地层的不均一性、材料选择、技术水平的影响,难免会出现注浆盲区,施工中一旦注浆盲区被高压水击穿,将会发生大规模突水突泥,造成灾害。针对宜万铁路所遇到的高压富水充填溶腔,通过科技攻关,提出采取释能降压新技术进行处治。经现场实践,安全、经济、可靠,并取得了成功。释能降压技术是针对高压富水充填溶腔采取有计划、有目的的精确爆破揭示,从而释放溶腔所存储的能量,降低施工及运营过程中水土压力对隧道形成影响,之后,通过配套处治措施完成溶腔治理。     

基于D-P修正准则的扩孔理论在黄土劈裂注浆中的应用分析

基于塑性力学与大变形理论,考虑Drucker-Prager修正准则圆孔扩张问题,建立黄土劈裂注浆压力分析模型.在弹性区和塑性区分别采用小变形理论和大变形理论,推导出劈裂注浆浆泡周围弹性区及塑性区土体应力场、位移场的理论解,研究塑性区半径、起劈注浆压力的解析解,以工程算例进行论证.结果表明,基于考虑D-P修正准则的圆孔扩张理论模型,径向应力与环向应力随r_u/r_P的增大呈现非线性递减关系;不排水条件下随着土体材料参数(c、φ、E、ν)的增大,浆液竖向及水平向劈裂土体时的劈裂压力呈非线性增大趋势;经对比分析发现,理论计算值在514.2～693.7 kPa,与实测值430～780 kPa比较接近,说明了理论的分析方法在黄土地区劈裂注浆工程中具有一定的实用价值.     

全风化花岗岩地层单-双液浆加固试验研究

针对全风化花岗岩注浆治理工程中的浆液选型及注浆参数调控问题,通过注浆模拟试验,对水泥浆液和水泥-水玻璃浆液(C-S浆液)2种浆液的加固效果进行对比分析研究。研究结果表明,单-双液浆在地层中均以劈裂扩散为主,但扩散模式具有显著差异:水泥浆液呈直线式和放射式2种,其主控因素为水灰比;而C-S浆液的扩散模式主要为放射式和网络式,扩散模式受水灰比和注浆压力双因素影响。2种浆液注入地层后,加固体试样抗压强度、抗崩解性均显著增高,根据对加固效果的作用关系可将水灰比分为注浆压力作用区(水灰比为0.80～1.13)和C-S浆液优势区(水灰比为1.13～1.50),水泥浆液多适用于深部高压加固区,C-S浆液多适用于浅部低压加固区。在满足注浆工程要求前提下,C-S浆液加固体压缩可变形性和残余强度比水泥浆液加固体的高,加固地层更为稳定。通过工程现场验证,研究成果对类似地层的注浆加固治理具有一定的参考和借鉴意义。     

不同含水率膨胀土的无侧限抗压强度-电阻率试验研究

文章通过对不同含水率的合肥膨胀土无侧限抗压强度-电阻率试验,获取了不同含水率条件下合肥膨胀土的应力-应变-电阻率全过程变化曲线;分析了含水率对膨胀土强度的影响、膨胀土受压过程中应力-应变-电阻率的变化规律;探讨了膨胀土受压过程中导致电阻率变化的3种效应——压密效应、水连通效应和结构破坏效应,试验中不同含水率膨胀土试样电阻率的不同变化是3种效应的叠加和综合反映;探讨了不同含水率条件下,膨胀土初始电阻率、破坏电阻率与无侧限抗压强度之间的关系。研究结果有助于探索利用电阻率法评价膨胀土的强度特性,建立土体地球物理参数与强度特性之间的关系。     

隧道排水泄压孔对周边水压分布变化的影响研究

针对老旧隧道排水系统堵塞瘫痪导致的隧道衬砌渗漏水问题，现场常通过增设泄压孔的方式排出衬砌背后高压水.为探究泄压孔对隧道周边水压力分布产生的影响，总结开通泄压孔后隧道周边水压力的变化趋势及其影响因素（泄压位置、泄压时间、水位高度及土层渗透系数等），然后通过数值模拟有限元分析、模拟富水隧道在不同位置增设泄压孔时周边水压力分布情况，分析泄压孔对隧道外环水压力分布产生的影响.结果表明：(1)泄压孔的降压效果及影响范围主要取决于土层的渗透系数，随渗透系数的减小而减小；(2)泄压时间及上覆水位高度对泄压孔的降压效果影响较小，在渗透系数大于等于1.2 m/d的土层中，泄压32 d降压效果趋近于稳态泄压；(3)开设泄压孔后，隧道外环水压降压比将迅速降至0.8以内，而泄压孔周边1 m左右范围水压将减至无泄压孔时的40%以内，该范围随土层渗透系数的增大而增大.     

基于渗率效应的可压缩智能同步注浆材料扩散机理研究

目前同步注浆材料采用水泥砂浆作为注浆材料，注浆和固结过程中浆液在土体中渗透，导致浆液体积减少，若后续注浆不及时，极易造成盾尾间隙注浆不密实。而轻质智能同步注浆材料含气泡，其具有压缩“弹性”，随着浆体的固结卸荷，虽然有部分浆体扩散，但浆体在盾尾间隙中体积保持不变，保证了同步注浆密实度。研究了轻质智能同步注浆材料密度与压力的映射关系，建立了轻质智能同步注浆材料压缩理论模型。定性分析了轻质智能同步注浆材料高密实度注浆原理。针对轻质智能同步注浆材料成分特征，建立了基于渗滤效应的可压缩智能同步注浆材料的固结扩散机理。研究表明：可压缩同步注浆材料随着压力增大，浆液体积逐渐减小，通过实验验证，轻质材料压力-密度曲线可变参数与气泡含量具有较强的相关性。地层渗透系数对浆体固结扩散距离具有显著影响，地层渗透系数越大，轻质智能同步注浆材料固结扩散距离受土体力学性质影响越显著。     

砂土-混凝土接触面注浆剪切试验研究

桩侧后注浆技术在桩基工程中被广泛应用,但关于桩土接触面注浆的剪切力学特性研究并不多见.利用改进后可界面注浆的大型多功能剪切仪进行了砂土与结构物接触面注浆情况下的剪切试验,研究了注浆对接触面力学特性的影响.试验结果表明,界面注浆呈压密注浆与劈裂注浆相伴随出现的形式,注浆显著提高了接触面的抗剪强度,接触面强度增大的幅度随着注浆量的增大而有减弱的趋势.在相同法向应力条件下,剪切应力-位移曲线未出现应变软化现象,表现出非线性关系.随着注浆量的增大,接触面的粘聚力随之增大,而摩擦角则随之减小.最后采用修正摩尔库伦模型对试验数据进行了拟合.本文所得结果对桩基工程桩侧后注浆的应用有一定的借鉴意义.     

薄层灰岩带压开采防治水技术研究

为了实现西坡矿5111工作面安全带压开采,减小底板薄层灰岩含水层对回采工作面的安全威胁,通过水文地质条件分析、采后底板破坏深度预计、突水系数法评价等多种手段评价该面带压开采突水危险性,认为工作面最大突水系数为0.084 MPa/m,大于安全带压开采临界值0.06 MPa/m,发生底板突水的可能性较大。采用矿井直流电法超前探查、井下钻探工程跟进验证、疏水降压工程治理相结合的综合防治水技术手段,探查工作面底板薄层灰岩含水层及隔水层富水异常区,验证并疏放薄层灰岩含水层水,有效降低了工作面底板隔水层带压值,最终实现工作面安全带压开采。结果表明5111工作面底板薄层灰岩含水层富水性不均一,局部存在富水异常区,且具有可疏放性,经过10 d疏水降压,薄层灰岩含水层水位下降36 m,底板隔水层带压值和突水系数均降低至安全带压开采临界值以下,从而实现了工作面安全带压开采,为西坡矿5#煤层安全开采提供了技术支撑,也为该地区条件相似工作面的开采奠定了基础,完善了底板水害防治技术体系。