基于Hoek-Brown强度准则的裂隙岩体劈裂注浆力学机理

为了获得裂隙岩体中劈裂注浆压力的计算方法,首先假设裂隙岩体服从非线性Hoek-Brown强度准则,采用断裂力学分析模型分析裂隙的劈裂压力,推导裂隙岩体中Ⅱ型和复合型裂纹的劈裂注浆压力计算方法.基于断裂力学中裂纹失稳机制,利用材料的线弹性特性,分析复合型加载条件下裂纹的失稳机制,并提出裂纹扩展的最有可能发展方向.最后,对非线性强度参数及裂纹长度对劈裂注浆压力的影响进行分析.研究结果表明:劈裂注浆压力的计算应该重点考虑裂纹长度和非线性强度参数的影响;裂纹长度对注浆压力的影响显著,注浆压力随裂纹长度增大呈非线性减小;注浆压力随非线性参数的增大而逐渐减小,随地质强度的增大呈先增大后减小的趋势.     

低渗透介质注浆浆液扩散机理试验研究

为研究注浆浆液在低渗透介质中扩散力学机理,以井工一矿4^#煤层中X5陷落柱中填充物为研究对象,设计了能够进行观察浆液微观扩散过程的可视化高应力注浆试验系统,设计了间歇式注浆实验方案,得出泥砂注浆固结体的几何模型。分析实验结果可知,浆液的扩散过程包括形成裂隙内流动和孔隙渗透两部分。浆液在流动过程中,注浆压力随着沿程距离的增大而减小,渗流通道周边的浆液渗透到泥沙孔隙中,浆液在孔隙中的活动包括渗入、絮凝、破坏絮凝层等循环过程。     

动水作用下单一裂隙浆液扩散机理研究

在理论分析基础上,通过适当简化,建立了动水条件下单裂隙浆液扩散数学模型.获得了浆液极限扩散方程,并计算得到了逆水极限扩散半径与最大扩散开度的理论解答.逆水极限扩散半径与浆水速比成正比关系;浆液最大扩散开度与浆水速比成正比关系.实际注浆过程中,其比例系数为浆液粘度、裂隙倾角等因素的函数,而在理想流体假设条件下,其比例系数为1.建立了浆液扩散形态时空变化方程并研究了其变化规律,随着扩散距离增大,浆液沿不同方向扩散逐渐呈现出不均匀性.沿逆水扩散方向,扩散范围向极限扩散范围曲线迅速收敛;沿顺水扩散方向,扩散范围随时间持续增加,浆液逐渐趋于等速率扩散.研究结论可为裂隙动水注浆设计提供一定参考.     

高聚物定向劈裂注浆动态过程数值模拟

针对现有数值方法对高聚物定向劈裂注浆动态过程模拟困难的现状,采用二维颗粒流程序(PFC2D),考虑高聚物浆液反应过程中膨胀特性和流变特性的影响,建立高聚物定向劈裂注浆的可视化模型.通过与现场试验结果对比,验证数值模型的有效性.在此基础上对浆脉扩散形态、浆液颗粒数量和土体弹性模量对浆液扩散规律的影响及定向劈裂注浆对周围土...     

水泥-水玻璃浆液在圆砾层的扩散规律

基于浆液在孔隙介质中的渗流方程,推导出了圆砾层中浆液流动时间、注浆量、扩散半径的计算式,并在一定的假设条件下,获得了水泥-水玻璃浆液粘度随时间变化的规律,探讨了不同注浆压力和浆液流动时间对浆液扩散半径的影响.浆液扩散半径随注浆压力的增大呈非线性增大,随浆液流动时间的增大呈非线性减小.圆砾层防渗注浆工程实例验证了圆砾层双液注浆计算式的正确性.     

宾汉流体环空螺旋流层流流场的研究

本文对宾汉流体螺旋流层流流场进行了理论分析。研究表明,宾汉流体环空螺旋流流场存在流核,流核宽度随流体的动塑比增大而增大,随内管转速的增加而减小。流核视粘度为无穷大,管壁处视粘度为最小。文中导出了速度分布、视粘度分布、分层雷诺数分布的表达式及压耗和排量的计算式,并用实验证实了这些公式是正确的,可以作为钻井水力参数设计的依据。     

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。     

充填体注浆补强技术研究

充填体注莱补强。就是在建筑物下综合机械化充填采煤技术的基础上，对架后充填区域采用粉蝶灰．水泥浆．高水材料和水分别配置相应浆体，通过注浆管道输送到井下，熏后到达工作面采空区充填区域内预埋的注浆管，适时对松散充填体加固，形成以较高密实度和强度的充填体为主的上覆岩层支撑体系，有效控制地表沉陷在建筑物允许值范围内，实现村庄不撮迁，安全开采建筑物下遗留煤柱。试项目的成功实施，取得了较好的技术经济效果。     

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...     

采空区岩体粗糙单裂隙中浆液扩散机理研究

以某采空区岩体粗糙裂隙为研究对象,基于有限元软件COMSOL Multiphysics构建了三维粗糙单裂隙注浆模型,分析岩体裂隙中的浆液流动规律,研究了不同的裂隙面粗糙度、开度、注浆压力、裂隙倾角及浆液黏度影响的浆液扩散机理。结果表明,裂隙面粗糙度影响浆液的扩散面轮廓,粗糙度越大,浆液扩散阻力越大,浆液扩散各向异性越强;注浆速率与开度为二次多项式关系,裂隙开度越大,注浆速率的损失越小;注浆压力对浆液扩散轮廓的影响较弱,但改变了浆液的扩散半径,且注浆压力与扩散半径为正相关、与注浆速率呈二次多项式关系,注浆压力越大,注浆速率的损耗越低;浆液黏度并不影响其扩散的各向异性,仅改变浆液扩散的范围。研究成果表明了采空区粗糙裂隙中的浆液扩散机理,为采空区注浆范围的预测及加固决策提供了理论支持。     

松软破碎带中巷道围岩注浆加固参数研究

在分析松软破碎带中巷道围岩的稳定性和支护影响因素的基础上,借助于注浆改善围岩特性并结合锚杆支护,通过现场实测、理论分析和FLAC数值模拟相结合的方法,确定了松软破碎带中的巷道围岩注浆深度、浆液比例和注浆孔间距等加固参数。研究结果对类似条件下的巷道的支护具有一定的指导意义。     

岩体裂隙中宾汉姆流体渗流模型

为研究粗糙单裂隙中宾汉姆流体的渗流规律,提出了描述岩体裂隙中宾汉姆流体黏性和黏惯性流动的渗流模型,并采用数值模拟和室内试验结果对模型进行了验证.在粗糙裂隙中,开展了不同流变参数的宾汉姆流体在大范围压力梯度下的渗流模拟,结合修正的Forchheimer方程分析了宾汉姆流体在不同裂隙几何参数及流变参数下的非达西系数β、临界雷诺数Re_○c、非达西效应因子E等变化特性.结果表明:由宾汉姆流体本构方程推导出的黏性模型能更好地描述黏性渗流.修正的Forchheimer方程能更好地描述宾汉姆流体在粗糙裂隙中的黏惯性渗流特征.粗糙度及流变参数会对渗流特性产生显著影响:裂隙粗糙度越大,浆液屈服应力越大;浆液塑性黏度越大,惯性作用越强.     

基于连续介质模型的海底隧道支护结构受力特征

在含水地层中开挖隧道,地下水的存在一方面会影响隧道周边地层的力学参数,另一方面也会在围岩中产生渗流体积力,进而影响地层的应力和位移.对于埋深较浅而水压力较高的海底隧道而言,支护结构除承受围岩压力外,还要承受很高的水压力.支护结构的受力特征受隧道围岩和支护结构间接触面剪应力、隧道顶板厚度、水深、围岩侧压力系数以及支护结构的厚度和刚度等因素的影响,而经典隧道支护结构内力弹塑性解假设的边界条件与实际情况相差很大.文中阐述了弹性力学应力函数法推导支护结构内力的解析解,并采用数值分析方法研究了海底隧道支护结构的受力特征.通过FLAC3D程序验算了厦门翔安海底隧道Ⅴ级围岩海域段支护结构的内力,比较分析了断面形状对支护结构受力的影响.     

坡度对沉管隧道压浆法基础处理浆液扩散特性的影响

针对砂石垫层的不平整或沉管隧道本身走向设计引起的坡度变化,采用压浆法进行小比例模型试验,研究在不同坡度条件下单孔注浆、双孔同步注浆时的浆液扩散情况.结果表明,带纵坡注浆时,沿纵坡下坡方向的扩散速度明显大于沿上坡方向的扩散速度,即水下混合砂浆的流动受到重力加速度的影响显著,出现向低处先行扩散流动的趋势,而且当坡度较大时,沿上、下坡方向扩散速度的差异更加明显.在施工过程中,应首先在最低位置注浆孔注浆,然后,沿坡度向上依次注浆,以避免出现基础处理填充不密实的情况.
     

宾汉流体与颗粒间的密相两相湍流研究

参照密相液固两相湍流方程，并考虑到宾汉流体的本构关系，建立了描述汉流体与颗粒间的两相湍流流动的控制方程，编制了计算程序，为数值计算奠定了理论基础，采用IPSAR（Inter Phase Slip Algorithm Revised）算法，对直圆管内的宾汉流体与颗粒间的两相湍流流动进行了数值计算研究。结果表明：在直圆管中，颗粒相的速度分布比较均匀，且其在壁面处高于宾汉流体，随着屈服应力的增加，两相主流速度均减小，同时宾汉流体动能有减小的趋势，而颗粒相体和浓度则呈现出增加的趋势，因此宾汉流体的了应力及对其湍流流动有重要的影响。     

用有限元强度折减法对海底隧道进行稳定性分析

利用有限元强度折减法求得的安全系数与潜在滑动面,不仅可以评价隧道的稳定性和设计的合理性,还可以对支护参数和施工工艺提出改进建议.计算表明,青岛湾址隧道的埋深、双洞净间距均安全合理;隧道围岩的整体变形不大,局部位置变形明显,在支护设计及施工过程中这些部位需重点考虑;双洞上拱出现拉应力区,但是最大拉应力值小于岩石抗拉强度.模拟结果为海底隧道结构设计提供了可靠的分析依据.     

破碎围岩隧道开挖小导管高压注浆机理及效果分析

小导管高压注浆法是隧道工程不良地质施工采用的一种超前支护技术.本文以河北张石高速黑石岭隧道出口浅埋破碎段为例,对小导管高压注浆法在软弱破碎围岩开挖中的加固机理进行了研究,采用FLAC三维数值模拟方法对小导管施做过程中受力机理和注浆时围岩的塑性区、位移场进行了模拟,定量分析了小导管注浆法的加固效果.研究表明,采用小导管高压注浆法能显著抑制软弱破碎围岩的变形,减少隧道支护结构的变形和受力,避免浅埋软弱破碎围岩开挖中塌方现象的产生.     

隧道半断面帷幕注浆施工技术

中易发生涌水、突泥等灾变。针对小南塬隧道岩体破碎和涌水量大的工程特性,本文提出采用半断面帷幕注浆加固设计方法对不良地层进行加固并对加固效果进行分析。研究结果表明：隧道单孔/米注浆量为2.74m3/m,浆液填充率为94.8%,达到充填裂隙和固结围岩的作用;P-Q-T曲线表现为前期的注浆压力小、吸浆量大到后期注浆压力大、吸浆量减弱的变化规律,说明注浆效果良好;现场检查孔成孔效果良好,水泥浆液纹路清晰,未发现坍孔、涌水、涌突泥等灾变现象;上半断面帷幕注浆对掌子面变形的控制效果最好,而对仰拱隆起影响较小。     

环空宾汉流体流量对顶替效率的影响规律研究

固井时水泥浆常常采用宾汉流体模型,因此许多学者对宾汉流体性质及流态做了大量的数值模拟研究,然而排量对顶替效率的影响规律的数学解析方程推导还未见报道。本文根据宾汉流体在环空中的层流流动特性推导出了顶替效率与注水泥的排量关系式,并且计算了不同流量情况下的顶替效率大小,计算结果表明:流量越大顶替效率越高,并且呈现线性关系,适当提高水泥浆的流量能够有效提高顶替效率,推出的流量与顶替效率的关系式对固井工程设计具有较大的指导意义。     

盾构隧道壁后注浆体固结变形特性试验研究

为了研究浆液在盾尾空隙中的固结变形特性,采用自制的壁后注浆体固结变形试验装置,对不同注浆材料、不同固结压力、不同土质条件和地下水压力条件下的浆液固结变形特性进行了试验研究.结果表明：随固结压力的增大,浆液的固结变形速率加快,最终的变形量也相应增大,且浆液的固结应变处于4%~12%;在砂土条件下的固结变形速率要远快于黏土条件,在砂土条件下1 h内变形即可趋于稳定,而黏土条件则需要5~6 h;随地下水压力的增大,浆液的排水速率减缓,最终的固结变形量也相应减小.