改性硅溶胶灌浆材料的研发及其砂土灌浆模拟

作     者：刘灿平 

作者单位：天津大学 

学位级别：硕士

导师姓名：戚蓝;迟守旭

授予年度：2018年

学科分类：081401[工学-岩土工程] 08[工学] 081304[工学-建筑技术科学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：改性硅溶胶 最优配比 耐久性 数值模拟 扩散半径 

摘      要：灌浆是提高岩土体强度和抗渗能力的常用手段,对于不同岩土体强度,则需要选择不同的灌浆材料。目前,灌浆材料品种虽然繁多,但各自却也有其相应的适用性与及显著的优缺点。通常,悬浊液型灌浆材料颗粒粒径较大,可灌性不佳;溶液型浆液价格往往偏高,不同程度上都有一定的毒副性,且结石体强度不高,耐久性较差等。针对上述问题,本文以硅溶胶为主剂,研发一种可灌性良好,耐久性强,强度较高,绿色环保的砂土灌浆材料。主要研究内容及结论如下:（1）改性硅溶胶灌浆材料制备。基于前人研究成果,从分子结构等微观层面对硅溶胶性能进行阐述,研究其胶凝及偶联剂改性机理;并从凝胶时间、粘度、防渗或固化效果等关键性能指标出发,初步选定氯盐2作为胶凝剂、乙酸作为酸度调节剂、增强剂1作为增强剂以及偶联剂2作为偶联剂,再通过正交试验确定了改性硅溶胶灌浆材料的最优配比。（2）改性硅溶胶灌浆材料耐久性试验研究。以长期室内试验为依托,研究改性硅溶胶凝胶体及其固砂体分别在标准养护和水浸泡条件下强度、二氧化硅溶出率、体积变化率、渗透系数等性能指标随时间的变化规律,各项试验指标表明改性硅溶胶灌浆材料耐久性良好。（3）改性硅溶胶灌浆材料砂土灌浆数值模拟。运用数值模拟方法建立二维砂土灌浆数值模型,应用浆液时变性的广义宾汉姆流体本构方程,基于LadeDuncan破坏准则的砂土模型,从流固耦合理论出发,分别运用不同灌浆材料、不同灌浆压力及不同孔隙率的砂土进行灌浆数值模拟研究。当灌浆压力为1.0MPa,砂土初始孔隙率均值为0.4时,砂土产生的最大位移值为27.03mm,浆液扩散半径可达1.47m。（4）改性硅溶胶灌浆材料在工程实例中的应用。结合工程实际情况,对改性硅溶胶灌浆材料在砂质地层的适用性进行研究。研究结果表明,改性硅溶胶灌浆材料的抗渗性和强度满足工程实践要求,且可灌性高,对砂土地层适应性强,是一种较好的绿色灌浆材料。