富水砂层水泥浆液渗透注浆扩散规律及影响因素研究

作     者：谢鲍 

作者单位：安徽理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：程桦

授予年度：2023年

学科分类：081401[工学-岩土工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：富水砂层 水泥浆液 渗透注浆 扩散规律 影响因素 

摘      要：富水砂层是城市地铁、市政、高层建筑深基坑等工程施工中安全风险较大的地层,因设计与施工不当引发的涌水溃砂事故时有发生。采用注浆技术是实现封水与加固该类地层常用工法之一。国内外虽对富水砂层注浆多有研究,但远不能满足注浆工程设计与施工需求。为此,以典型的富水砂层为研究对象,采用理论分析、数值模拟、模型试验相结合的研究方法,探究富水砂层渗透注浆浆液扩散机理,揭示浆液扩散与压力衰减规律,分析影响注浆效果的主要因素,对提高富水砂层注浆工程设计与施工的科学性,防止事故发生,具有一定的理论意义和应用价值。论文的主要研究内容与结果如下:(1)基于我国典型的富水砂层特性,通过室内土工试验获得了试验用砂的颗粒级配、特征粒径、不均匀系数、曲率系数、干密度、饱和密度、比重、孔隙率、渗透系数等物理参数。通过不掺、单掺、复掺添加剂时幂律浆液的析水率试验,得到了水泥添加剂最优掺量。(2)通过理论推导得到幂律浆液在砂层中的球形渗透扩散方程,获得了浆液扩散范围与各注浆参数的隐式关系式,分析了注浆过程中浆液压力变化规律,并通过注浆试验验证,同时考虑浆液黏度时变效应及多孔介质迂曲效应的理论解预测浆液扩散范围误差最小。(3)研制了三维球形渗透注浆试验平台,通过三因素(水灰比、砂类别、注浆压力)、三水平L9(3)正交试验,揭示了富水砂层渗透注浆过程中,浆液渗透扩散机制及压力衰减规律。(4)采用COMSOL Multiphysics数值模拟软件对幂律浆液球形渗透注浆进行了数值模拟,通过注浆试验结果验证了其合理性。研究了浆液水灰比、砂层介质及注浆压力等因素对注浆效果的影响。上述三因素对浆液渗透扩散的影响复杂程度由大到小分别为:浆液水灰比砂层介质孔隙率注浆压力。图[52]表[18]参[91]