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注浆加固对岩体裂隙力学性质影响的试验研究

岩石力学与工程学报 2017年第A1期36卷 3140-3147页

作者：刘泉声雷广峰卢超波彭星新张静王俊涛中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 武汉大学土木建筑工程学院湖北武汉430072 武汉大学岩土与结构工程安全湖北省重点实验室湖北武汉430072 广西交通科学研究院广西南宁530000

注浆技术对裂隙岩体的加固效果显著,对岩体裂隙面的力学特性产生极大影响。为研究注浆加固对岩体裂隙力学特性的影响规律,创新性地提出一种岩体裂隙试件制作方法,克服了原岩裂隙取样困难的难题。将该方法制取的裂隙试件在自主研发的裂... 详细信息

注浆技术对裂隙岩体的加固效果显著,对岩体裂隙面的力学特性产生极大影响。为研究注浆加固对岩体裂隙力学特性的影响规律,创新性地提出一种岩体裂隙试件制作方法,克服了原岩裂隙取样困难的难题。将该方法制取的裂隙试件在自主研发的裂隙岩体注浆系统平台上进行注浆加固试验,并对注浆加固后的岩体裂隙试件开展相关的法向及切向力学加载试验。试验结果表明:人工制取的裂隙试件与原岩裂隙几何相似性良好,符合室内物理试验要求;注浆加固会显著改变岩体裂隙面的法向切向力学特性,注浆加固后岩体裂隙的峰值抗剪强度及残余强度得到极大提高,裂隙面的抗变形能力增强;裂隙面法向加载会影响其切向力学行为,切向抗剪强度随法向应力增加而增加;注浆加固通过提高岩体裂隙面的力学性能来增加岩体的整体强度及稳定性。

关键词：岩石力学注浆加固岩体裂隙力学性质

温度–应力耦合作用下岩体裂隙扩展的数值流形方法研究

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岩石力学与工程学报 2014年第7期33卷 1432-1441页

作者：刘学伟刘泉声卢超波黄兴中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071

数值流形法作为一种新型的数值计算方法已成功应用于诸多领域,但该方法在裂隙岩体多场耦合及其作用下裂隙扩展过程模拟分析上应用还较少。基于线弹性热力学理论,并考虑温度对材料影响,建立裂隙岩体温度–应力耦合控制方程。在此基础上,... 详细信息

数值流形法作为一种新型的数值计算方法已成功应用于诸多领域,但该方法在裂隙岩体多场耦合及其作用下裂隙扩展过程模拟分析上应用还较少。基于线弹性热力学理论,并考虑温度对材料影响,建立裂隙岩体温度–应力耦合控制方程。在此基础上,以温度和位移覆盖函数为基本求解量,以加权平均和算术平均思想为区域平均温度场求解算法,以修正的Mohr-Coulomb理论为岩石裂隙扩展准则,以物理覆盖为岩石破裂基本单元,提出模拟温度–应力耦合过程及其作用下岩体裂隙扩展过程的数值流形方法。该方法采用数学和物理2套覆盖,在裂隙扩展过程中不需要进行网格调整,能够有效地模拟裂隙岩体多场耦合及其作用下的裂隙扩展过程。通过编制相应MATLAB计算程序,对算例进行模拟,验证该方法的可行性和合理性。

关键词：岩石力学温度–应力耦合裂隙扩展数值流形方法数值模拟

考虑温度及水化时间效应的水泥浆液流变特性研究

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岩石力学与工程学报 2014年第A2期33卷 3730-3740页

作者：刘泉声卢超波刘滨卢兴利中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071

浆液的流变类型是研究注浆扩散模型的基础,采用旋转黏度计对不同水灰比、温度及水化时间条件下的普通硅酸盐水泥浆液的流变特性进行测试。结果表明：（1）在20℃-50℃范围内,不同水灰比的水泥浆液,同级剪切速率下温度对剪切力的影响有... 详细信息

浆液的流变类型是研究注浆扩散模型的基础,采用旋转黏度计对不同水灰比、温度及水化时间条件下的普通硅酸盐水泥浆液的流变特性进行测试。结果表明：（1）在20℃-50℃范围内,不同水灰比的水泥浆液,同级剪切速率下温度对剪切力的影响有所不同。水灰比为0.5,0.7的浆液在同级剪切速率下,剪切力随温度增加而增大,且比较显著;而对水灰比1.0,1.5,2.0的浆液,在同级剪切速率下,剪切力均随着温度增加而减小,温度对水灰比为1.0的浆液的剪切力的影响最小。（2）搅拌状态下浆液在同级剪切速率下的剪切力均随着水化时间的增加而增加,且温度越高,剪切力增加的幅度越大。（3）在20℃-50℃范围内,各特定水灰比浆液的流变模式并未随温度、水化时间发生显著的改变。（4）水灰比对水泥浆液的流型起主导控制作用。水灰比为0.5,0.7的浆液表现出具有屈服应力的幂律流体模式,其屈服应力、稠度系数随着温度、水化时间增加而增长,而流变指数随温度、水化时间的增加而减小;对水灰比为0.7的浆液,其剪切力–剪切速率的非线性关系并不显著,可将其简化采用宾汉流变模式近似描述,其拟合结果与测试数据点仍具有较高的相关性,水灰比为1.0的浆液为具有屈服应力的宾汉流体,但是屈服应力较小,可以近似为牛顿流体,采用牛顿流变方程描述其流变特性;水灰比1.5,2.0的水泥浆液则表现出牛顿流体特征;水灰比1.0,1.5,2.0的水泥浆液,其动力黏度随着温度的增加逐渐减小,但随着水化时间的增加而增大。

关键词：建筑材料水泥浆液温度效应流变特性水化时间

断层破碎带深部区域地表预注浆加固应用与分析

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岩石力学与工程学报 2013年第S2期32卷 3688-3695页

作者：刘泉声卢超波卢海峰刘学伟中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 武汉大学土木建筑工程学院湖北武汉430071

为提高巷道穿越断层破碎带区域围岩强度,解决巷道坍塌失稳问题,并为后期巷道锚固支护提供基础,利用地表预注浆对顾北煤矿巷道穿越F104断层破碎带深部区域局部岩体进行加固。注浆前期表现出泄压特征,注浆压力无法上升;采用分段–间断–... 详细信息

为提高巷道穿越断层破碎带区域围岩强度,解决巷道坍塌失稳问题,并为后期巷道锚固支护提供基础,利用地表预注浆对顾北煤矿巷道穿越F104断层破碎带深部区域局部岩体进行加固。注浆前期表现出泄压特征,注浆压力无法上升;采用分段–间断–重复注浆策略,可使前期注入浆液固化充填大开度的吸浆通道,防止浆液过度扩散,并为浆液注入较小裂隙创造了条件,实现对目标区域充填密实度的最大化。注浆后断层破碎带中心段浆液结石体呈丝络状分布,偶见水泥结石体粗脉;两侧边缘岩芯的浆液结石体呈脉络状分布。注浆增加了围岩完整性,加强了破碎岩体的相互镶嵌作用,提高了巷道掌子面稳定性;地表注浆对区域围岩裂隙进行充填胶结,减少了裂隙自由面空间,泥岩渐近泥化得到有效遏制,间接提高围岩强度;极破碎围岩注浆后浆–岩结石体表现出类混凝土状特征。地表预注浆使巷道稳定性得到有效保证,极大提高了岩体的自身承载能力及抗变形能力,开挖成型巷道表面收敛位移及收敛速率显著减少。

关键词：采矿工程断层破碎带地表预注浆围岩变形控制

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深部巷道注浆加固浆液扩散机理与应用研究

采矿与安全工程学报 2014年第3期31卷 333-339页

作者：刘泉声卢超波刘滨刘学伟中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071

针对深部软岩巷道采用普通注浆工艺的不足,采用三步注浆工艺进行围岩加固,能取得更好的效果。对三步注浆浆液扩散机理进行探讨,并将三步注浆工艺应用于现场注浆工程。"一步"低压注浆充填壁后散体状碎石充填层,堵塞浅部围岩泄压通道;"二... 详细信息

针对深部软岩巷道采用普通注浆工艺的不足,采用三步注浆工艺进行围岩加固,能取得更好的效果。对三步注浆浆液扩散机理进行探讨,并将三步注浆工艺应用于现场注浆工程。"一步"低压注浆充填壁后散体状碎石充填层,堵塞浅部围岩泄压通道;"二步"注浆主要针对围岩中的裂隙网络进行注浆,通过浆液固化充填、胶结作用提高围岩的自承载能力;"三步"注浆为预留注浆,对成型巷道变形较大处进行补强加固。虽然三步注浆工艺增加了注浆工序,但浆液扩散范围得到保证。注浆后检查影像表明:采用此注浆工艺的围岩注浆扩散深度普遍大于3 m,达到了预期注浆加固的有效范围。而注浆前后巷道的变形监测数据表明:三步注浆工艺大大改善了注浆加固围岩的效果,有效提高了岩体的自承载能力,围岩的整体稳定性得到有效控制。

关键词：深部巷道注浆加固扩散机理

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含裂隙泥岩注浆前后力学特性试验研究

采矿与安全工程学报 2016年第3期33卷 509-514,520页

作者：刘泉声周越识卢超波张建明武汉大学土木建筑工程学院湖北武汉430072 广西交通科学研究院广西南宁530007

采用直剪试验研究注浆前后泥岩裂隙面的闭合和剪切力学性质。试验结果表明注浆加固后泥岩裂隙面的力学性质出现了明显变化：1）注浆后的法向变形量较之注浆前减小了49%～57%；2）注浆后，剪切变形曲线出现了明显的峰值剪切强度和残余剪... 详细信息

采用直剪试验研究注浆前后泥岩裂隙面的闭合和剪切力学性质。试验结果表明注浆加固后泥岩裂隙面的力学性质出现了明显变化：1）注浆后的法向变形量较之注浆前减小了49%～57%；2）注浆后，剪切变形曲线出现了明显的峰值剪切强度和残余剪切强度；3）注浆后剪切刚度变大。注浆前后力学性质变化的原因在于：注入的浆液固化结晶后充填了裂隙的气、液空间，使裂隙面的凸起点接触转变为面接触，浆液结石体与裂隙凸起共同传递应力和抵抗剪切，提高了裂隙的抗剪强度。

关键词：泥岩裂隙注浆加固法向变形抗剪强度