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砂砾石土渗透注浆浆液扩散规律试验研究

中国农村水利水电 2014年第4期 147-150,154页

作者：秦鹏飞符平王春王丽娟中国水利水电科学研究院北京100044 北京中水科水电科技开发有限公司北京100038

注浆作为一种专业性较强的技术,在水利等工程的建设中发挥着越来越重要的作用。但是注浆技术目前还普遍存在着理论研究滞后于工程需要的现象,亟须对注浆理论及浆液扩散规律等进一步深入研究。通过设计试验,将拌和水泥浆用的自来水加热... 详细信息

注浆作为一种专业性较强的技术,在水利等工程的建设中发挥着越来越重要的作用。但是注浆技术目前还普遍存在着理论研究滞后于工程需要的现象,亟须对注浆理论及浆液扩散规律等进一步深入研究。通过设计试验,将拌和水泥浆用的自来水加热并插入温度传感器的方法,来探究水泥浆液在砂砾石层中的扩散过程和形态。试验结果表明,浆液扩散过程中其时间t与扩散半径R呈较好的三次函数关系,这与Magg公式基本一致。所做试验没有任何假定,因此所得结果比Magg公式更进一步准确地反映了浆液的扩散形态。

关键词：砂砾石土渗透注浆扩散规律试验研究

注浆材料的抗水性能及渗透注浆扩散规律数值模拟研究

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注浆材料的抗水性能及渗透注浆扩散规律数值模拟研究

作者：许茜山东大学

学位级别：硕士

注浆材料通常应用于地下工程,其应用环境多为地下水流较为丰富的区域,因此,实际工程中注浆材料不仅要求具有良好的工作性能,还必须具有优越的早期抗水分散性能和后期抗水溶蚀性能。本文对单液水泥注浆材料、水泥-水玻璃双液注浆材料和... 详细信息

注浆材料通常应用于地下工程,其应用环境多为地下水流较为丰富的区域,因此,实际工程中注浆材料不仅要求具有良好的工作性能,还必须具有优越的早期抗水分散性能和后期抗水溶蚀性能。本文对单液水泥注浆材料、水泥-水玻璃双液注浆材料和水玻璃-工业废渣双液注浆材料的固化机理与抗水溶蚀性能进行了理论分析与研究,并通过试验数据论证理论分析得出的结论,得出：(1)水玻璃-工业废渣双液注浆材料的抗水性能优于单液水泥注浆材料和水泥-水玻璃双液注浆材料;(2)注浆材料具有优越抗水性能的理想模型是：含有能够提供强度的高活性硅铝质成分、水化产物为具有抗水分散性能的CSH凝胶和具有抗水溶蚀性能的沸石类的结构体。注浆技术由于被注介质条件的复杂性及注浆工程隐蔽性的制约,模拟研究比较困难。本文针对渗透注浆的特点,通过合理的基本假定,首先推导了渗透注浆浆液渗流的基本偏微分方程,采用有限差分算法将其数值化离散;然后结合初始条件和边界条件,建立了隐式差分格式下浆液渗流的微分方程组,并采用“追赶法”求解方程组;最后结合工程实例,分析了注浆压力随浆液扩散半径、注浆时间变化的规律以及差分算法中计算参数的取值对注浆压力计算结果的影响,计算结果与实际工程吻合较好。本文算例得出以下结论：(1)渗透注浆压力随浆液扩散半径的增大而减小。浆液扩散半径数值较小时,其变化对注浆压力影响较大、浆液扩散半径数值较大时,其变化对注浆压力影响趋于减小,这说明浆液扩散半径较小时灌注浆液比较容易,随着浆液扩散半径的增大灌注难度越来越大;(2)在同一浆液扩散半径处,注浆压力随注浆时间的延长而增大,注浆时间超过1500s后逐渐趋于稳定。注浆压力随注浆时间的变化在注浆内部区域变化较明显,在注浆端部区域变化不明显;(3)有限差分算法中由于网格划分形式不同而引起计算参数λ和η取值不同,但本文理论分析和工程实例计算结果均表明λ和η取值对注浆压力的影响很小,这说明本文采用的隐式差分格式是无条件收敛和无条件稳定的。

关键词：注浆材料抗水溶蚀性渗透注浆扩散规律数值模拟

考虑水泥浆液析水效应的富水砂层渗透注浆加固效果研究

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考虑水泥浆液析水效应的富水砂层渗透注浆加固效果研究

作者：杨旆山东大学

学位级别：硕士

地铁在修建设过程中常需穿越的第四系富水砂层,是产生不良地质灾害的主要来源之一。渗透注浆加固方法是控制富水砂层地质灾害的最常用方法,本文针对水泥浆液的析水效应对砂层渗透注浆加固效果的影响评估,运用试验及数值模拟分析,深入研... 详细信息

地铁在修建设过程中常需穿越的第四系富水砂层,是产生不良地质灾害的主要来源之一。渗透注浆加固方法是控制富水砂层地质灾害的最常用方法,本文针对水泥浆液的析水效应对砂层渗透注浆加固效果的影响评估,运用试验及数值模拟分析,深入研究了水泥浆液析水效应所造成的砂层注浆加固体性能的空间分布非均匀性,并形成了与富水砂层相匹配的注浆参数控制标准。本文主要工作及创新成果如下:(1)设计了一套考虑析水效应的渗透注浆加固效果试验装置,实现了水泥浆液析水结束后不同空间位置的注浆加固体性能测试,同时该装置可同时开展多组试验。(2)以单轴抗压强度与变形模量作为评价注浆加固效果的性能指标,选取水泥浆液水灰比、养护时间、砂层粒径作为渗透注浆加固体性能的影响因素,开展水泥浆液析水效应对砂层渗透注浆加固效果的影响试验。(3)基于流固耦合计算原理,建立了可实现隧道穿越富水砂层区段注浆加固后隧道开挖稳定性分析的有限元计算模型,从隧道周围塑性区分布、应力场分布、位移场分布、渗流场分布等方面揭示了注浆加固后隧道稳定性及围岩渗流状态演化规律。(4)以隧道拱顶沉降与隧道涌水量作为评价隧道稳定性的指标,验证了考虑砂层注浆加固体性能空间非均匀性的必要性,研究了水泥浆液不同水灰比、注浆加固圈厚度对隧道稳定性的影响,提出了适用于砂层渗透注浆的浆液水灰比及加固圈厚度确定原则。(5)选取某市地铁暗挖隧道注浆加固工程作为依托工程。通过实际应用,研究了与富水砂层注浆相匹配的注浆材料、注浆工艺、注浆加固圈厚度、注浆量及注浆结束标准,形成了与富水砂层注浆加固堵水相配套的最优控制标准。

关键词：富水砂层渗透注浆水泥浆液析水效应现场试验

粘土固化浆液渗透注浆理论与数值模拟在砾砂、卵石土层中的应用研究

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粘土固化浆液渗透注浆理论与数值模拟在砾砂、卵石土层中的应用研...

作者：张金娟大连海事大学

学位级别：硕士

随着注浆技术在实际工程中的日趋成熟,用注浆的方式处理地基基础,越来越被广泛采用。与此同时,各种注浆新材料、新工艺和新设备层出不穷,极大地促进了注浆技术的发展;但由于注浆是隐蔽性工程,相对比较复杂,进而使得注浆理论进展缓慢,研... 详细信息

随着注浆技术在实际工程中的日趋成熟,用注浆的方式处理地基基础,越来越被广泛采用。与此同时,各种注浆新材料、新工艺和新设备层出不穷,极大地促进了注浆技术的发展;但由于注浆是隐蔽性工程,相对比较复杂,进而使得注浆理论进展缓慢,研究水平相对落后。近年来随着计算机技术的发展,使得采用数值模拟的方式研究土体中的注浆成为可能,本文应用FLAC3D软件对粘土固化浆液在砾砂、卵石土层中的渗透扩散进行了研究,主要工作如下:(1)在前人研究的基础,对粘土固化浆液的特性和砾砂、卵石土层的特征及浆液固结机理进行了一些探讨;(2)从浆液在土层中的渗透系数不断变化角度出发对现有渗透注浆理论进行了一些改进;(3)应用FLAC3D软件程序探索了土体注浆数值模拟的方法途径。一方面研究了浆液作为粘时变流体(渗透系数随着时间改变)时的渗透规律:浆液在土体中的渗透扩散范围与理论公式计算值比较;浆液在土体的渗流速度动态变化规律;浆液在土体中的应力变化。另一方面研究了浆液作为宾汉姆流体(渗透系数随着渗透路径变化)时的渗透规律:浆液在土体中的渗透扩散范围与理论公式计算值比较;浆液在土体的渗流速度动态变化规律;浆液在土体中的应力变化。(4)在(3)基础上以人工挖孔桩为例应用FLAC3D软件程序探索了浆液在砾砂、卵石土层中的注浆数值模拟,进一步对其研究结果进行印证。

关键词：粘土固化浆液砾砂卵石土渗透注浆 FLAC3D数值模拟

富水砂层水泥浆液渗透注浆扩散规律及影响因素研究

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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：谢鲍安徽理工大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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]

关键词：富水砂层水泥浆液渗透注浆扩散规律影响因素

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砂土体渗透注浆的有效性研究

砂土体渗透注浆的有效性研究

作者：冯啸山东大学

学位级别：硕士

随着我国国民经济和基础设施建设的快速发展,注浆技术在各类地下工程建设中获得了普遍的应用,发挥着日益重要的作用。渗透注浆是目前应用最广泛的注浆方法之一,相关领域涉及水利水电工程、公路铁路工程、跨海交通工程和矿山井下工程,具... 详细信息

随着我国国民经济和基础设施建设的快速发展,注浆技术在各类地下工程建设中获得了普遍的应用,发挥着日益重要的作用。渗透注浆是目前应用最广泛的注浆方法之一,相关领域涉及水利水电工程、公路铁路工程、跨海交通工程和矿山井下工程,具有操作便利、对围岩扰动小的显著优点,解决诸如砂土体加固、防渗堵漏等问题,取得了良好的效果。但由于砂土体内部结构复杂多变,注浆渗流影响因素众多,造成现有渗透注浆研究停留在经验公式阶段,以致渗透注浆理论的发展滞后于工程实践,难以准确指导注浆工程。针对渗透注浆理论研究和工程应用中存在的问题,通过理论分析研究了水泥浆液在滤过效应下的封堵机理,同时开展了不同级配砂土体可注性及渗透注浆扩散模型试验,并结合室内试验验证了渗透注浆在滤过效应下的封堵机理,在此基础上,探讨了各影响因素间的定性、定量关系。 (1)考虑多孔介质对颗粒型浆液的滤过作用,采用Kozeny-Carman模型,根据Ergun理论,研究了牛顿流体在非达西渗流和达西渗流条件下的扩散封堵机理,得到了浆液流速、扩散距离、渗流管道孔径及压力降的变化规律。 (2)砂土体的可注性是渗透注浆的控制性因素,基于现有可注性理论,通过正交试验,研究了砂土体孔隙直径、水泥颗粒质量分数及注浆压力对可注性的影响规律,对各项试验数据进行了回归分析,得到了浆液扩散距离与砂土体孔隙直径、水泥颗粒质量分数、注浆压力之间的定量关系,并提出了新的砂土体有效可注性评价标准。 (3)自主研发了渗透注浆试验装置,该装置具有注浆压力控制精确度高、受注介质模拟多样化、注浆效果反馈准确的优点。应用该试验装置,对各单粒径砂样和混合粒径砂样进行了正交试验,并结合回归分析,得到了固砂体加固强度与砂土体孔隙直径、水泥颗粒质量分数、注浆压力之间的定量关系,同时研究了固砂体加固率和渗透系数减小率沿扩散距离的变化规律。

关键词：砂土体渗透注浆滤过效应有效可注性有效渗透范围

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水泥浆液渗透注浆扩散机理试验研究

水泥浆液渗透注浆扩散机理试验研究

作者：吴星山东大学

学位级别：硕士

本文试验研究了水泥浆液渗透注浆的扩散机理,主要包括两个方面,一方面是在总结前人成果的基础上,自主研制开发了可重复利用的渗透注浆模拟系统,另一方面是利用研制的渗透注浆模拟系统,模拟了不同水灰比的水泥浆液在砂层中渗透扩散的过程... 详细信息

本文试验研究了水泥浆液渗透注浆的扩散机理,主要包括两个方面,一方面是在总结前人成果的基础上,自主研制开发了可重复利用的渗透注浆模拟系统,另一方面是利用研制的渗透注浆模拟系统,模拟了不同水灰比的水泥浆液在砂层中渗透扩散的过程,并整理了注浆扩散半径、沿程压力耗散与注浆参数(浆液水灰比、砂层渗透系数、注浆压力)之间的函数关系。自主开发研制的渗透注浆模拟系统包括了试验主体系统、注浆系统、传感器系统和测量系统四个部分,试验的方案选择了均匀试验设计,研制的主要思路是保证渗透注浆模拟试验能够准确、方便、经济的进行。利用研制的模拟系统做了多次渗透注浆试验,通过对试验数据进行回归分析得到了一系列的规律：(1)确定了渗透注浆扩散半径与注浆压力、砂层渗透系数、浆液水灰比之间的回归关系,在影响扩散半径的三种因素中,注浆压力对扩散半径的影响最大,渗透系数的影响其次,浆液水灰比的影响最小。(2)试验得到的渗透注浆扩散半径比理论推导的扩散半径要小,主要是因为浆液具有粘度时变性的特点,理论公式中没有考虑粘度的时变性。(3)在浆液扩散的范围逐渐增大的过程中,注浆沿程压力并不是随着注浆距离的增加而均匀耗散的,而是在注浆点附近衰减的快,此后随着距离注浆点位置增大,注浆压力的衰减逐渐减缓,直到注浆压力耗散为零;注浆沿程压力的耗散前后差异很大,即沿程压力的耗散曲线是呈现凹曲线型的。

关键词：渗透注浆水泥浆液扩散规律压力耗散扩散半径试验模型回归关系

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砂砾地层渗透注浆的可注性及应用研究

砂砾地层渗透注浆的可注性及应用研究

作者：张顺金中南大学

学位级别：硕士

就目前土木工程建设飞速发展的形势来看，砂砾地层需要加固或防渗处理的工程会越来越多，也会越来越复杂。虽然国内外采用注浆技术对砂砾地层进行加固或防渗处理有比较多的应用，并取得一定的成功，但在工程设计中还存在着很多问题，对... 详细信息

就目前土木工程建设飞速发展的形势来看，砂砾地层需要加固或防渗处理的工程会越来越多，也会越来越复杂。虽然国内外采用注浆技术对砂砾地层进行加固或防渗处理有比较多的应用，并取得一定的成功，但在工程设计中还存在着很多问题，对以往经验的依赖性很大。这主要是因为影响浆液在砂砾地层中运动的因素非常多，砂砾地层内部构造非常复杂和多变，给砂砾层渗透注浆的研究带来了很大的困难，至今还没有非常完善的设计理论及设计方法对其进行指导，许多问题还有待进一步研究和工程实践的证实。本文首先从浆液性能和砂砾层本身渗透结构特征两个主要方面分析研究了砂砾地层渗透注浆的可注性。从浆液的角度，着重分析研究了水泥类浆液的渗透性能，认为影响水泥浆液渗透性能的主要因素是水泥颗粒大小和浆液的流变性能，并提出一些提高水泥浆液渗透性能的有效方法;从砂砾层结构的角度，认为测试砂砾层的渗透系数对分析其可注性是必要的，而砂砾层的渗透系数与砂砾石的级配及其细粒(指粒径＜0.1mm的颗粒)含量密切相关，所以分析砂砾层的可注性，主要就是要测试分析其颗粒级配、细颗粒含量以及结构组成。在分析水泥浆液渗透性能的同时，针对人们以往研究水泥浆液流动性或进行注浆计算时都忽略了在注浆过程中浆液粘度随时间变化的事实，对水泥浆液在注浆时间段内粘度随时间变化的关系进行了实验分析，并借助计算机程序拟合出了其关系曲线和关系式。然后，对各种流型浆液在砂砾层中的扩散公式进行了分析研究，并且根据水泥浆液粘度随时间逐步变化的关系，对常用的水泥浆液在砂砾石地层中的扩散公式进行改进，使其更加符合实际。最后，结合工程应用分析验证了砂砾层注浆加固的可行性及其效果。

关键词：砂砾地层渗透注浆可注性工程应用

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考虑迂曲度的多孔介质渗透注浆机理研究

考虑迂曲度的多孔介质渗透注浆机理研究

作者：张焜昆明理工大学

学位级别：硕士

目前,我国的西部地区矿量蕴藏丰富,但在施工和开采的过程中,多伴随着由松散土层诱发的地质灾害,灌浆法技术是现在治理由松散土体诱发地质灾害的一种有效手段,并且能有效地提高松散土层的物理性质、稳定性和预防灾害突发。目前国内外对... 详细信息

目前,我国的西部地区矿量蕴藏丰富,但在施工和开采的过程中,多伴随着由松散土层诱发的地质灾害,灌浆法技术是现在治理由松散土体诱发地质灾害的一种有效手段,并且能有效地提高松散土层的物理性质、稳定性和预防灾害突发。目前国内外对多孔介质注浆技术地研究取得了较多成果,但是考虑迂曲度对浆液运移过程中的影响的研究较少,由此得到地注浆预测结果实际结果必然会存在一定的偏差,因此,考虑迂曲度对松散土层注浆的影响将更符合工程实际。本文在已有的注浆公式基础上,推导了考虑迂曲度的多孔介质球形渗透注浆机理;采用数值模拟将模拟结果和理论结果与实验注浆结果对比,进行考虑迂曲度对浆液的扩散机理地分析。本文的主要研究内容如下:(1)建立考虑迂曲度的球形渗透注浆牛顿流体及典型非牛顿流体的理论模型,推导出3种流体模型下的理论公式;(2)引用相关文献并结合已有的实验数据,代入理论公式进行实例分析,探究该机理的精确性和适用性;(3)根据即有实验数据建立渗透注浆数值模型,利用Comsol Multiphysics数值模拟软件的多物理场耦合功能对浆液的渗流运动效果进行模拟运算;(4)通过数值模拟计算得出注浆扩散效果,并将其与理论结果对比,分析数值模拟的精确性;作者通过分析数值模拟给出两种情况的扩散半径对比,进一步探究了考虑迂曲度的渗透注浆机理的适用性和精确性。本文研究是以多孔介质渗透注浆机理为基础,分析在考虑迂曲度的情况下浆液的扩散效果,并结合实验数据,进行实例分析和数值模拟,对比得到的扩散半径差异均在误差范围内,因此,该结果能为实际注浆工程提供理论指导。

关键词：渗透注浆迂曲度数值模拟