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原状软土地层水泥基浆液劈裂注浆全过程机理及地层抬升效果研究

原状软土地层水泥基浆液劈裂注浆全过程机理及地层抬升效果研究

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作者：苗荣虎郑州大学

学位级别：硕士

随着我国基建数量和速度的不断攀升,工程建设和运营过程中遇到的灾病害日益凸显,在各类病害中不均匀沉降与渗漏造成的工程灾病害尤为突出。原状软土地层由于含水量大、土体强度低、流变显著等特征更易发生工程安全问题。众多工程实践表... 详细信息

随着我国基建数量和速度的不断攀升,工程建设和运营过程中遇到的灾病害日益凸显,在各类病害中不均匀沉降与渗漏造成的工程灾病害尤为突出。原状软土地层由于含水量大、土体强度低、流变显著等特征更易发生工程安全问题。众多工程实践表明:注浆能够有效地治理基建工程全生命周期中的灾病害问题,劈裂注浆具有加固地层和抬升的效果。本文针对原状软土地层中水泥基浆液劈裂注浆过程,考虑原状土体性质、多孔介质土体中孔隙迂曲效应和水泥基浆液性质等特点,分析了土体劈裂产生的启劈压力、浆脉路径扩展裂缝宽度的变化、注浆浆液对扩散的影响及注浆对地面位移抬升效果分析等问题,主要开展了以下研究工作:(1)考虑软土地层原状土体性质,采用变换应力法将Wheeler模型与SMP强度准则相结合,建立原状不排水土体扩孔问题弹塑性分析模型,分析原状软土地层中水泥基浆液劈裂注浆启劈机理。推导劈裂注浆发生启劈压力和土体变形的解析表达式。在此基础上,讨论内摩擦角、泊松比、弹性模量等参数对劈裂注浆启劈的影响,明确了启劈压力随着内摩擦角、弹性模量、土体初始应力的增加呈非线性增加的趋势。(2)采用双对数曲线考虑劈裂注浆过程中原状软土地层的压缩特性,将原状土体浆液扩散过程中土体压缩变形划分为:弹性-弹性压缩区域、弹性-塑性压缩区域、塑性-塑性压缩区域,建立三种压缩区域的浆脉宽度与浆液扩散半径的理论解析式。在此基础上,讨论注浆量、浆液流变系数、注浆梯度等因素对浆脉宽度和拓展半径的影响,明确了浆脉宽度随着注浆时间增加呈非线性增加,且浆脉宽度与单位注浆量呈正相关性,与浆液流变系数呈负相关性。(3)考虑原状多孔介质土体中孔隙迂曲效应和浆液黏度时变性,采用H-B流体描述水泥基浆液性质,基于分形理论剖析劈裂注浆浆液在地层中的扩散机理,推导水泥基浆液注浆量理论解析式。在此基础上,讨论浆液性质及土体孔隙迂曲效应等因素对劈裂注浆扩散的影响,明确了浆液性质与注浆扩散有着密切联系,且多形状单孔孔隙注浆量的平均流速符合:等边三角形>半圆形>正方形>圆形;确定了实际注浆量与孔隙最大孔隙面积和最小孔隙面积的差值有关。(4)采用随机介质理论与水平辐射圆注浆模型,分析单轴单孔、单轴多孔、多轴多孔等多种注浆工况,推导各类工况下劈裂注浆产生地面抬升量的理论计算模型。在此基础上,剖析注浆扩散半径、浆脉宽度、注浆孔半径、注浆深度、地层抬升影响角等参数对劈裂注浆地层抬升的影响。明确了注浆扩散半径、注浆脉宽度和地层抬升影响角与位移抬升呈正相关性;注浆孔半径和注浆深度与位移抬升呈负相关性。

关键词：原状软土地层劈裂注浆启劈压力双对数曲线 H-B流体地层抬升

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