回采巷道锚注加固浆液渗流规律研究

为了获得回采巷道锚注加固工程中合理的注浆压力,首先将回采巷道围岩破碎区看作连续介质,并应用渗流理论得出了浆液在破碎围岩中扩散的基本方程,并建立了COMSOI数值计算模型,研究了不同注浆压力条件下的浆液流动扩散特征。结果表明：对于回采巷道锚注支护工程,浆液在垂直于钻孔方向的扩散深度明显大于浆液在垂直于钻孔方向的扩散半径,合理的注浆压力约为1．0—3．0MPa,并将研究成果用于桃园煤矿回采巷道锚注支护设计,取得了良好的效果。     

深部软岩巷道深-浅耦合全断面锚注支护研究

基于对深部软岩巷道变形和破裂特征的长期监测结果,提出了以"中空注浆锚索和高强注浆锚杆"为核心的新型深-浅耦合全断面锚注支护技术体系.借助渗流力学理论建立了深-浅耦合锚注浆液的渗流基本方程,并结合COMSOL软件模拟再现了浆液在围岩内的渗透扩散过程.结果表明:注浆锚索和注浆锚杆所注浆液使巷道浅部围岩形成完整的锚注加固圈,而注浆锚索同时使巷道深部围岩形成局部锚注加固体,两者协调耦合作用,形成互为支撑的承载体,完善了深-浅耦合全断面锚注支护的理论体系和加固作用机理.现场监测证明该支护体系有效地控制了巷道围岩的变形与破坏.     

软岩硐室围岩注浆加固作用与浆液扩散规律

基于柴里矿水泵房锚注试验结果,分析了软岩硐室围岩中浆液的扩散规律,并采用ＦＬＡＣ３．３深入分析了注浆加固的机理,获得了一些对锚注加固设计具有指导意义的结论．     

锚注支护巷道围岩变形的粘弹性分析

锚注支护是一项维护围岩稳定的新技术。根据锚注支护机理,将注浆锚杆简化为作用于围岩的一种体积力,并将注浆作用看作为对围岩力学性能的改善,从而建立了锚注支护计算的力学模型。依据围岩流变特性的试验结果,选择了一个合适的流变模型。最后应用粘弹性理论,分析了对具有流变特性围岩,锚注支护在维护其稳定性方面的作用。计算结果表明,锚注支护对维护流变性围岩稳定的效果显著。     

变态混凝土施工中浆液的渗透机理

首先分析了变态混凝土混合物(MC)的特性,认为碾压混凝土拌合物(RCC)可视作各向同性、孔隙分布均匀的多孔介质,MC浆液可视为幂律型流体.通过仿真发现在重力作用下,MC浆液在RCC中的渗透近似柱形扩散.因此基于柱形扩散理论,假设浆液渗透流动为层流,建立了变态混凝土施工中的注浆模型.运用渗流力学基本定律,推导出浆液扩散半径与注浆压力、渗透系数、稠度系数、流变指数、注浆管半径、注浆时间和孔隙率之间的关系.通过因子分析,研究了各参数对浆液扩散半径的影响,结果表明:注浆压力、流变指数对扩散半径的影响最大,渗透系数的影响次之,稠度系数和孔隙率的影响相对较小.本研究为多管插入式压力注浆施工方法提供了理论依据.     

浆液性质对注浆压力及扩散方式的影响规律

为研究浆液性质对于注浆压力及浆液扩散模式的影响规律,设计了注浆扩散模拟试验系统。该系统通过采用整体填土压实,相比常规人工分层填土压实,可有效避免土体内部层间界面的产生,从而避免层间界面对于浆液扩散的影响。通过上述注浆扩散模拟试验系统开展了羧甲基纤维素钠浆液(模拟渗透注浆)、水泥单液及水泥-水玻璃浆液的土体注浆试验,分析注浆压力及浆液扩散特征,并针对注浆压力进行理论分析验证。研究结果表明:浆液性质对于注浆压力增长及劈裂特征点具有显著影响,通过分析注浆压力增长趋势及劈裂特征点特征可判定浆液扩散模式。     

基于颗粒吸附概率模型的渗透注浆滤过机制研究

滤过效应对悬浊液渗透注浆扩散具有重要影响,滤过系数为渗透扩散关键影响参数,现有研究多将该系数假定为常数,具有较大局限性。考虑渗流域内各组分质量守恒,引入线性滤过定律,采用颗粒沉积概率模型描述水泥颗粒在多孔介质内沉积吸附行为,建立了考虑渗滤效应的水泥浆液渗透注浆柱形扩散理论模型。基于一维渗透注浆试验过程信息,提出了柱形扩散理论模型参数反演确定方法。开展了三维渗透注浆柱形扩散模型试验,结合理论模型计算结果,对比分析了孔隙率及浆液压力时空变化规律,探讨了注浆速率及浆液水灰比对滤过机制影响规律,并对理论计算模型准确性进行了验证。结果表明,注浆速率越小,注浆口处孔隙率衰减量越大,同时孔隙率沿浆液扩散方向衰减越剧烈;浆液水灰比越小,孔隙率衰减越快,滤过效应越显著。与试验值对比,所建立模型孔隙率最大计算误差小于12%,注浆压力最大计算误差小于14.2%,所建立模型可较好地描述水泥浆液多孔介质柱形扩散过程。     

盾构隧道同步注浆浆液压力时空分布规律

盾构隧道施工过程中同步注浆浆液压力变化对邻近管片结构内力分布有较大影响,为实现对注浆压力的精细化控制,保证盾构安全掘进,研究浆液压力的时空分布规律.在考虑浆液粘度和地层渗透系数时变性的基础上,统一了同步注浆过程中浆液填充、扩散与消散过程,得到了浆液压力沿管片环向与纵向分布的理论计算式.依托工程实例及浆液流变试验结果,建立数值模型,得到了浆液压力沿管片三维时空分布规律.研究表明:同步注浆过程中浆液固结及注浆压力的衰减对浆液压力分布影响较大.浆液粘度增大,浆液流动性与地层渗透系数逐渐减小,使浆液压力沿管片扩散及消散幅度减小,进而影响管片内力分布.考虑了浆液压力时空变化特性的计算模型使管片受力特征与现场实测结果更加接近.研究成果为精细化分析施工阶段管片受力提供了计算依据.     

土石分层介质注浆扩散的试验研究

为了探索土石分层介质中的注浆扩散规律,设计一套分层介质注浆试验装置,开展土石分层介质注浆试验研究.通过分析浆脉分布特征、注浆压力变化特征和界面加固体渗透特征,分析浆液在土石分层介质中的扩散模式及其加固效果.讨论现有注浆理论对求解分层介质注浆扩散问题的适用性,提出针对土石分层介质灾害治理工程的注浆控制方法.研究结果表明：分层界面两侧介质不同的被注时序响应浆液不同的穿层路径,分层介质的层间突变性导致浆液发生渗透-界面式、劈裂-渗透式和渗透-界面-劈裂式这3种不同的扩散模式,分别对应界面浆脉黏结、贯穿浆脉连接和并行浆脉架构3种加固特征;提出注浆材料动态调节、同孔多序梯度注浆和分层界面控域注浆3种土石分层介质注浆控制方法.     

软岩巷道锚注支护结构蠕变分析

对锚注前软岩巷道围岩应力状态进行弹塑性分析,计算出锚注前围岩残余强度区半径;在此残余强度区内进行注浆,并将注浆区再细化为弹性区和塑性区,引入岩石蠕变的鲍尔丁-汤姆逊模型,建立了软岩巷道锚注支护结构的蠕变分析模型,采用塑性区岩体体积不变的假设,对锚注支护结构进行了黏弹性分析和黏塑性分析,推导出软岩巷道锚注支护结构应力及位移的蠕变公式.理论分析与相似模拟结果表明:软岩巷道锚注支护结构弹性区应力与时间无关,塑性区应力随时间而变化;弹性区、塑性区位移随时间的推移而不断增大,最后趋于一定值,且塑性区位移与半径成反比关系.     

非均质断层破碎带注浆扩散机理

断层破碎带是诱发塌方、突泥等地质灾害的重要构造因素。但是,针对断层治理的注浆理论与技术研究进展缓慢。结合断层岩体特征分析与注浆试验,开展断层破碎带注浆扩散过程与规律研究。首先,依托永莲隧道F2断层突水突泥灾害注浆治理工程,提取并分析断层岩体性质,划分岩体类型,建立注浆概念模型,将岩体划分为松散型、软弱型及密实型等三种介质。基于牛顿流体及土体一维压缩理论,分别建立三种介质注浆控制方程,分析介质结构特征与孔隙度、压缩性等物理性质,对注浆扩散过程的影响规律。结合注浆试验,研究了不同介质条件下,注浆过程中注浆压力、介质应力变化规律,基于浆脉分布情况,分析浆液由注入点向介质的扩散过程。理论分析与试验结果表明：非均质断层破碎带注浆扩散过程,可分为优势充填与劈裂扩散两个阶段,注浆压力变化曲线由缓慢上升至陡降的突跳点即两阶段分隔点;优势充填阶段主要发生在松散型与软弱型介质中,注浆压力上升慢,浆液出现集中扩散;劈裂扩散阶段主要发生在密实型介质中,注浆压力上升快,扩散范围与介质结构面数量正相关,与压缩模量、注浆速率负相关。针对松散型与软弱型介质形成的不良地质区,为达到优势扩散与治理效果,提出了定域注浆控制技术,并在永莲隧道突水突泥灾害治理工程中应用,取得了良好的注浆治理效果。     

古汉山矿东翼通风疏水大巷锚注支护技术研究

古汉山矿东翼通风疏水大巷先后采用了多种支护方式均未取得成功．为了满足掘进巷道的技术要求，解决巷道的变形，通过对巷道支护与围岩相互作用及目前各类巷道支护形式及支护效果分析研究，决定采用锚注支护方案．其实质是采用注浆锚杆兼作注浆管使用，一方面通过注浆改变围岩的物理力学性能，另一方面又为锚杆提供了可靠的着力基础，提高了锚杆的支护效果．断面内注浆锚杆自下而上先注底脚，再注两帮，最后注拱顶锚杆、掘进巷道500m，通过现场施工及施工后的监测，巷道能满足设计要求，取得了较好的支护效果．     

古汉山矿东翼通风疏水大巷锚注支护技术研究

古汉山矿东翼通风疏水大巷先后采用了多种支护方式均未取得成功.为了满足掘进巷道的技术要求,解决巷道的变形,通过对巷道支护与围岩相互作用及目前各类巷道支护形式及支护效果分析研究,决定采用锚注支护方案.其实质是采用注浆锚杆兼作注浆管使用,一方面通过注浆改变围岩的物理力学性能,另一方面又为锚杆提供了可靠的着力基础,提高了锚杆的支护效果.断面内注浆锚杆自下而上先注底脚,再注两帮,最后注拱顶锚杆.掘进巷道500 m,通过现场施工及施工后的监测,巷道能满足设计要求,取得了较好的支护效果.     

隧道深部围岩薄弱区定域控制注浆技术及应用

为解决围岩深部注浆薄弱区加固效果差和存在较大注浆操作风险的难题,提出了定域控制注浆技术。通过对定域注浆器的安全性试验,取得了定域注浆器的抗破坏和止浆后的密闭抗压性可靠数据;通过对薄弱区的安全注浆终压选择试验,获得了满足薄弱区注浆加固质量要求的最大安全注浆终压参数;通过注浆材料及其混合浆液的初凝时间试验,获得了适合定域控制注浆要求的浆液配合比及其安全注浆初凝时间。试验结果表明:膨胀止浆塞的安全充填压力为1.5 MPa,止浆后能抵抗12 MPa的注浆压力;无压状态下溢流孔全部均匀出浆时其总过浆面积应为注浆管内径面积的1.0~1.2倍;薄弱区的安全注浆终压应选在其初期加固后的现实强度和再次劈裂压强之间,为2.5~3.0 MPa;基浆试验密度下配比范围为1∶1~2∶1,初凝时间为150~300 s是安全有效的。定域控制注浆技术在对深部围岩薄弱区的注浆加固中能达到安全隔压、控制浆液进行定域注浆的目的,能较好地解决相关技术难题。     

南京江底盾构施工废弃砂土在同步注浆中再利用的适用性

依托南京长江新济洲供水廊道项目泥水盾构工程，针对江底粉细砂地层和岩石地层中泥水盾构施工产生的废弃砂土，研究其在盾构同步注浆材料中再利用的适用性。通过改变砂土地层弃砂的粒径分布，研究其对砂浆性能的影响；针对岩石地层产生的废弃砂土，研究其颗粒形状对砂浆性能的影响，并对岩层弃砂制备同步砂浆进行配比优化。结果表明：该工程砂土层弃砂可直接代替原配比中的砂进行再利用，岩层弃砂通过调整配比亦能满足工程要求；增大砂层弃砂细度模数和砂粒含量可改善砂浆的流动性，但砂土黏粒含量过大会使砂浆流动性变差、凝结时间缩短、强度降低；岩层弃砂颗粒表面越粗糙，所制备砂浆流动性越差，凝结时间越短。合适配比下，盾构施工废弃砂土可应用于同步注浆，砂浆配比应随废弃砂土粒径分布和颗粒形状的变化做出适当调整。     

砂土介质中颗粒浆液扩散距离变化规律

基于质量守恒方程、线性滤过定律、Darcy定律及边界条件,建立层流条件下颗粒浆液扩散距离的理论模型。采用自主研发的单体组配式渗透注浆装置,研究不同水灰比、不同流速条件下浆液扩散距离的变化规律,并将忽略渗滤理论值、考虑渗滤理论值、模型试验值进行比对分析。结果表明,恒定流速v0条件下,忽略渗滤效应的浆液扩散距离与实际不相符;浆液水灰比、注浆流速均与扩散距离呈正相关。水灰质量比1∶1时,模型试验值与考虑渗滤理论值偏差18.4~20.8 cm,偏差率68.9%~71.9%;水灰质量比2〓∶1时,模型试验值与考虑渗滤理论值偏差20.7~23.4 cm,偏差率27.0%~28.2%。研究成果可指导注浆钻孔间距设计,具有一定的工程应用价值。     

砂土介质中颗粒浆液扩散距离变化规律

基于质量守恒方程、线性滤过定律、Darcy定律及边界条件,建立层流条件下颗粒浆液扩散距离的理论模型。采用自主研发的单体组配式渗透注浆装置,研究不同水灰比、不同流速条件下浆液扩散距离的变化规律,并将忽略渗滤理论值、考虑渗滤理论值、模型试验值进行比对分析。结果表明,恒定流速v0条件下,忽略渗滤效应的浆液扩散距离与实际不相符;浆液水灰比、注浆流速均与扩散距离呈正相关。水灰质量比1∶1时,模型试验值与考虑渗滤理论值偏差18.4~20.8 cm,偏差率68.9%~71.9%;水灰质量比2〓∶1时,模型试验值与考虑渗滤理论值偏差20.7~23.4 cm,偏差率27.0%~28.2%。研究成果可指导注浆钻孔间距设计,具有一定的工程应用价值。