不良地质动水封堵加固材料试验及工艺研究

针对传统动水注浆材料受水含量影响大、后期体积倒缩、抗动水分散能力差、成本高等缺点,基于动水注浆治理工程需求,提出一种以粉煤灰为主的地聚合物和以水玻璃为主的添加剂双组份动水注浆材料(FS),并对浆液的性能进行了研究。通过试验测定不同水含量、添加剂掺量条件下材料的初终凝时间、1 h后结石率、抗压强度和可泵性等参数;获得新型动水注浆材料(FS)具有速凝、早强、微胀、结石率高、强度受水含量影响较小、抗动水冲刷能力强的特点;并配套地提出了利用该材料进行动水注浆治理的分层次系列式联合钻孔注浆封堵加固技术,阐述该技术的原理和方法。新型注浆材料(FS)和注浆技术在南京地铁五塘广场车站的成功应用,验证了该材料和技术的科学性,同时大大减少了治理成本,希望对动水注浆材料和技术革新有借鉴意义。     

基于裂隙动水注浆的水泥–水玻璃浆液相界面特征研究

 在地下工程注浆治理中,不同类型的浆液与水具有不同的相界面特征,浆–水相界面特征对揭示注浆堵水机制及建立浆–水混合区数值模型具有重要意义。通过分析不同浆液的浆–水相界面形态,得到注浆材料相界面表征方法和适用类型;通过注浆模拟试验,开展水泥水玻璃浆–水相界面测定试验,得到动水条件下水泥水玻璃浆–水相界面特征;对试验数据进行回归分析,将相函数拆分为高度函数和宽度函数对相界面几何特征进行描述,并分析浆–水相界面特征的影响因素。研究成果对注浆堵水机制的发展和浆–水界面数值模型的建立具有一定的参考价值。     

地下工程涌突水注浆止水浆液扩散机制和封堵方法研究

 涌突水是地下工程的主要地质灾害之一。实践表明,注浆是治理涌突水的有效技术手段,但相关的动水注浆理论发展尚不成熟,尤其是裂隙动水条件下的浆液扩散和封堵机制研究不足。针对上述问题,研发准三维裂隙动水注浆模型试验台,进行裂隙岩体涌突水的动水注浆模型试验研究,通过对200余组试验数据进行分析,提出浆液的U形扩散规律和水泥浆液的分层分区扩散机制,得到浆液的快速析水沉积原理和沉积留核扩散规律,实现浆液扩散和封堵效果的定量评价。在此基础上,形成以浆水流量比为核心控制因素的裂隙涌水注浆封堵方法。室内涌水注浆封堵试验和龙固煤矿高压涌水现场注浆封堵试验进一步验证研究成果的正确性,这对发展动水注浆理论和指导工程实践有一定作用。     

地下工程动水注浆速凝浆液黏度时变特性研究

 注浆法是地下水害治理的主要方法,而浆液的黏度时变特性是注浆治理的关键因素,因此浆液黏度时变特性研究十分必要。针对地下工程动水注浆中常用的2种速凝浆液,水泥–水玻璃浆液和高聚物改性水泥浆液,开展室内试验并对试验数据进行拟合分析。采用振动式黏度计测试其黏度时变性和反应温度变化,分析2种材料在不同水灰比和不同混合体积比下的黏度和温度时变特性,根据黏度时变特性将浆液反应过程划分为3个阶段,并分析不同阶段的黏度特性,对数据进行分析得到不同水泥浆水灰比和不同浆液混合体积比下的黏度时变方程,在此基础上得出速凝注浆材料的适用性。     

速凝浆液裂隙动水注浆扩散数值模拟与试验验证EI北大核心CSCD

针对动水注浆中常用的2种速凝浆液,水泥–水玻璃浆液与高聚物改性水泥浆液,考虑浆液黏度时变特性,应用有限元计算软件COMSOL Multiphysics建立动水条件下裂隙注浆扩散的数值模型,研究动水条件下裂隙注浆扩散规律并分析不同黏度时变特性、初始动水流速与注浆速率对注浆扩散过程的影响,并将数值模拟结果与模型试验进行对比,验证数值模拟方法的有效性。研究结果表明:浆液扩散形态在逆水方向和顺水方向表现出明显的差异性;进水边界处的压力逐渐趋近于远端的地下水压强,注浆初期在裂隙边界附近及绕流区内流速较高,注浆后期整个裂隙内的流速变化幅度不大;在试验条件下,初始动水流速与注浆速率的提高均会导致裂隙内压力及流速的增加,注浆速率对裂隙内压力分布的影响比初始动水流速显著;C-S浆液与GT–1浆液扩散规律类似,但由于两者黏度时变性的差异导致两者扩散规律稍有差别。     

速凝浆液裂隙动水注浆扩散数值模拟与试验验证

针对动水注浆中常用的2种速凝浆液,水泥–水玻璃浆液与高聚物改性水泥浆液,考虑浆液黏度时变特性,应用有限元计算软件COMSOL Multiphysics建立动水条件下裂隙注浆扩散的数值模型,研究动水条件下裂隙注浆扩散规律并分析不同黏度时变特性、初始动水流速与注浆速率对注浆扩散过程的影响,并将数值模拟结果与模型试验进行对比,验证数值模拟方法的有效性。研究结果表明:浆液扩散形态在逆水方向和顺水方向表现出明显的差异性;进水边界处的压力逐渐趋近于远端的地下水压强,注浆初期在裂隙边界附近及绕流区内流速较高,注浆后期整个裂隙内的流速变化幅度不大;在试验条件下,初始动水流速与注浆速率的提高均会导致裂隙内压力及流速的增加,注浆速率对裂隙内压力分布的影响比初始动水流速显著;C-S浆液与GT–1浆液扩散规律类似,但由于两者黏度时变性的差异导致两者扩散规律稍有差别。     

示踪试验分析方法在地下工程水害治理中的应用研究

 为查明地下水补给与运移规律,指导地下工程涌水注浆治理设计与施工,将用于大区域水文特征研究的水文示踪试验方法引入到地下工程涌水治理中。研究紫外光谱扫描精确测定超低浓度有色示踪剂的试验方法与数据分析技术,提出地下工程涌水区域的水力连通时间、补给相关系数、裂隙空间体积、地下水流速及压力等水文信息的获取方法;基于水文示踪试验数据分析结果,建立注浆治理中注浆材料选择依据与注浆参数确定方法。以某铁矿涌水工程治理为例,详细阐述水文示踪试验在涌水工程治理中的应用方法、数据处理过程及应用效果,希望对类似工程具有一定的借鉴意义。     

耐水型聚氨酯注浆材料性能研究及工程应用

对比了耐水型聚氨酯注浆材料与普通聚氨酯注浆材料在不同含水量下的发泡倍率、拉伸性能及压缩性能,分析了无水条件下2种注浆材料的粘结性能及耐久性。结果表明,当普通聚氨酯注浆材料含水量为1%时,其发泡倍率高达15倍,容易造成路面顶起;而耐水型聚氨酯注浆材料含水量达20%时,发泡倍率仅为2.8倍;在含水量为0时,耐水型聚氨酯注浆材料的粘结性能优于普通型聚氨酯注浆材料。实际工程应用表明,耐水型聚氨酯注浆材料能够适应不同含水量的路面基层注浆需求,经耐水型聚氨酯注浆材料注浆处治后,现场取芯完整率达到87.8%。     

黏土水泥膏浆在强岩溶地区帷幕注浆中的施工应用技术

黏土水泥膏浆材料可操作性好,抗冲蚀性强,浆液扩散半径可控,已逐步成为动水条件下帷幕注浆工程中最主要的灌浆材料之一。在强岩溶区动水条件下,采用黏土水泥膏浆进行帷幕注浆,国内研究尚很少,其工艺中帷幕注浆方式、注浆压力、结束标准、注浆材料流体性能等缺乏经验数据或参考依据。通过对大型石灰石矿岩溶区的涌水进行帷幕灌浆处理,开展了黏土水泥膏浆在强岩溶地区动水条件下的相关工艺、技术参数研究,取得了一定的经验,可供类似工程参考。     

不同注浆材料与煤水、煤岩泥浆液性能试验与分析

在矿区煤炭开采过程中,会出现围岩应力重分布及开采岩体不同程度破坏的现象,因此需要使用注浆材料对不稳定岩体产生的裂缝和孔隙等不良病害进行治理。为研究不同注浆材料与煤水、煤岩泥配置的浆液性能差异,采用2分钟与8分钟初凝的普通型固邦特、固瑞特,马丽散四种注浆材料进行对比试验、地面二次和三次验证实验。通过实验得出:4分钟初凝的普通型固邦特注浆材料与煤岩泥混合后初凝与终凝强度高,反应时间较短。为矿区巷道等岩体的裂隙、孔隙、孔洞选用何种注浆材料进行充填提供了科学的依据,具有较高的工程应用价值。     

砂性地层注浆浆液扩散特性

对南京地区河砂采用筛孔分别为5,2,0.5,0.2 mm 的筛网筛分后,分为不同粒径的砂土,以渗透系数为控制指标,根据试验需要对所用河砂进行配比,模拟出4种砂砾土层。通过对自行研制的一种渗透注浆装置进行室内模拟注浆试验,研究了4种不同颗粒级配的砂样在不同注浆量、水灰比、注浆压力等影响因素下浆液的扩散特性,并在此基础上进行多元线性回归分析。结果表明:浆液扩散半径主要影响因素的主次顺序为注浆压力、渗透系数、水灰比; 注浆量主要影响因素的顺序为注浆压力、渗透系数、水灰比; 结核体强度主要影响因素的顺序为水灰比、渗透系数、注浆压力; 结合试验结果拟合得到了浆液扩散半径、注浆量、结核体强度与渗透系数、浆液水灰比、注浆压力之间的定量关系式; 砂性地层中的浆液扩散半径存在有效半径,为初始半径的75%～80%; 对于在砂性地层中的浆液扩散行为,具有多种浆液扩散模式并存的可能; 所得结论可供类似工程借鉴与参考。     

速凝浆液裂隙动水注浆扩散规律模拟试验

针对地下工程动水注浆中常用的两种速凝浆液,水泥-水玻璃浆液（C-S浆液）与高聚物改性水泥浆液（GT-1浆液）,开展动水条件下的裂隙注浆模拟试验,研究速凝浆液的注浆扩散规律,包括浆液扩散形态、注浆压力场分布、浆液留存率及动水流量变化规律,对比分析了C-S浆液与GT-1浆液对动水注浆的适用性。研究结果表明:动水环境对速凝浆液裂隙注浆扩散过程影响显著,顺水扩散与逆水扩散存在明显差异,注浆扩散前期浆液扩散形态为“非对称椭圆”,逆水方向的半椭圆长轴长度小于顺水方向的半椭圆长轴长度,注浆扩散后期浆液从出流边界流出,浆液扩散形态为“U”形;动水流速较低时,C-S浆液与GT-1浆液均可以保持较高的浆液留存率,但是随着动水流速增加,浆液留存率显著降低;注浆压力由注浆孔向周围非线性衰减,且注浆影响压力场的范围有限;GT-1浆液相比C-S浆液具有明显的优越性,主要体现在浆液扩散范围、动水抗分散能力、堵水效率、可注性等方面。     

非水反应型材料灌浆堵漏模型研究

灌浆是解决工程渗漏问题的重要技术手段,堵漏材料是灌浆技术的核心。水泥浆液、水泥膏浆、速凝膏浆、改性沥青、低热沥青等非水反应型浆液是最常用的堵漏材料。根据浆液流变性质、在宽大孔(裂)隙中的扩散方式和封堵机理以及灌浆工艺参数建立了非水反应型灌浆材料的堵漏模型,对不同浆液在不同开度、不同流速地层的堵漏效率和堵漏效果进行了计算分析,可以为非水反应型浆液在堵漏工程中的选择使用提供依据。     

不同均质度的粘土劈裂注浆特性及效果分析

注浆工程属于隐蔽工程,劈裂注浆后土层的压密效果和浆液的扩散范围不能直观地进行评价。土体是一种非均质性材料,土体的均质度是影响劈裂注浆效果的重要因素。基于Weibull分布模型构建具有不同均质度的粘土层,考虑粘土层不同均质度变化的影响,通过RFPA软件进行劈裂注浆数值模拟,得到了不同均质度下的起始劈裂压力值、最小主应力图、最大主应力图、剪应力图、浆液压力图和劈裂效果图。利用图像分割技术,得到不同均质度条件下粘土注浆劈裂的裂隙率和扩散范围,从而评价土体劈裂注浆的加固效果。结果表明,劈裂注浆加固后的土体压密效果随着均质度的增大而增大,浆液的扩散效果随着均质度的增大先增大后减小。     

围岩性质对于注浆压力变化规律及浆液扩散模式的

采用注浆模拟试验及理论分析研究了围岩性质对于注浆压力变化规律及浆液扩散模式的影响。试验采用在注浆模型架内分区充填不同孔隙比土体的方法模拟被注围岩显著的向异性及非均质性;采用多个注浆管依次注浆的方法模拟实际注浆工程中的不同注浆施工阶段。通过开挖揭露浆脉(浆泡)特征研究围岩性质对于浆液扩散形式的影响;通过分析注浆过程中注浆压力数据研究围岩性质对于注浆压力的影响;通过对注浆前后围岩试样进行室内试验测试,获取注浆对于围岩孔隙比及压缩系数的影响规律。研究结果证实：注浆压力变化规律及浆液扩散模式与围岩性质密切相关,通过分析注浆压力变化规律与浆液扩散模式可判定围岩性质,从而为注浆施工过程中的注浆参数动态调整提供依据。相关研究结论在永莲隧道帷幕注浆工程中进行了现场试验,进一步验证了其正确性。     

泥水盾构同步注浆材料试验研究

论述了系统研制同步注浆浆液的方法,通过室内和现场注浆配比试验,得出一种充填性好、可注性好、保水性好、早期强度高的单液惰性浆,并给出了浆液的具体配比。该浆液在上海市西藏南路越江隧道工程中得到了使用和改进,监测资料证明该浆液在减少地面沉降等方面具有较好的工程特性。用数值模拟方法分析了注浆参数的调整对地表位移的影响,由数值计算的结果可知,盾构同步注浆浆液的弹性模量、注浆量和注浆压力增大都会使地层位移减小,对于控制地表沉降的效果而言,注浆量和注浆压力增大较浆液弹性模量的增大明显。     

公路下采空区注浆充填材料试验研究

对高速公路下采空区充填注浆材料的选取进行了阐述,并通过对注浆材料浆液进行配比试验和分析,得出注浆材料的特性,指出煤矿采空区注浆浆液配合比应按帷幕孔、注浆孔的性质和孔内空洞、裂隙发育情况来确定。     

广州新电视塔袖阀管双液注浆砂层地基加固技术

广州新电视塔地下室车道砂层透水性差,在土方开挖中遇到流砂、涌水等现象.经注浆技术比较,选用袖阀管双液化学注浆法对土体进行固化止水.分析了砂土中所注浆液的配合比和注浆压力,对注浆施工流程、机械选用、钻孔布置及钻孔、浆液配制、下管和注浆施工等问题进行详细介绍,对注浆过程注意事项进行探讨.经加固的土体能满足施工要求,坍塌、涌水现象得到控制,地基固化土抗压强度达到10～24MPa.     

动水环境下粗糙单裂隙注浆数值模拟

动水环境下水泥浆液在裂隙中的扩散规律是裂隙注浆研究的一个重点,用有限元模拟浆液在粗糙单裂隙中扩散过程,对浆液在动水环境下影响因素进行了分析,利用裂隙走向上的曲折表征裂隙的粗糙度,建立裂隙三维模型形成独立的流域,设定注浆压力、动水流速及初始边界条件进行计算。注浆时间、注浆压力及粗糙度系数3个因素各4个水平,保持其中两个因素取值不变,另一个因素分别取4个水平值时的浆液扩散情况,得到各因素对浆液扩散距离的影响。结果表明,浆液扩散距离与时间、注浆压力呈线性关系,时间越长,浆液扩散越远;注浆压力越大,扩散越远;浆液扩散距离与节理粗糙度系数关系呈负相关关系,节理粗糙度系数越大,浆液扩散距离越小。     

奥陶系灰岩顶部超前区域注浆浆液选配分析

煤矿底板注浆加固或改造广泛采用水泥基浆液,而由于注浆材料和浆液性能的差异,在注浆实践中缺少对注浆材料的合理选配及浆液类型和配比的有效调控,致使超前注浆效果难以达到预期目标。针对上述问题,以邯邢矿区奥灰顶部注浆改造为背景,通过分析奥灰顶部宏、细观发育特征,结合当地注浆所用水泥、黏土和粉煤灰等注浆材料的粒径分布特征,对注浆材料进行了合理选配;考虑水灰比、水玻璃掺量、奥灰水化学类型、固相比等因素,对水泥基浆液的物理力学性质进行了正交试验,得到了水泥基浆液物理力学性质及其主控因素。研究结果:奥陶系灰岩顶部峰峰组七段岩层富水性和渗透性大于其上部峰峰组八段,细观空隙中数量占比以闭合裂隙和微张裂隙为主,均值分别为120 μm和420 μm,宽张裂隙和中张裂隙在裂隙面积中占主要比例,具有较好延展性;奥灰顶部注浆改造过程中可采用水泥-粉煤灰或水泥黏土浆液进行“垫底式”充填注浆,而后采用水泥浆液对微小裂缝和闭合裂隙进行升压注浆或劈裂注浆;水泥浆液、水泥-粉煤灰浆液、水泥-黏土浆液的凝结时间主控因素均为水玻璃掺量,水泥浆液黏度的主控因素为水玻璃掺量,水泥-粉煤灰浆液和水泥-黏土浆液黏度主控因素均为水灰比,水泥浆液和水泥-粉煤灰浆液结石率主控因素均为水灰比,水泥-黏土浆液结实率主控因素为水玻璃掺量,三种浆液抗压强度和抗折强度主控因素均为水灰比;综合注浆工艺、承压含水层静水压力、受注地层特征等因素,得到了满足静水压力10 MPa的奥灰顶部适用性的配比浆液和调控工艺,可为奥灰顶部超前区域改造注浆材料选配和浆液调控提供借鉴和参考。