灵山卫车站砂层涌水通道判定综合分析方法

富水砂层粘结力低,负载能力差,极易造成涌水溃沙现象发生。以灵山卫车站为依托,运用水文地质资料分析、区域划分、现场抽水试验和连通试验、渗透系数分层测试法对灵山卫车站基坑导水通道、涌水来源及涌水地层进行综合研究。将基坑划分为九块区域,根据抽水试验及示踪试验测试基坑渗透性,明确基坑含导水通道;采用原位渗透系数测定方法,获得基坑不同地层渗透系数,准确定位基坑治理区域。采用注浆配套工艺,取得了良好的治理效果。实践表明,该方法能有效减少注浆治理的盲目性,有利于减少工期、降低治理成本,对类似工程具有一定的借鉴意义。     

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。     

基于PSO-LSSVM的砂层可注性预测模型及其敏感性分析

现有砂层可注性评价方法多为分类评价,且分类标准不一,不利于实际工程应用.为此,采用粒子群算法(PSO)对最小二乘支持向量机(LSSVM)进行优化,提出可注性量化预测模型.选取水泥浆液水灰比R_WC、相对密实度D_r、细颗粒（直径＜0.075 mm）含量θ、砂层特征粒径D₁₀和D₁₅为控制变量,开展129组可注性室内试验,以每组试验浆液扩散距离作为可注性量化评价指标.基于PSO-LSSVM方法建立砂层可注性与各控制变量间的关系模型,采用傅里叶幅度敏感性测试法（FAST）对可注性影响因素进行全局敏感性分析.结果表明:PSO-LSSVM模型具有较高的预测精度,砂层可注性模型预测值与试验值基本一致,拟合优度R²为0.982;各影响因素对可注性的敏感性排序为:D₁₀＞D₁₅＞D_r＞θ＞R_WC,其中D₁₀和D₁₅敏感性显著高于D_r、θ和R_WC.     

基于浆液–岩体耦合效应的微裂隙岩体注浆理论研究

在微裂隙岩体注浆工程中,浆液–岩体耦合效应对注浆扩散过程影响显著。基于宾汉流体浆液本构模型并引入两阶段裂隙变形控制方程,建立考虑浆–岩耦合效应的裂隙注浆扩散理论模型。利用质量守恒条件实现浆液扩散锋面追踪与注浆流量分配,通过试错法实现压力场与速度场的迭代求解,建立可完整描述注浆扩散过程的步进式算法。利用所创建的理论模型及步进式算法,分析浆液压力场及裂隙开度的分布规律,并从浆液扩散半径、裂隙变形所吸收的浆液量两个方面分析不同裂隙开度条件下浆–岩耦合效应对裂隙注浆扩散过程的影响程度。研究结果表明:在微裂隙岩体注浆工程中,裂隙宽度越小,浆–岩耦合效应对注浆扩散过程的影响越显著,注浆压力取代裂隙初始隙宽成为影响浆液扩散半径的主控因素。最后结合青岛地铁花岗岩微裂隙注浆工程实例验证了理论模型及步进式算法的正确性。     

矸石基含水层注浆改造新型材料实验与应用

高承压灰岩含水层上煤炭开采,经常需要对强含水层进行注浆改造,因含水层发育规模巨大,注浆材料用量动辄数万吨。在充分利用地下工程址区厂矿企业固体废弃物煤矸石基础上,研发了一种适用于含水层改造的新型无机注浆材料。通过组分筛选试验、力学性质测定试验、获取了材料的抗折强度、抗压强度、渗透系数等宏观力学性能;采用SEM微观分析手段,分析了注浆结石体的微观结构性能。综合力学性能、经济因素、环境效益,对比了新型材料与常规注浆材料的适用性。结合现场试验,验证了新型注浆材料的效果。研究结果表明:在水泥含量为35%时,新型注浆材料的早期强度与后期强度均高于水泥含量为40%时水泥-黏土浆液的同期强度。材料的最佳配合比为水泥30%,黏土10%,煤矸石60%。该材料体系结石体28 d抗压强度3.4 MPa,28 d抗折强度1.7 MPa,渗透系数1.794×10-7m/s,能够满足含水层改造需求,对类似工程具有借鉴作用。     

关键孔注浆方法在高压裂隙水封堵中的应用研究

 在地下工程建设中,首次提出裂隙岩体高压涌水的关键孔注浆治理方法,并结合层次分析理论,研究关键孔的多因素层次优选方法。在龙固煤矿的辅2巷道高压涌水注浆治理的现场试验中,以地质分析和物理探测为指导,优化钻孔设计,以层次优选法对钻孔进行质量评价,筛选关键孔,参考连通试验结论对关键孔进行注浆设计,取得理想的治理效果,在类似工程治理中具有一定的推广价值。     

矿山帷幕薄弱区综合分析方法研究

 在矿山水害防治工程中,帷幕注浆是一种应用广泛且阻水效果较好的方法,但随着矿山开采深度的增加以及帷幕服务年限的增长,多数帷幕出现漏水和阻水效果降低的现象。结合张马屯铁矿帷幕井下补幕堵漏工程,通过帷幕区水文地质分析、帷幕钻孔资料分析、放水试验、瞬变电磁探测和连通试验等方法,提出一种帷幕薄弱区综合分析方法,在此基础上确定补幕注浆治理的范围,提出合理的井下钻孔设计和注浆方案,并取得理想的治理效果。实践表明,这种方法能有效减少注浆治理的盲目性,降低治理成本,保证注浆治理效果,对类似工程具有一定的借鉴意义。     

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。     

水泥浆液裂隙注浆扩散规律模型试验与数值模拟

普通硅酸盐水泥浆液作为岩土工程注浆中最为常用的浆材,其静水与动水条件下的注浆扩散运移规律是目前研究的重点。通过模型试验和数值模拟系统研究水泥浆液在静水和动水条件下平面裂隙中的扩散规律;基于流体动力学理论,分析和验证水泥浆液在地下水影响下的扩散形态及压力场分布特征;通过对比模型试验和数值模拟数据,分析水泥浆液在静水和动水条件下的运移和扩散机制。研究结果表明：动水条件下浆液扩散开度和逆水扩散距离存在极限;浆液压力场分布为自注浆孔沿扩散方向迅速衰减,注浆孔附近压力衰减速率最快,逆水方向压力衰减速率明显大于顺水方向。并据此对传统注浆工艺提出改善建议。     

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。