水泥基-玻璃纤维浆液在隧道注浆堵水工程中的应用

针对水泥基-玻璃纤维浆液注浆堵水可行性问题,借助理论分析、数值模拟、工程试验相结合的技术手段,对水泥基-玻璃纤维浆液治理突水灾害进行了全面、深入的研究。研究水泥基-玻璃纤维浆液对调节裂隙发展的机理,以及浆液的掺入对岩体弹性模量、黏聚力和内摩擦角的影响;通过数值模拟方法,分析注浆效果,结合实际工程的涌水量监测和围岩变形监测,验证模拟的准确性。主要结论为:①玻璃纤维的存在使裂缝产生的应力发展得到减缓,并使尖端应力强度因子减弱;②对比分析隧道注浆前后的数值模拟结果,得到不同工况下围岩衬砌的竖向、水平位移值;③通过对比工程试验数据与模拟结果,证明了水泥基-玻璃纤维浆液实际应用的可行性     

速凝浆液岩体倾斜裂隙注浆扩散模型研究

针对以往渗透注浆扩散模型常以水平平板裂隙面为前提,未考虑岩体裂隙面产状对注浆扩散机制的影响问题,选取工程地质灾害处理中常用的水泥-水玻璃双浆液(C-S浆液)为速凝类注浆材料,将C-S浆液流型看成是具有黏度时变性的宾汉流体进行分析。基于流体力学理论及粗糙裂隙等效水力开度的确定方法,同时考虑了浆液自重作用的影响,建立了恒速率注浆条件下反映浆液黏度时空变化的倾斜裂隙注浆扩散模型。在此基础上,推导了浆液扩散区内的黏度及压力时空分布方程,定量确定了注浆压力与注浆时间及浆液扩散距离的关系。最后,借助于室内试验和有限元分析程序,研究了恒速率注浆时不同裂隙面产状下的浆液扩散规律,并将数值模拟结果与理论计算值进行对比,进一步验证了所建立的注浆扩散模型的有效性和合理性。研究成果可为注浆工程速凝类浆液注浆参数的确定提供借鉴。     

采空区超细粉煤灰注浆充填材料正交试验及回归分析

注浆法处理煤矿采空区,浆材的选择至关重要。通过正交试验的方法,测试大掺量超细粉煤灰条件下水泥粉煤灰注浆材料的各项物理力学性能,讨论了不同水固比、固相比、水玻璃掺量对浆液凝结时间、析水率、结石率以及不同龄期无侧限抗压强度的影响。结果表明:水固比对浆材各项性能的影响最为显著,固相比其次,水玻璃掺量最小;各配比浆液结石体28 d的抗压强度一般＞1 MPa,且后期强度仍持续增长,90 d强度较28 d强度提高了60%以上。通过曲线拟合的方法,得出抗压强度随配比的回归公式和随龄期的预测公式,为工程注浆施工提供参考依据。     

水泥及水泥粘土浆体中掺加逆化剂的试验研究

本文阐述了浆材塑化剂的种类有亚硫酸盐酒精废液、膨润土-苇浆废液联合试剂、磷酸钠、焦磷酸钠等；各种塑化剂材料试验研究，以及塑化剂在浆液中所起的作用和机理分析；在水泥粘土浆中加塑化剂的试验与作用，及水泥粘土浆影响强度的试验，通过青铜峡工程应用塑化剂的试验，以及岳城水库工程应用塑化剂的试验，可以看出，在纯水泥浆、水泥粘土浆中加塑化剂对浆体结石强度有明显影响，随着粘土含量的增加，浆体结石强度呈下降趋势，而塑化剂能提高浆体结石强度，因此，塑化剂。粘土在水泥浆听 作用是相反相成的，通过大量的试验证明，在水泥粘土浆中掺入一定量的塑化剂，不仅可以改善浆液的流动性，而且还可以增加浆体结石的密实性，降低结石的渗透性。     

复合浆材堆石体技术与现场探索性试验研究

为验证复合浆材堆石体技术思路的可行性,开展了现场试验研究。通过现场浆液制备、分层堆石、注浆及机械碾压,形成复合浆材堆石结构,并进行地质雷达、钻孔取芯检测以及汛后检查,直观评价注浆效果和整体性能。研究结果表明:堆石平均空隙率为26%~30%,注入的浆液流动度为200～240 mm;对于0.5 m和0.75 m层厚的堆石,分别振动碾压6遍和8遍基本满足压实度要求;各注浆碾压层的雷达反射波相对均匀,注净浆的测试结果优于注砂浆;芯样获得率不高,抗压强度8.5~15.1 MPa;实际过流与汛期后检查结果是试验区结构完整、稳定无破坏;为提高施工效率及注浆效果,建议石料去除5 mm以下颗粒并提前湿润,根据现场环境适时调整浆液配方,可采用串筒、溜槽等设备或喷洒方式多点均匀注浆。复合浆材堆石体的技术思路,有助于提高堆石基座的压缩变形模量、减少超高堆石坝的整体沉降,具有广阔的工程应用前景,以期为300 m级超高堆石坝的建设提供技术支撑。     

水泥水玻璃注浆加固黄土隧道富水软弱段试验研究

针对黄土隧道富水软弱段围岩强度低、自稳能力差,极易发生地质灾害的现状,在室内测定了水泥-水玻璃浆液不同配比下的凝结时间以及注浆加固时影响土体无侧限抗压强度因素的基础上,通过现场模拟试验,对水泥-水玻璃浆液配比、注浆压力、浆液扩散半径等技术参数和注浆加固后复合土体的强度进行了研究。结果表明:水灰比取1∶1、水玻璃浓度取30~35°Be'及水泥水玻璃体积比取1∶1制备的浆液凝胶时间较为合理;当土体含水率为20%、密度1. 8 g/cm3、水玻璃浓度35°Be'及浆液掺入比为15%时,其无侧限抗压强度最大;现场模拟试验表明:注浆压力在0. 4~1. 0 MPa时,浆液的扩散半径为0. 4~0. 9 m,加固后土体的力学性能有了较大的改善,其极限荷载为300 k Pa,变形模量为21. 48 MPa。     

膨胀复合浆液的物理力学性能试验研究

目前普通硅酸盐水泥浆液是水利工程中最常用的注浆加固材料,针对其存在流动性差、析水率高、结石率低、结石体强度低、抗渗性能差等问题,采用单因素控制变量法和正交试验法,对制备的不同配合比的水泥基膨胀复合浆液进行黏度、密度以及结石体力学性能试验。试验结果表明:掺加粉煤灰可以增加浆液的和易性和流动性;掺加膨润土可以提高浆液的结石率和稳定性,同时降低浆液的析水率;掺加粉煤灰和膨润土的浆液流动性和结石率性能都有所改善,但是前期结石体强度较低,而后期强度主要靠粉煤灰的水化作用进行补充;水泥浆液掺加适量的膨胀剂对结石体的膨胀影响较大,并且可以提高结石体的抗渗性能。合理选择和控制粉煤灰、膨润土和膨胀剂掺量,可以明显改善和提高注浆效果。     

低水灰比的普通水泥浆外加剂的研究

通过在低水灰比普通水泥浆中掺入外加剂的方法,减小浆体的流动阻抗,可获得一种稳定的、具有高流动度的浆体,并能提高其结石强度和抗渗性。这种浆液适用于大面积普通岩体裂隙固结和防渗帷幕灌浆,对提高灌浆质量和耐久性十分有利。本文里所试验的两种外加剂,用量仅为水泥重量的0．７％,即可使Ｗ／C＜1∶1的浆体粘度降低７0％以上,使水泥结石抗压强度提高２倍多,抗渗强度提高约３倍     

基于传递矩阵算法的裂隙注浆扩散机制研究

在裂隙岩体注浆工程中,由注浆压力引起的裂隙位移对注浆扩散过程影响显著.为研究浆体在裂隙岩体流动时浆液的扩散规律,克服以往假设裂隙无开度变化且仅在单一裂隙内考虑浆液扩散的情况,将传递矩阵算法引入宾汉流体本构方程,利用传递矩阵求解任意位置处的裂隙位移,同时建立考虑浆液在岩体间劈裂注浆的简化裂隙岩体模型通过加设阻力来模拟浆液...     

椭圆形裂隙渗透注浆模拟试验研究

通过椭圆形裂隙渗透注浆模拟试验装置进行渗透注浆模拟试验,研究了裂隙宽度、注浆压力、水灰比、注浆时间对浆液扩散距离和注浆量的影响。结果表明:水灰比对浆液扩散距离和注浆量影响最大,注浆时间对浆液扩散距离和注浆量的影响最小;浆液扩散距离和注浆量与裂隙宽度、注浆压力、水灰比、注浆时间成正比,浆液扩散距离和注浆量随水灰比的增长率逐渐提高,随裂隙宽度、注浆压力、注浆时间的增长率逐渐降低。     

（超）细水泥在压滤作用下的浆液性能研究

（超）细水泥浆液在高灌浆压力作用下的流动性能和强度指标是灌浆设计中水灰比、浆液级配、屏浆时间等施工参数选择的重要依据,也是评价灌后被灌体力学性能、耐久性等灌浆效果的重要因素。目前主要通过室内成模进行流动性能和抗压强度测试的方法进行相应研究,忽略了灌浆压力、排水条件、地质条件等因素的影响,不能真实反映灌浆过程中浆液在不同灌浆压力作用下流动性能和抗压强度。文章进行了室内压滤灌浆试验,得到了不同水灰比（超）细水泥浆液经过不同压力和时间压滤作用后的马氏漏斗粘度和结石体28ｄ抗压强度,并通过构建硬化浆体的结构模型,建立了（超）细水泥抗压强度的计算模型,计算了不同水灰比在不同压滤强度下的28ｄ抗压强度,可为灌浆工程（超）细水泥浆液配比优选、灌浆参数确定和灌浆效果评价提供依据。     

采空区充填新型浆液固化机理与影响因素研究

为了研究碱渣、粉煤灰和硅酸钠溶液制成的新型采空区充填注浆材料的固化机理,开展了扫描电镜和交互混合试验,并分析了原材料配比、碱渣过筛粒径和养护条件对抗压强度、凝结时间、结石率等工程指标的影响。结果表明:浆液体系早期固化是因碱渣中有效含钙成分与硅酸钠溶液反应生成水化硅酸钙凝胶(C-S-H),后期强度发展是因粉煤灰受碱激发形成了硅铝酸盐聚合物凝胶(N-A-S-H);原材料配比显著影响着浆液的各项工程性能指标;随着碱渣过筛粒径范围的减小,流动度、凝结时间和结石率都减小,而抗压强度增大,0.5 mm粒径是28 d强度增幅出现较大差异的临界点;高温高湿养护条件有利于浆液的固化进程。研究结果可供类似水泥注浆液材料制备参考。     

沿江复杂地层强触变水泥浆性能研究

为测定触变水泥膏浆性能,在固定纯碱∶水∶水泥∶膨润土质量配比条件下,将具有较优性能的植物胶引入水泥浆液作为触变剂,研制了不同配比的触变浆液,并对所有触变浆液样品进行了漏斗粘度、析水率、凝结时间、流动度、抗折与抗压强度试验,提出了水∶水泥∶膨润土∶纯碱∶植物胶为0. 8∶1∶0. 05∶0. 002∶0. 03有效配比,同时对各样品进行了扫描电镜分析,对植物胶在水泥浆中作用机理进行了探究,并将有效配比触变水泥浆应用于实际工程,效果良好。     

适于富水岩溶大孔隙地层防渗加固的水泥砂膏浆

富水岩溶大孔隙地层灌浆是基础处理的一个难题,地层的充填、防渗以及加固要求高,以往常采用砂浆或水泥膏浆进行处理,存在砂浆抗水冲释性能差及水泥膏浆可控性弱、浆液浪费严重等不足。基于膏浆良好的可控性、抗冲释性及砂浆的骨架和填充加固作用等优势,通过大样本长周期室内试验,研制了一种可用于富水岩溶大孔隙地层灌浆充填的新型可控水泥砂膏浆材料。研究表明:水泥砂膏浆与水泥膏浆及砂浆相比,浆液析水率降低至0%~3%;流动度最低可达到10~20 cm,凝结时间在2~30 min内可控可调,浆材具有较高的黏度和初始屈服应力;在流速为0.4~0.6 m/s时,浆材抗水流冲释后的留存率达到85%;浆材的结石率近100%,28 d的抗压强度达到10 MPa左右;浆材成本与普通水泥膏浆相当,且具有环保等方面的社会效益。通过实际工程应用,水泥砂膏浆是富水岩溶大孔隙地层防渗加固的优选材料,但在应用时注意可泵性。     

三峡工程基础帷幕灌浆试验

根据三峡工程坝基岩石地质特点,采用“孔口封闭、高压灌浆”法和ＧＩＮ法以及使用没灌浆材料,在现场进行灌浆试验,以便对三峡工程主体建筑物基础灌浆设计技术参数进行验证并寻求合适的交流 材料、施工方法与工艺措施。此次帷幕灌浆试验结果表明：“孔口封闭、高压灌浆”法灌浆效果明显,能达到设计源防渗标准;ＧＩＮ灌浆法,其抗生及耐久性达不到设计要求。湿磨普通水泥浆液和改性灌浆水泥,均能满足三峡帷幕灌浆对浆材的要求。     

地下水封洞库水泥-水玻璃防渗灌浆材料耐久性试验研究

针对地下水封洞库工程受灌体围岩条件特征,对拟采用的水泥-水玻璃防渗灌浆材料在不同材料配合比参数条件下,参照现行水泥砂浆相关试验标准开展抗硫酸盐侵蚀性能、抗冻融性能、干燥收缩性能试验。大量的样本试验结果表明:经过抗硫酸盐侵蚀后水泥-水玻璃灌浆材料抗折强度损失率均＞-50%;优选配合比冻融试件抗压强度损失率＜25%,质量损失率＜3.0%;优选配合比试件56 d干燥收缩率＜7.0%。通过研究在不同参数条件下水泥-水玻璃灌浆材料耐久性性能波动规律,探究差异性匹配地下水封洞库工程不同工况条件下防渗水泥-水玻璃灌浆材料品质控制要求,可为湛江国家石油储备地下水封洞库工程防渗灌浆材料工程运用提供技术支撑。     

一种适合松软地层高效控制灌浆的新工法 -自下而上,浆体封闭、高压脉动灌浆

全(强)风化岩体、松散土层、砂砾层、节理裂隙密集发育岩体等松软透水岩土体的防渗加固工程中存在钻孔易塌孔,灌浆难起压易导致垂向挤密抬动,灌浆易漏浆串浆导致耗浆量大,灌浆过程难控制等技术难题,研究提出“自下而上、浆体封闭、高压脉动灌浆”新工法,技术之一是基于以浆止浆的理念,钻孔后,在灌浆管与孔壁间注入封闭浆体材料,在注浆过程中达到消能阻浆的目的,技术之二是采用脉动高压实现对灌浆段的有效控制灌浆,使松软地层的土体强度与防渗性能得到较均匀有效提高,可实现自下而上,连续小间隔提管灌浆,极大地提高工效。在托口水电站河湾地块进行系列现场灌浆试验表明,该工法完全可行,且较大地节省成本,提高了工效,可在类似地层防渗加固工程中推广应用。