基于速凝浆液流–固相变特性的裂隙岩体注浆扩散机制

速凝类浆液流–固相变特性对裂隙岩体注浆扩散过程具有显著影响。为揭示速凝浆液裂隙岩体注浆扩散机制,以水泥–水玻璃浆液(C-S浆液)作为典型速凝浆液,提出采用基于屈服应力、黏度均随时间变化的Bingham流变本构模型描述速凝浆液流–固相变特性,并通过室内试验获得C-S浆液的屈服应力、黏度时变方程,在此基础上建立速凝浆液裂隙注浆扩散过程理论模型。开展恒定注浆速率下的C-S浆液裂隙注浆模拟试验,获得注浆压力–时间关系与浆液压力空间分布情况,并对理论计算结果进行正确性验证,揭示速凝浆液屈服应力与黏度的时空分布特征,以及静水阻力、流体相阻力、固体相阻力三者在注浆扩散过程中的变化规律。研究结果表明：在C∶S体积比为1∶1,2∶1,3∶1三种工况下,C-S浆液的剪切应力–剪切速率关系均符合Bingham流变本构关系模型,随着C∶S体积比的增加,浆液流–固相变起始时间与结束时间均显著缩短,浆液屈服应力与黏度峰值均显著增加;相比试验结果,基于屈服应力与黏度均随时间变化的Bingham模型、屈服应力固定的Bingham模型、Newton模型的注浆压力计算结果最大误差分别为12.73%～19.62%,20.1...     

速凝浆液抗分散性质与凝胶性能试验研究

 为了科学评价注浆浆液的抗分散性质与凝胶性能,设计速凝浆液抗分散性质试验装置,能够模拟浆液在未凝胶之前即受到动水冲刷的关键过程。利用该装置开展水泥水玻璃浆液与改性聚氨酯浆液的抗分散性质试验,并定义浆液留存率指标,对速凝浆液在动水条件下的抗分散性质进行定量评价。试验表明：水泥水玻璃浆液在较小动水流速条件下抗分散性能较好,随着动水流速的增大,浆液留存率迅速减小,其抗分散性质还受到水灰比、水泥浆与水玻璃体积比等因素的影响;改性聚氨酯浆液在较大动水流速条件下仍具有较高的浆液留存率,较水泥水玻璃浆液具有更为优良的抗分散性质和凝胶性能。根据速凝浆液抗分散性质与凝胶性能的试验分析结果,提出突水灾害治理注浆浆液的选择原则与综合治理措施。     

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。     

估计普通水泥浆液粘度的经验公式

论述了研究浆液粘度时变特性的必要性,基于水泥基浆液的粘度存在时变性,其规律符合指数函数分布,对前人水泥浆液粘度的试验数据进行了拟合分析,得到了普通水泥浆液粘度与水灰比和时间之间的经验公式,对水泥浆液注浆理论计算、数值模拟、建立水泥基浆液注浆扩散模型具有一定的参考价值。     

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。     

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。     

基于浆液黏度时空变化的水平裂隙岩体注浆扩散机制

 速凝类浆液的双液混合注浆方式及其黏度时变特性导致浆液扩散区内黏度空间分布不均匀。基于此,认为速凝类浆液流型为具有黏度时变性的宾汉流体,研究其在静水条件下水平裂隙中的注浆扩散过程,建立了恒定注浆速率条件下考虑浆液黏度时空变化的水平裂隙注浆扩散理论模型,推导了浆液扩散区内的黏度及压力时空分布方程,进而得到注浆压力与注浆时间及浆液扩散半径的关系。通过与不考虑黏度空间不均匀性所得结果进行比较,说明考虑黏度空间不均匀的必要性。通过在数值计算模型中预定义黏度空间分布函数,实现了考虑黏度空间分布不均匀性的裂隙注浆数值模拟。通过理论分析、数值模拟与试验结果三者的对比,验证了理论分析及数值模拟的合理性,希望为实际注浆工程中注浆参数的确定提供一定借鉴。     

一种新型动水注浆材料的试验与应用研究

 通过室内试验,研究一种新型注浆材料(VCH)的主要性能参数及其在动水条件下的材料特性。通过试验测定不同水灰比、不同水泥浆与外加剂体积比、不同温度下材料的初终凝时间;通过试验测定浆液3 h的结石率;基于现场动水注浆治理的材料与工艺要求,测定材料在不同水流速中浆体留存率与可泵性;依据材料性能和现场工况确定VCH材料工程应用的最佳配合比,研究VCH注浆材料在动水注浆治理中的应用。     

盾构隧道同步注浆双浆液材料基本性能研究

为提高滨海地铁地质断裂处盾构同步注浆的安全性与隧道的稳定性,研究不同水胶比、粉灰比双浆液注浆材料基础性能,得到以下结论：水胶比的增大,导致泌水率降低,添加膨润土后,泌水率满足施工要求;化学胶凝时间、物理胶凝时间均随水灰比、体积比增大而增大;抗压强度随着水灰比、水玻璃的掺量的增大而减小,粉灰比为0.3时,抗压强度最大。     

速凝水泥基注浆材料及其耐腐蚀性

厦门本岛至翔安海底隧道采用普通水泥单液浆加固围岩。为提高围岩的抗渗性能,改善耐海水腐蚀性能,采用普通水泥浆液掺加无碱外加剂的形式制备耐腐蚀速凝注浆材料。试验结果表明,在水灰比0.65~1.0范围内,调整浆液配合比,浆液流动度可达到230~270 mm,初凝时间小于2 h,具有良好施工性能;注浆材料结石体早期强度发展快,后期强度高且无倒缩现象。注浆材料具有微膨胀特性,内部孔径细化,具有良好的抗渗性能,抗渗等级大于P8,满足工程抗渗需求,具有良好的耐海水腐蚀性能。     

注浆扩散与浆液若干基本性能研究

浆液流型、流变参数的时变性、可灌性、塑性强度和可重复注浆性是影响浆液扩散的基本性能。试验表明,各种浆液分别属于三种不同流型;水泥基浆液在注浆过程中流型不变;浆液粘度的时变性规律符合指数函数。研制了平板裂隙注浆装置进行试验,结果表明,普通水泥浆的最小可灌裂隙宽度并非 0.18 mm 或 0.2 mm。在重复注浆时,后注浆液克服先注浆液的粘聚力,在流道中间冲开新通道继续注入,而不是推动先注浆液向前整体移动。“塑性强度”概念可以推广到一般浆液,用这一指标可以预知浆液的可注期。基于以上试验研究成果,尤其是粘度时变性规律,建立了稳定性浆液注浆扩散模型。     

流变参数时变性幂律型水泥浆液的柱形渗透注浆机制研究

 幂律型水泥浆液的流变参数时变性特征对注浆效果具有非常重要的影响。采用理论分析与实验研究等方法,研究了时变性幂律型水泥浆液的流变方程与渗流运动方程,推导了流变参数时变性幂律型水泥浆液的柱形渗透注浆扩散机制,分析了其适用范围及参数的确定方法,探讨了注浆管侧面注浆孔的设计依据。通过设计注浆试验对其进行了验证,结果表明：实际测量计算的幂律型水泥浆液在被注砾(砂)石体中的等效横向扩散半径值与由流变参数时变性幂律型水泥浆液的柱形渗透注浆扩散机制公式计算出的扩散半径理论值间虽有20%-30%范围内的差异,然它们都处于可接受的范围内;因此,能较好地说明幂律型水泥浆液在被注材料中随时间变化的柱形渗透注浆特征与规律。由于目前国际国内对流变参数时变性幂律型流体的柱形渗透注浆机制的研究还鲜有相关的文献报道,因此,本文研究成果可为实际注浆施工提供理论支撑与指导作用。     

Taguchi approach for optimization of the bleeding on cement-based grouts

Investigations on the effect of the bentonite (B), fly ash (FA) and silica fume (SF) on the bleeding of cement-based grouts were reported here. Three additives (B, FA and SF) were used in the grout mixes to improve the bleeding of the grouts. Taguchi method was applied for the experiments and standard L₁₆ orthogonal array (OA) with three factors and four levels were chosen. In the preparation of the cement grouts, B, FA and SF were used at the ratios of 0–0.5–1–3%, 10–20–30–40% and 0–5–10–20%, respectively. The experiments were performed for three water/solid (W/S) ratios. Experimental results showed that the most effective material for the bleeding is SF. The bleeding decreased with the increase in SF and B ratio, while there was no noticeable difference with the increase of FA. Optimum conditions for minimum bleeding were obtained at 3% B, 10% FA and 20% SF for both grouts with W/S ratios of 0.75 and 1.0, while they were obtained 3% B, 20% FA and 20% SF for W/S ratio of 1.25. The Taguchi method was found to be promising tool to obtain the optimum conditions for such studies.     

Properties of cement grout modified with ultra-fine slag

The purpose of the study is to obtain a cement grout with improved performance. The grout mixes of the present study contain cement, ultra-fine slag (UFS), super plasticizer and water. Properties like flowability, bleeding, compressive strength and shrinkage of cement grouts have been studied. Rheological parameters were also studied in order to explain the grout workability. The results show that, cement replacement with slag in grouts could reduce bleeding substantially without affecting the workability of the mixes. Introduction of slag enhanced the compressive strength and reduced shrinkage reasonably. Ultra-fine slag can be used as a supplementary cementitious material in cementitious grouts in order to improve the grout behavior.     

后张预应力高性能灌浆料的研究

选取了能全面表征灌浆料质量的性能参数、有效的试验方法和合适的性能指标,选取了合适的灌浆料专用复合外加剂和水泥,经过试验对比,确定了搅拌方式、搅拌速度、搅拌时间等工艺参数,确定了水灰比。研制出了具有低水灰比、良好可泵性、高体积稳定性、零泌水、高抗氯离子渗透性等优良性能的灌浆料;分析了外加剂各组分改善灌浆料性能的作用机理及搅拌工艺、水灰比对灌浆料性能的影响。     

可用于水下混凝土结构裂缝修补的注浆材料

根据水下结构混凝土裂缝的饱水特征,设计一种高性能注浆修补材料。以流动性和水下抗分散性为首要设计指标,调整各组成材料之间的匹配关系,选择3组性能较好的注浆料进行对比试验,探讨其各方面的性能。各原材料之间的配合关系和水灰比的变化,都会对注浆料的流动性、凝结时间、黏度和强度等性能产生显著影响。所设计的注浆料性能良好,且对母体材料的裂缝基面有良好的粘结性能,可用于水下混凝土结构裂缝的修补。     

灌浆材料结冰压的影响因素

研究了养护温度、时间及泌水率对灌浆材料结冰压的影响。结果表明:养护温度和时间对结冰压有重要影响,灌浆材料在15℃下养护24h或5℃下养护40h,结冰压有较大幅度的降低。提高养护温度或掺加引气剂可降低灌浆材料的泌水率。在养护早期,灌浆材料的泌水率与结冰压有较好的相关性。     

空间岩体裂隙网络灌浆数值模拟研究

为提高和评估岩体灌浆效果,研究和预测浆液在空间岩体裂隙网络内的渗透规律,结合宾汉流体在单一光滑倾斜裂隙内的流动公式,建立了空间岩体裂隙网络的宾汉浆液渗流和裂隙变形耦合模型。在此模型上对灌浆进行实时模拟。另外还研究了灌浆过程中裂隙变形及对灌浆的影响。计算结果表明,通过该模型可预测浆液在岩体中渗透状态,改进灌浆参数。     

大体积混凝土温度实测与芯部的力学性能发展规律

通过对千岛湖一号特大桥拱座大体积混凝土的温度实测,得到混凝土温度场数据.根据实测的温度发展规律,在实验室内进行温度匹配养护,测试混凝土的力学性能.实验结果表明,匹配养护的混凝土的强度较标养下早期发展速度快很多,匹配养护的混凝土后期强度趋势发展平缓;弹性模量与强度的发展规律相似.