基于抗崩解特性的全风化花岗岩地层注浆参数设计方法

全风化花岗岩遇水极易崩解破坏,受工程扰动后常诱发突水突泥等地质灾害。为实现全风化花岗岩地层注浆加固参数的有效设计,基于响应面试验设计方法,通过注浆模拟试验获得注浆压力、全风化花岗岩初始含水率、黏土含量3因素对注浆后全风化花岗岩土体抗崩解特性及抗压强度的作用规律,并获得三者与抗崩解特性、抗压强度的拟合方程。结果表明:注浆压力、初始含水率、黏土含量对抗崩解特性及抗压强度影响程度大小顺序分别为注浆压力初始含水率黏土含量和注浆压力黏土含量初始含水率,其中注浆压力与注浆加固效果成正相关关系,但当注浆压力达到1.5 MPa时,抗崩解特性及抗压强度增幅减小;注浆加固效果随初始含水率和黏土含量的升高均呈先升高后降低的趋势,其中最佳含水率为16%,最佳黏土含量为24%。通过分析注浆压力、全风化花岗岩初始含水率及黏土含量三者之间的交互作用,提出全风化花岗岩地层注浆参数设计方法,根据初始含水率及黏土含量将全风化花岗岩分为低压注浆区(0.5～1.0 MPa)、中压注浆区(1.0～2.0 MPa)和高压注浆区(2.0～3.0 MPa)。通过现场工程验证,研究成果可用于指导该地层注浆加固参数设计,对全风化花岗岩及类似地层的注浆加固治理具有指导意义。     

超细水泥浆液最优配比及注浆效果研究

以九龙煤矿-850 m水平运输(胶带)大巷破碎围岩为研究对象,从注浆效果入手,基于超细水泥浆液水灰比、水泥细度的变化,制作了多批次的标准水泥试块,进行流动性、析水率、密度、单轴抗压强度及注浆等实验,研究了不同水灰比和不同细度下超细水泥浆液的各项力学特性和注浆性能。研究结果表明,在搅拌时间、养护时间和温度等其他因素都相同的条件下,超细水泥浆液的水灰比增大时,析水率随之增大,单轴抗压强度随之减小,流动度总体减小,密度变化很小。当水灰比为1.4∶1、细度为1 250目时,超细水泥浆液的各项力学性能最平衡,注浆效果最好。在进行劈裂注浆实验时,用该配比的超细水泥浆液注浆后的试样在破坏前能够吸收更多能量,表现出明显的塑性特征和抗变形能力。     

超细水泥注浆材料煤壁注浆加固试验研究

目前工作面煤壁注浆加固主要采用有机注浆材料,成本过高,普通水泥注浆材料在煤体中扩散性差,且与煤体黏接力小.将成本低廉的超细水泥注浆材料应用于煤壁注浆加固,研究了浆体黏度、凝结时间以及结石体强度等性能,并在山西晋煤集团赵庄煤业有限责任公司3305工作面撤架通道煤壁进行了注浆加固试验,结果发现,浆液凝结时间短,结石体强度达到9.6MPa,浆液扩散半径大于3 m,煤体黏接强度达到3.6MPa,证明超细水泥注浆材料可以在煤壁中良好渗透扩散,对控制煤壁片帮具有良好效果.     

砂砾石层渗透灌浆模拟试验

在砂砾石地层介质中进行灌浆时,地下水的渗流作用对浆液不同方向的扩散半径产生影响,对此进行室内渗透灌浆模拟试验.采用均匀设计的理念,构造了整体试验方案,通过分析各影响因素与浆液扩散半径和灌浆量的线性关系,得出灌浆压力、浆液水灰比、地层渗透系数、渗流流速等因素对浆液扩散半径、灌浆量的影响规律.试验结果表明:影响浆液扩散半径、灌浆量的显著因素是地下水渗流作用,其次是灌浆介质本身的渗透系数和浆液水灰比;渗流速度与浆液下侧扩散半径呈正相关关系,与浆液上侧扩散半径呈负相关关系,对浆液侧向扩散半径影响较小且呈正相关关系.     

赤泥–高炉矿渣–钢渣三元体系注浆材料试验研究

为解决地下工程灾害治理中大量消耗水泥造成的环境污染、造价高等问题,基于协同理论制备了赤泥–高炉矿渣–钢渣基三元体系全固废类注浆材料,系统研究了钢渣对赤泥–高炉矿渣二元体系工作性能、力学强度的作用规律,并结合X射线衍射、傅里叶变换红外光谱、扫描电镜、压汞仪等微观测试手段分析其作用机理。试验结果表明:钢渣对赤泥–高炉矿渣二元体系力学强度具有提升作用,当其掺量为10%时,28 d抗压强度可达12.78 MPa,增幅为59.84%。钢渣经机械粉磨和高温活化后,其协同作用可进一步提高,随着钢渣粒度的减小,浆液结石体力学强度逐渐增强;随着活化温度提升,结石体力学强度呈先增加后减小的趋势。钢渣在10%最优掺量下,活化温度为700℃,粒径为200目时,赤泥–高炉矿渣–钢渣基注浆材料结石体的力学强度最优,28 d强度达到15.1 MPa。此外,钢渣的掺入还可以促进赤泥–高炉矿渣基浆液的凝结,凝结时间缩短,浆液的流动性降低。微观分析表明:钢渣可参与赤泥–高炉矿渣体系的水化反应,而且钢渣微粒在浆液结石体中具有充填效应,使结石体更加密实,进而提高结石体力学强度;此外,在高温条件下,钢渣中生成钙芒硝、硅酸二钙、硅酸三钙、铝酸钙胶凝矿物,可促进钙矾石和水合铝酸钙的生成,对强度具有提升作用。     

赤泥-高炉矿渣-钢渣三元体系注浆材料试验研究

为解决地下工程灾害治理中大量消耗水泥造成的环境污染、造价高等问题,本文基于协同理论制备了赤泥-高炉矿渣-钢渣基三元体系全固废类注浆材料,系统研究了钢渣对赤泥-高炉矿渣二元体系工作性能、力学强度的作用规律,并结合X射线衍射、傅里叶变换红外光谱、扫描电镜、压汞仪等微观测试手段分析其作用机理。试验结果表明：钢渣对赤泥-高炉矿渣二元体系力学强度具有提升作用,当其掺量为10%时,28 d抗压强度可达12.78 MPa,增幅为59.84%。钢渣经机械粉磨和高温活化后,其协同作用可进一步提高,随着钢渣粒度的减小,浆液结石体力学强度逐渐增强;随着活化温度提升,结石体力学强度呈先增加后减小的趋势。钢渣在10%最优掺量下,活化温度为700 _^oC,粒径为200目时,赤泥-高炉矿渣-钢渣基注浆材料结石体的力学强度最优,28 d强度达到15.1MPa。此外,钢渣的掺入还可以促进赤泥-高炉矿渣基浆液的凝结,凝结时间缩短,浆液的流动性降低。微观分析表明：钢渣可参与赤泥-高炉矿渣体系的水化反应,而且钢渣微粒在浆液结石体中具有充填效应,使结石体更加密实,进而提高结石体力学强度;此外,在高温条件下,钢渣中生成钙芒硝,硅酸二钙,硅酸三钙,铝酸钙胶凝矿物,可促进钙矾石和水合铝酸钙的生成,对强度具有提升作用。     

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.     

青岛胶州湾海底隧道涌水断层全断面帷幕注浆技术研究

青岛胶州湾海底隧道F4-4断层破碎带,受构造影响严重,围岩破碎,岩体强度低,出水量大,拱顶自稳能力差,在极端地质条件下存在突水的高风险,施工风险极大.基于这种情况,通过现场试验确定了全断面帷幕注浆技术参数,主隧道注浆加固区范围为隧道开挖轮廓线外5?m;上断面周边注浆扩散半径为1.5m,下断面注浆扩散半径为2?m;注浆终孔间距为3.5m;水灰比为1∶1的超细水泥;注浆压力为3～4MPa;施工工艺选用前进式注浆.最后采用全断面帷幕注浆技术方案和措施在青岛胶州湾海底隧道右线主洞穿越F4-4断层的设计和施工中得到了成功的应用.通过检查孔检验,注浆效果良好,达到了开挖要求.全断面帷幕注浆技术对类似工程具有一定的借鉴与指导意义.     

HGM质量分数和环境温度对水泥基隔热注浆材料性能的影响

为了满足高地温隧道建设中隔热注浆材料需要,采用偏高岭土取代部分水泥配制浆液,并加入空心玻璃微珠（hollow glass microspheres,HGM）提高隔热性能。在模拟的地热环境中,探讨碱激发剂质量分数对水泥-偏高岭土注浆材料抗压强度的影响以及HGM质量分数和环境温度对注浆材料性能的影响。结果表明：激发剂在最佳质量分数1%时可提高抗压强度15.89%,随着HGM质量分数增加,凝结时间会延长,注浆材料抗压强度、抗渗性和导热系数降低;养护温度升高会缩短凝结时间、降低注浆材料导热系数,并使结石体28 d抗压强度和抗渗性先升高后降低;当养护温度超过50℃时,结石体后期抗压强度出现倒缩。SEM和孔隙率分析表明,40℃养护形成的结石体孔隙率最低,HGM被水化产物包裹较好,但界面结合力尚需增强。     

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。     

高压下水泥灌浆材料的性能研究

通过室内模拟灌浆试验研究了高压下(P=5．0MPa)水灰比、水泥品种等因素对浆液及其结石力学性能的影响。结果表明：高压下水泥浆材的凝结时间明显缩短，结石的力学性能显著增加；与常压下不同，当水灰比为1：1时，结石的抗压强度最高。在3种灌浆材料中，湿磨细水泥结石抗压强度最高。     

矽卡岩型矿床帷幕注浆浆液扩散半径的关键影响因素

以鲤泥湖铜铁矿床为研究对象,采用多物理场耦合两相流数值模型,模拟研究静水条件下浆液密度、注浆压力等关键因素对水泥尾砂浆浆液扩散半径的影响。研究结果表明：在静水条件下,浆液密度从1 270 kg/m³增大到1 680 kg/m³时,浆液扩散半径由6.775 m减小至6.168 m;注浆压力从4 MPa增加到10 MPa时,浆液扩散半径由6.674 m增大至6.988 m。最后,通过数值模拟研究分析得到影响浆液扩散半径关键因素的最优组合,提出了浆液密度1 560 kg/m³、注浆压力8 MPa、注浆孔间距8 m的帷幕注浆合理方案。     

土体劈裂注浆加固主控因素模拟试验

为了分析注浆挤密及浆脉骨架对注浆加固效果的影响,确定注浆加固主控因素,提出注浆挤密系数及浆脉骨架系数和其计算方法,设计土体劈裂注浆加固三维模拟试验系统,开展土体注浆加固模拟试验.采用凝固时间显著不同的水泥浆液及水泥-水玻璃浆液分别对土体进行注浆加固,形成不同空间分布状态的浆脉骨架;通过测定注浆压力、土压力、土体密度及浆脉空间分布特征确定注浆挤密系数及浆脉骨架系数;监测隧道收敛变形以评价注浆加固效果,定性分析注浆挤密及浆脉骨架作用对注浆加固效果的影响.研究结果表明,水泥-水玻璃浆液注浆挤密程度大于水泥浆液,水泥-水玻璃浆液骨架作用小于水泥浆液;注浆挤密作用对于注浆加固效果的影响程度大于浆脉骨架作用,注浆挤密作用是影响土体劈裂注浆加固效果的主控因素.     

盾构隧道壁后注浆浆液组分对其渗透性影响研究

在盾构施工中,选用浆液配比时往往根据经验,造成浆液性质和地层不匹配,得不到理想的注浆效果。从浆液配比方面入手,采用单因素分析法,做变水头试验测出浆液的渗透系数,得到不同浆液配比时,浆液自身渗透性的变化规律,并进一步分析浆液与地层的匹配关系。试验结果表明,当浆液其它成分不变时,浆液自身的渗透性随水泥、粉煤灰、膨润土用量的增多而减小,随砂、减水剂用量的增多而增大。     

砂层注浆模型试验水泥含量检测方法研究

地铁建设中预注浆加固是常用的加固方式,为研究预注浆工程中浆液扩散规律及分布情况,研制一套由加压稳定系统、模型箱系统和注浆系统组成的注浆模型试验装置.采用改进型EDTA二钠滴定检测水泥土中水泥含量的试验方法,在注浆影响范围内分块取样,与滴定检测结合形成分块滴定法并进行一次完整注浆试验验证.研究结果表明,注浆模型试验装置效果良好,改进型EDTA二钠滴定法能准确检测水泥土中水泥含量,分块滴定法能直观地显示浆液分布情况和扩散范围,为类似模型试验研究浆液分布提供一种合理可行的试验方法.     

江门隧道强风化花岗岩及旋喷桩桩体物理力学参数研究

江门隧道DK111+115~210段下穿玉龙湖泄洪道,所处为丘区沟谷地,山势陡峭,隧道洞身基岩为全-强风化花岗岩和微风化花岗岩,裂隙发育,地表水发育,同时存在富水、浅埋、偏压等不利于隧道围岩稳定的特征.隧道主要穿越强风化花岗岩地层.由于该类岩石强度低,压缩性高,自稳和自承能力差,在隧道衬砌结构的设计和施工工艺的选择方面会遇到一系列特殊的问题.主要通过对天然强风化花岗岩岩样和旋喷桩桩体进行一系列的室内试验,获得其基本物理力学参数.研究得出表面围岩的粘聚力相对较小,渗透系数较大,不利于隧道稳定.全风化花岗岩地层水平旋喷桩进行预加固效果较好,能很大程度提高地层的力学参数,研究成果对风化花岗岩类工程的力学参数取值有重要借鉴意义,对该类岩体中隧道的设计施工具有指导作用.     

应力预养护对硫铝酸盐注浆材料强度与微结构的影响

在煤矿千米深井巷道注浆加固示范工程中,注浆结石体抗压强度常高于常压下的抗压强度,针对此问题,采用自制加压装置模拟应力作用对注浆材料浆液进行加压预养护,通过测试试样强度、表观密度、孔隙率、水化产物种类和微观结构,分析应力对材料强度增强的作用机理.结果表明:10 MPa的应力可以显著提高注浆材料结石体的抗折、抗压强度,抗折...     

水泥浆液在黄土中注浆扩散的现场试验研究

针对原状和重塑黄土进行水泥注浆现场试验研究,得到了原状和重塑黄土在不同注浆压力下水泥浆液注浆量与时间的关系曲线.观察现场注浆结石体分布特征,分析了水泥浆液在原状黄土和重塑黄土的扩散规律,揭示出水泥浆液在黄土中以劈裂的形式进行扩散,注浆结石体自注浆孔向外延伸呈脉板状.基于现场试验数据分析,定义有效注浆时间概念,并得到注浆...     

土的粒度成分对土体可注性的影响分析

土体中粒度成分对土体的渗透性有着直接影响。在标准砂中加入不同比例的原状土来模拟不同黏粒含量的土体,通过变水头渗透实验测出了试验土样的渗透系数;利用SPSS软件回归出了土的黏粒含量与渗透系数的函数关系,进而简化了土体渗透注浆中浆液扩散半径的确定方法。对Maag公式进行了推演,为渗透注浆中选定注浆材料、确定浆液配比、注浆压力和注浆时间提供了理论依据。     

含泥质单裂隙注浆扩散能力的试验研究

针对隧道破碎带裂隙含大量泥质时,注浆扩散距离难以达到设计要求的问题,本文运用室内模拟试验和理论对比分析的方法,研究注浆过程中,水灰比、水泥颗粒粗细度、起始注浆压力三个因素分别对扩散能力的影响.通过分别分析三个单因素对扩散距离及注浆压力的影响.得出增大水灰比、采用超细水泥都能有效的提高扩散距离,起始注浆压力对扩散距离的影响存在上限.其中采用超细水泥改变扩散能力的效果更为明显.为实际隧道断层破碎带注浆过程中,提高扩散能力提供有效的措施.