基于流体时变性的隧道劈裂注浆机理研究

水泥复合浆液流变参数的时变性对注浆扩散范围计算值影响很大。基于宾汉体流变方程和平板裂缝理想平面流模型,推导了考虑流体时变性的土体劈裂注浆扩散半径计算公式。由公式可知,土体劈裂压力、裂隙宽度、浆液流速、流变参数的时变性是影响扩散半径的重要因素。计算分析了劈裂注浆过程中劈裂压力随缝隙宽度的变化以及流变参数对扩散半径的影响规律。结果表明,忽略流体时变性注浆扩散半径计算值明显偏大,会给注浆工程设计带来隐患。结合厦门机场路隧道全风化花岗岩地层注浆试验,发现水泥复合浆液劈裂注浆加固效果良好,扩散半径理论计算值基本符合工程实际;研究成果对风化花岗岩地层劈裂注浆的设计和施工具有一定的指导意义。     

桩底劈裂注浆扩散半径和注浆压力研究

在幂律型浆液平板窄缝流动模型的基础上,推导出了劈裂注浆时浆液流速、流量、注浆压力差、最大扩散半径的计算公式。计算分析了注浆压力差随稠度系数、流变参数、裂隙高度的变化情况以及裂隙高度对最大扩散半径的影响。注浆压力差随稠度系数的增大呈线性增大,随流变参数的增大呈非线性增大。裂隙高度的减小使所需注浆压力差迅速增大,并使扩散半径迅速减小,这种影响随着水灰比的增大而减小。通过建立能量平衡方程,详细讨论了不同注浆压力对整个注浆过程的影响。结合本文计算结果对工程实例进行分析,阐述了注浆压力与注浆量的变化规律。     

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。     

基于渗滤效应的宾汉流体渗透注浆扩散机理研究

研究考虑渗滤效应的宾汉流体浆液扩散机制为渗透注浆提供理论依据。基于渗滤效应中质量平衡方程及宾汉流体浆液扩散方程,推导出基于渗滤效应的宾汉流体浆液压力梯度的物理方程。结论表明影响浆液压力梯度分布的注浆参数有:屈服应力,注浆管半径,浆液初始速度,被注介质的孔隙率及渗透系数,浆液粘度和水的粘度等;通过对比分析只考虑渗滤效用或浆液流型及同时考虑两者的压力梯度计算结果可知,当浆液压力梯度分布具有时空效应时,压力梯度的正负值可作为浆液最大扩散半径的判据,而浆液压力梯度分布只具有空间分布特点是,其不可作为浆液最大扩散半径的判据;在注浆孔附近,浆液压力梯度受渗滤效应的影响较大,而在远端几乎不受其影响。     

考虑浆液扩散路径的多孔介质渗透注浆机理研究

多孔介质注浆的扩散方式以渗透注浆为主,传统的多孔介质渗透注浆往往忽略了浆液渗透过程中的扩散路径,导致理论结果与实际偏差较大。基于对多孔介质浆液渗透过程中扩散路径分析,根据浆液扩散运动方程,建立了考虑浆液扩散路径的多孔介质渗透注浆模型,设计了一套多孔介质渗透注浆扩散模拟实验装置,并采用常规注浆材料-水泥浆液,获得不同被注介质渗透率及不同注浆速率下的注浆压力的时空变化规律。研究结果表明:考虑浆液扩散路径的多孔介质浆液渗透注浆模型计算值为试验值的1.1~1.3倍,计算值与试验值误差在允许的范围之内,所建模型可较好的描述了浆液渗透扩散过程;不考虑浆液扩散路径的多孔介质渗透注浆模型计算值为试验值的1.8~3.2倍,显著高估了注浆扩散过程的浆液压力。研究成果成功用于青岛地铁砂层治理工程,因此,在多孔介质渗透注浆扩散设计中应充分考虑浆液扩散路径。     

盾构隧道管片注浆幂律流型浆液渗透扩散模型

为研究盾构隧道管片注浆的渗透扩散模型,以幂律流型浆液为研究对象,运用流体力学理论及毛细管组理论,推导了盾构隧道管片注浆渗透扩散模型的理论计算式,分析了其公式的适用范围及各参数的确定方法。结合具体计算案例,讨论了注浆压力、浆液性质(水灰比)、地层条件(地下水压力和地层渗透系数)等因素对浆液扩散半径的影响及浆液对管片总压力的影响。结果表明:注浆压力与浆液扩散半径成线性关系;注浆压力、水灰比及地层渗透系数增大,浆液扩散半径也增大;地下水压力增大,浆液扩散半径减小;注浆压力、水灰比、地层渗透系数增大,浆液对管片的总压力增加;地下水压力的变化不会影响管片所受的总压力。     

渗透注浆浆液扩散半径计算方法研究及应用

为了解决工程实践中渗透注浆浆液扩散半径计算公式相对缺乏及应用性差的问题,在相关假设的基础上,根据达西定律推导出新的渗透注浆浆液扩散半径的计算公式。推导分为注浆孔穿越及未穿越被注岩层两种情况,综合考虑了注浆孔与被注岩层层面夹角及浆液的黏度时变性因素。公式在宁夏某煤矿立井工作面预注化学浆工程中试用,通过在现场工程实践检验,公式具有较好的实用价值。研究对渗透注浆的设计及质量评价具有应用价值。     

Herschel–Bulkley浆液在裂隙中的扩散规律研究

基于柱坐标系下的流体连续性方程和动量方程,对Herschel–Bulkley浆液在光滑倾斜裂隙内做径向扩散流进行了理论推导,讨论了灌浆时间、灌浆压力、流变指数、裂隙开度及倾角对扩散规律的影响。研究结果表明：在注浆压力恒定的灌浆过程中,存在一极限扩散半径,且随着扩散范围的增大,进浆量逐渐降低,灌注难度逐渐增大;提高注浆压力以及降低浆液的流变指数有利于扩大浆液的扩散范围,且裂隙倾角越大,顺坡向与逆坡向的扩散半径差值也越大,特别是对于流变指数n小于1的剪切稀释浆液其差值尤为明显。该结果由于综合了牛顿、宾汉塑性和幂律型流变模式流体的扩散规律,从而为更好地认识各类非牛顿流体在岩体裂隙、界面、裂缝中的流动规律提供了理论参考。     

考虑浆液时空变化的幂律型流体劈裂注浆机理研究

注浆技术在各种工程建设中的应用广泛,但其理论研究远落后于工程实践。基于平板裂缝模型及幂律型流变方程,考虑浆液的时空变化,推导出幂律型流体劈裂注浆浆液质点锋面压力计算公式,并分析其适用范围及参数确定方法,为劈裂注浆提供理论依据。研究结论:劈裂注浆浆液锋面压力与起始注浆压力,劈裂裂缝宽度,粘度时空变化系数,流变指数,注浆速率等参数有关;分析浆液质点锋面压力的时空分布规律,得到浆液质点锋面压力随着注浆时间的增大、浆液质点扩散距离的增大而逐渐较小;结合劈裂注浆浆液锋面压力计算结果对工程实例讲行分析,阐述了注浆压力与时间的变化规律。     

考虑水泥浆液析水作用的水平裂隙注浆扩散机制研究

水泥浆液是一种悬浊液且具有明显析水特性,浆液发生析水后,其自身黏度、密度明显变化,由此导致浆液在扩散区内黏度、密度等参数时空分布不均。为准确描述浆液发生析水后的裂隙注浆过程。简化浆液发生析水后在裂隙内的扩散运移形态,建立恒定注浆速率条件下,考虑浆液析水作用的裂隙注浆扩散理论模型,推导浆液扩散半径表达式与浆液微元体压力梯度方程。提出考虑析水作用的裂隙注浆计算方法,基于Matlab编程实现了浆液析水率与浆液压力的时空分布计算。利用自主研发的裂隙注浆模拟试验平台,对理论模型的合理性进行验证。研究结果表明,浆液析水率随浆液扩散距离的增加呈非线性变化;随着水灰比的增加,浆液析水率在空间上的分布差距明显增大;考虑浆液析水作用计算得到的注浆压力明显大于不考虑时的计算结果,并且随着浆液水灰比的增加,考虑析水与不考虑析水作用相比,二者计算得到的注浆压力差距越大;通过对比试验测试结果与理论计算值,理论计算得到的注浆压力是试验测试值的1.2～1.5倍,所建立的理论模型能够描述考虑析水作用下水泥浆液在裂隙中的扩散过程。     

考虑多孔介质迂回曲折效应的幂律流体柱形渗透注浆机制

多孔介质的迂回曲折效应对浆液在其中的渗透扩散与注浆效果具有非常重要的影响.采用理论分析,研究考虑多孔介质迂回曲折效应的幂律流体渗流运动方程,推导考虑多孔介质迂回曲折效应的幂律流体柱形渗透注浆机制;基于计算机编程技术,依托COMSOL Multiphysics平台与达西定律,二次开发得到考虑多孔介质迂回曲折效应的幂律流体...     

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。     

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。     

新型水泥复合浆液的研制及其应用

从注浆材料方面解决注浆施工中出现的一些问题 ,通过大量试验 ,研制出了三种具有独特性能的新型水泥复合浆液 (CWP复合浆液 ) ,发现了一种新的高效缓凝剂---磷酸二氢铵 (NH4 H2 PO4 ) ,并对缓凝剂的作用机理进行了试验和分析 ,还介绍了早强型复合浆液在实际工程中的应用情况。     

考虑时间因素的岩体灌浆参数设计研究

水泥灌浆常被用来提高岩体的完整性和降低其渗透性,其工艺参数的设计目前主要依赖于灌浆工程师的经验和类似工程的类比,灌浆时间一般不包括在灌浆设计参数中。根据水泥浆液在光滑顺直裂隙中的扩散运动方程,考虑水泥浆液的宾汉体流变性质和其颗粒特性,并在给出灌浆特征时间概念的基础上推导出灌浆过程中浆液扩散比与灌浆时间比的关系,提出了基于灌浆时间的灌浆结束标准,并结合岩体裂隙开度分布规律对其在灌浆设计和施工中的运用进行了分析,可为灌浆工程的设计和施工提供有益的参考。     

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。     

Basic rheological and mechanical properties of high-volume fly ash grouts

Soil, rock and oil-well grouting require enormous amounts of cement and are therefore good examples of areas where high volumes of fly ash could replace cement partially to produce low-cost, environmentally friendly and durable grouts. This paper presents the results of the particle size distribution, three rheological properties (flow time, bleeding and setting time), and five mechanical and strain properties (compressive strength, shear bond strength, modulus of elasticity, Poisson's ratio and drying shrinkage) of high-volume fly-ash (HVFA) grouts (cement replacement by fly ash of over 55% by weight), with and without superplasticizer (SP) and/or anti-washout agent (AWA). Rheological properties are reported for eight water–cementitious materials (cement+fly ash) ratios (W/CM), ranging from 0.4 to 1.3, whereas mechanical and strain properties of hardened grouts are given at W/CM of 0.5, 0.55 and 0.65. The effects of SP and AWA on the flow time of low-W/CM grouts and the stability of high-W/CM grouts were investigated. The results indicate that the addition of fly ash in cement grouts reduces the flow time, improves stability, reduces drying shrinkage, and attains similar compressive and shear bond strengths as pure cement grouts at later ages. Moreover, when SP is used for low-W/CM grouts, the latter destabilizes, and in those cases AWA should be used.     

考虑浆液自重的盾构隧道管片注浆浆液渗透扩散模型

为研究盾构隧道管片注浆的渗透扩散模型,以宾汉姆浆液流体为研究对象,基于广义达西定律(毛管组理论),并运用相关流体力学理论,推导了考虑浆液自重的盾构隧道管片注浆渗透扩散模型的计算公式,并分析了其适用范围及各参数的确定方法。结合具体计算案例,讨论了注浆参数(注浆压力、注浆时间)、地层特性(地层渗透系数)等主要因素对浆液扩散半径的影响及浆液对管片总压力的影响。结果表明:考虑浆液自重后,浆液的扩散范围呈椭球形;相同的注浆压力下,顶部注浆孔的浆液扩散范围小于底部注浆孔浆液扩散范围(顶部注浆孔出现最小扩散半径,底部注浆孔出现最大扩散半径);注浆压力、注浆时间及地层渗透系数增大,浆液扩散半径也增大,但其增长速率均减小;注浆压力增大,管片所受的注浆压力增大,单位管片所受的浆液压力呈线性增长,考虑浆液自重后,上部单位管片所受的浆液压力大于下部单位管片所受的浆液压力;注浆压力越大,注浆时间越长,地层渗透系数越大,最大扩散半径与最小扩散半径的差值越大,即浆液自重对浆液扩散半径的影响越大。