黄土高速铁路路基注浆扩散范围模型试验研究

为研究黄土高速铁路路基注浆加固中浆液扩散规律,以大西高速铁路沿线典型湿陷性黄土路基为研究对象,开展注浆模型试验及Edem-Fluent耦合数值仿真,得到黄土注浆扩散范围及注浆盲区参数。试验结果表明：随着注浆压力的增大,浆液的扩散范围逐渐扩大,加固体长度与注浆压力近似幂指数关系。Edem-Fluent耦合仿真分析得到的注浆扩散范围与试验相符合。力链分析表明注浆压力越大,土体间的微观作用力作用越分散,在浆液劈裂方向上,注浆压力是呈消散分布。在此基础上推导了黄土注浆浆液扩散范围及注浆扩散盲区计算公式。     

海底隧道全断面注浆渗流场分析

围岩的注浆效果直接影响到海底隧道的施工安全。采用数值计算方法对固定水头的海底隧道在不同注浆圈厚度、注浆圈渗透系数以及排水方式下,隧道的涌水量和衬砌外水压力进行计算与分析。并将数值模拟的结果与轴对称解析解结果进行对比,结果表明:(1)不同的隧道防排水方式对衬砌外压有着明显的影响;(2)注浆圈的径向加固范围对隧道涌水量和衬砌外水压力产生一定的影响,但其效果并不明显;(3)注浆圈的渗透系数对隧道的涌水量和衬砌的外水压力有较大影响。     

考虑浆液稠度变化的盾构壁后注浆扩散模型

盾尾脱离管片后,在土体与盾构隧道管片间形成一个环形柱状空隙,对盾尾空隙进行壁后注浆是控制地层应力释放和地层变形的重要手段。以幂律型浆液为研究对象,建立恒定注浆速率条件下盾构隧道壁后注浆渗透扩散模型,分别推导浆液渗透扩散区内稠度时空变化与空间稠度不变时的压力时空分布方程及因注浆造成的管片压力计算公式;结合具体工程算例,分析浆液压力与注浆时间、浆液扩散半径之间的关系,讨论注浆压力、幂律型浆液水灰比和注浆时间等因素对管片所受压力的影响。并对浆液扩散区内稠度时空变化与空间稠度不变的计算结果进行相应的比较,说明盾构壁后注浆考虑稠度时空变化的必要性。研究成果为盾构隧道壁后注浆参数的选择提供一定的计算依据。     

粉细砂地层水玻璃渗透注浆研究

石家庄地铁矿山法施工地段需要穿越大范围无水粉细砂地层,这类地层的土体强度低,自稳能力差,隧道开挖前需进行水玻璃超前注浆加固。为研究水玻璃混合液的性能以及在粉细砂介质中的渗透规律,优化注浆设计参数,保证注浆效果,以石家庄地区粉细砂地层作为研究对象,通过室内试验配置了以乙酸乙酯和吐温20为乳液的水玻璃,研究了不同配比下的混合液的胶凝时间以及粘度时变性,并将粘度时变规律引入到有限元软件COMSOL Multiphysics中,研究不同注浆压力对水玻璃扩散半径的影响,并进行了现场试验,结果表明,乙酸乙酯和吐温20的质量比为1∶0.5时,可较好地满足工程要求,且注浆压力对水玻璃的扩散范围有明显影响,施工中应根据工程环境、导管间距等合理选择注浆压力和浆液水灰比,以达到预期的注浆加固效果。     

盾构隧道壁后注浆球孔压滤扩散模型

假设饱和软土地层中从管片注浆孔进行壁后即时注浆时,浆液直接接触周围土体,形成以注浆孔为中心的半球形浆体,与周围土体发生压滤效应,应用达西定律和弹性理论对球形浆体扩散过程进行理论推导,建立盾构隧道壁后注浆球孔压滤扩散模型。计算分析壁后注浆时隧道周围土体孔隙水压力、有效应力及注浆对管片产生的附加压力。分析结果表明:孔隙水压力随着远离注浆孔而逐渐消散;土体径向有效应力随着远离注浆孔逐渐减小,土体切向有效应力随着远离注浆孔先增大、后逐渐减小;注浆对管片产生的附加压力随着注浆压力的增大而增大。     

基于流固耦合的海底隧道注浆圈渗流场影响分析

将存在裂隙的岩体视为等效连续介质,建立海底隧道稳定渗流分析计算模型,并对渗流场相关特性进行探讨;结合青岛胶州湾海底隧道工程计算注浆圈对渗流场影响.结果表明:海底隧道防排水应采取“以堵为主,限量排放”的原则;注浆圈堵水效果与其厚度相关,且注浆圈厚度与其渗透系数成正比.但当围岩渗透系数与注浆加固圈渗透系数之比大于100,且注浆圈厚度不小于10 m时,注浆圈渗透系数、注浆圈厚度对隧道涌水量均影响不大;隧道涌水量和控制排水量之差越大,衬砌外水压力越大;为减少涌水量,可以采用注浆圈封堵地下水渗流通道,衬砌外水压力将显著降低.当处于自由排水阶段时,衬砌不承担水压力,隧道涌水量与控制排水量相等.     

高水压隧道修建过程中渗流场变化规律试验研究

以圆梁山隧道毛坝向斜高水压地段为工程背景,自行研制高水压隧道渗流场试验装置系统,通过室内模型试验,分析隧道修建过程中渗流场的变化规律及作用在二衬背后的水压力作用系数。结果表明:围岩边界不透水时,初始渗流场为静水场,围岩边界透水时,初始渗流场为非静水场;隧道开挖后,水压力等值线是以隧道为中心的圆环形状,无注浆圈时在围岩内的分布较均匀,有5m注浆圈时,等值线在注浆圈内密度较大,在注浆圈外较稀疏;注浆的施作,明显减小了隧道内的排水量,增加了注浆圈外表面的水压力作用系数,注浆圈承担了较大的地下水压力;衬砌施作后,有注浆圈时,衬砌背后的水压力有明显的折减现象,在排水孔断面上的分布呈"葫芦"状,衬砌背后水压力作用系数最小,围岩内和注浆圈外表面的水压力作用系数几乎相同,衬砌背后的水压力在排水系统与水沟连通的位置处最小,在仰拱处较大,在其他位置分布较均匀;隧道排水比越大,衬砌背后的水压力作用系数越小。     

基于颗粒流的围岩注浆动态过程模拟研究

研究目的:富水地层隧道开挖易发生突水突泥,注浆为一种有效防范措施。本文基于颗粒流离散元方法,研究围岩注浆对富水地层隧道开挖的影响,通过对岩体注浆过程进行细观动态模拟,研究不同注浆压力和注浆孔布设方式下的注浆效果,从而为优化注浆方案提供参考。研究结论:(1)注浆压力的大小决定了最终浆液扩散形式,即注浆压力增大,注浆形式由渗透注浆变成劈裂注浆;(2)通过颗粒流软件模拟出的动态效果及数据分析,验证了劈裂注浆是压密→劈裂→压密→劈裂的动态过程,直至浆液的扩散压力不足以再劈裂围岩颗粒时趋于稳定;(3)多孔同时注浆时浆体很难进入到中心位置;(4)基于本文的研究对象,劈裂注浆的效果优于渗透注浆,考虑过大注浆压力对岩土体的冲击作用,工程应用时可尽量采用起劈压力进行劈裂注浆,且注浆时并不是较多的注浆孔同时注浆就能得到更好的效果,要针对实际地质情况,合理安排注浆孔以及注浆顺序,避免地层薄弱点出现在多孔同时注浆的中心点处;(5)本研究成果可为软弱地层注浆孔的布置原则及注浆质量控制提供参考。     

基于浆液黏度时变性的盾构壁后注浆模型研究

研究目的:盾尾同步注浆是盾构施工过程中重要环节之一,其浆液包裹促使管片处于"悬浮漂移"状态,稍有不慎极易造成隧道结构上浮或错台,进而引起管片开裂破损。基于Magg柱面扩散理论,推导考虑浆液黏度时变性与否两种情况下盾构隧道壁后注浆浆液扩散半径和注浆压力公式,通过算例对比分析注浆过程中隧道管片压力随时间、同步注浆浆液初始压力、扩散半径变化规律,为盾构管片设计施工提供理论基础。研究结论:(1)无论考虑浆液黏度时变性与否,管片所受压力及浆液扩散半径均与时间呈正向增长关系;(2)浆液扩散半径与初始注浆压力呈正向增大关系,管片所受到的压力与初始注浆压力呈指数增长关系;(3)不考虑浆液时变性的计算结果均高于考虑浆液时变性的计算结果的5%～10%,最大可超过70%,实际盾构同步注浆应予以重视;(4)实际工程可以通过调节初始浆液黏度比来降低管片压力,其初始浆液黏度比有效调控范围在2～6之间;(5)本研究成果可为盾构隧道结构设计和施工提供参考。     

柔性管加筋注浆颗粒流数值模拟

随着计算技术的发展,采用数值模拟的方式研究均质土体中的注浆成为可能.利用离散元程序(PFC2D)对现场柔性管加筋注浆试验进行了数值模拟研究,获得了在不同围压条件下浆液扩散范围与注浆压力规律.