岩溶充填黏土注浆加固试验研究

岩溶充填黏土失稳是岩溶隧道突水突泥灾害主要类型之一,为研究注浆对岩溶充填黏土的加固机制与效果,自行研制一套室内注浆试验系统。该试验系统主要由围压加载系统、数据采集系统、注浆模块以及压力室模块构成,具备模拟真实地层应力状态、渗流环境的功能。利用此试验系统模拟岩溶腔体真实赋存环境,开展充填黏土在不同初始密实度、注浆压力下的注浆试验,并对注浆加固试样进行力学、渗透特性试验。结果表明:(1)试样密实程度影响启裂压力,当试样孔隙度由37.5%减小到35.5%时,启裂压力由0.49 MPa增长到1.22 MPa,注浆压力小于启裂压力时,浆液主要以挤密形式进入土体,当注浆压力超过启裂压力,土体进入劈裂注浆阶段;(2)浆液加固形式与扩散半径主要受注浆压力与注浆量控制,试样应力状态决定劈裂注浆扩展方向;(3)注浆通过对土颗粒的挤密、劈裂、化学胶结及压滤作用,使黏聚力与渗透系数明显改善,注浆终压达到3.5 MPa时,试样黏聚力较注浆前平均提高84.26%,渗透系数平均下降93.97%;(4)注浆在加固土体的同时,也改变内部原有结构,随着注浆终压的增大,注浆量的增加,土体应力–应变曲线逐渐表现出应变软化特点。试验结论对岩溶充填黏土注浆加固机制的认识及现场注浆工作有一定借鉴意义。     

全风化花岗岩注浆加固体抗冲刷特性试验研究EI北大核心CSCD

突水突泥是全风化花岗岩隧道施工中常见的地质灾害,土体颗粒的流失和抗冲刷特性是决定全风化土体发生突水的关键因素。为了研究注浆加固体颗粒流失与抗冲刷特性,自行设计注浆试样制备及抗冲刷试验装置,能够实现全风化花岗岩劈裂、挤密注浆试样制作,以及模拟注浆加固体受水流冲刷的关键过程。利用该试验装置开展注浆量、动水流速、养护龄期、土体初始含水量等因素对注浆加固体的颗粒流失与抗冲刷特性试验研究,并定义颗粒流失率指标来定量评价土体颗粒流失与抗冲刷特性。试验表明:注浆加固体抗冲刷特性随注浆量及其养护龄期的提高均明显改善,动水流速的增加显著加大颗粒流失,含水量过低或过高时,加固体的抗冲刷特性均较差,存在一个最佳含水量值使得抗冲刷特性最优。同时,单位浆液量胶结土体范围(浆液胶结率)随注浆量呈二次抛物线变化,且浆液胶结率峰值随动水流速的提高向高注浆量方向移动。最后,根据试验结果提出地层注浆量的计算方法及含水量分区治理的原则。     

全风化花岗岩注浆加固体抗冲刷特性试验研究

 突水突泥是全风化花岗岩隧道施工中常见的地质灾害,土体颗粒的流失和抗冲刷特性是决定全风化土体发生突水的关键因素。为了研究注浆加固体颗粒流失与抗冲刷特性,自行设计注浆试样制备及抗冲刷试验装置,能够实现全风化花岗岩劈裂、挤密注浆试样制作,以及模拟注浆加固体受水流冲刷的关键过程。利用该试验装置开展注浆量、动水流速、养护龄期、土体初始含水量等因素对注浆加固体的颗粒流失与抗冲刷特性试验研究,并定义颗粒流失率指标来定量评价土体颗粒流失与抗冲刷特性。试验表明：注浆加固体抗冲刷特性随注浆量及其养护龄期的提高均明显改善,动水流速的增加显著加大颗粒流失,含水量过低或过高时,加固体的抗冲刷特性均较差,存在一个最佳含水量值使得抗冲刷特性最优。同时,单位浆液量胶结土体范围(浆液胶结率)随注浆量呈二次抛物线变化,且浆液胶结率峰值随动水流速的提高向高注浆量方向移动。最后,根据试验结果提出地层注浆量的计算方法及含水量分区治理的原则。     

静水条件下浆液粘度时变特性与微观结构研究

浆液的凝胶特性是影响注浆效果的关键因素,为研究浆液的粘度变化过程与凝胶特性、揭示凝胶产物的微观结构特征,采用旋转粘度计对浆液在静水及无水条件下的凝胶变化过程进行系统试验,并采用SEM扫描电子显微镜对凝胶产物微观结构进行分析。研究结果表明,浆液在水下粘度变化具有明显的时变特性,粘度变化过程可分为低粘度期、初始上升期和快速上升期三个阶段,静水条件下低粘度期比无水条件下明显延长,使得浆液更容易被分散冲蚀。通过对凝胶产物微观结构分析表明,浆液凝胶分层具有不同的微观结构,静水条件下凝胶较无水条件下微孔隙含量更高,结构更为松散。研究成果丰富了注浆理论并可为优化注浆工艺提供参考,具有一定的理论价值及工程意义。     

基于渗流-侵蚀理论的岩溶充填介质注浆加固效果评价

岩溶充填介质渗透失稳是地下工程突水涌泥灾害的主要类型之一,对其注浆加固效果的科学评价是保证地下工程施工安全的重要前提。基于自主研发的大型三轴渗流-注浆多功能试验平台,围绕影响注浆加固效果的关键因素:介质初始孔隙度与注浆压力,分别对注浆前、后充填介质开展变质量渗流试验,通过监测渗流演化过程中介质孔隙度、涌水速率的变化,系统分析注浆前、后充填介质渗透系数的降幅、各渗流阶段的演化特征以及流态转换临界时间点的延迟幅度,对不同充填状态的充填介质在特定注浆参数下的加固效果进行定量分析。试验发现:注浆提高了溶腔充填介质的抗渗流稳定性,延缓了孔隙度的快速演化,推迟了"突水"爆发阶段的出现时间,更系统地证实了渗流失稳"三阶段"演化模型的合理性;基于该试验结果建立的渗流转换临界点Ⅰ,Ⅱ的延迟时间与注浆压力、试样初始孔隙度的回归方程,不仅定量描述了注浆对各渗流演化阶段的影响,而且为岩溶隧道注浆加固效果评价提供新角度。     

循环荷载条件下原煤力学性质及损伤演化规律

对原煤试样分别进行了常规加载和循环荷载条件下的单轴和三轴力学强度试验,借助声发射技术,系统研究了单轴循环荷载及三轴循环荷载条件下原煤的损伤演化规律并对比分析。常规循环荷载试验结果显示:从循环初始至结束,煤岩内部损伤过程具有明显的3阶段,即初始损伤阶段,微裂纹扩展萌生稳定增长阶段,裂纹贯通破坏阶段;定量分析了应变峰值、卸载刚度及损伤变量在循环荷载过程中的变化规律,单轴循环试验初始损伤阶段的损伤程度较大,第3阶段损伤变量变化显著;三轴循环试验损伤过程中第1阶段最显著,而在损伤第3阶段,煤样临近破坏时损伤变量略微升高,与单轴试验损伤变量显著增加的情况不同;循环应力上限处声发射现象最强烈,说明循环过程中应力上限时的内部损伤程度最大。分级循环荷载试验结果显示:分级荷载增加初期应变回滞环较密集,声发射现象显著,试样破坏时声发射计数最大;各级循环也具有损伤不同阶段特征,达到损伤稳定阶段的损伤变量近似值与均值压力呈指数型变化关系。     

坑外降水条件下软土地层深大盾构工作井稳定性研究

采用合适的计算方法确定有效的围护方案是基坑设计中的难点。以南京纬三路过江隧道江北盾构工作始发井为依托,采用空间地基板法反演分析得到各地层m值,通过编制DLOAD子程序实现主动区与被动区的判别和相应荷载的施加,得到坑外降水条件下软土地层深大盾构工作井围护体系的受力与变形特征。计算结果与现场实测值较为吻合,从而证明采用空间地基板法配合反演得到的地层m值可有效预测工作井围护体系的变形与受力特征。为进一步优化设计方案,选定连续墙厚度、支撑截面尺寸及底板以下5 m范围内土体m值3个参数,通过正交试验进行参数分析,得到影响连续墙水平位移及支撑轴力的主要因素。计算方法及相关计算结果可为同类工程设计提供参考。     

交叉隧道施工对已有隧道稳定性影响研究

 近接隧道施工过程中面临地质条件复杂、围岩扰动较大等诸多问题,合理施工方法的研究极其必要。以从莞高速新建走马岗公路隧道上方穿越东深供水隧洞工程为背景,首先,结合现场振动安全的施工要求,采用数值计算提出交叉段合理施工工法。同时,在交叉段施工过程中,对在建隧道的围岩压力、初期支护结构的受力情况以及既有供水隧洞的断面收敛等进行了实测,结果表明：在建隧道的围岩压力10 d内基本稳定,拱腰位置围岩压力较大,右侧拱腰最大为0.2 MPa,之后缓慢减小并趋于稳定。既有东深供水供水隧洞内安全监测数据表明：断面收敛及混凝土应变均相对较小,在安全范围之内。研究成果与方法可为类似工程提供参考。     

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。