高压注浆渗流数学模型与工程应用

依据活塞式驱替注浆渗流的数学模型,推导出高压注浆过程中浆体区和原水体区的压力分布, 以及停止注浆后井底压力消退情况。分析了注浆井底压力和原区压力与注浆时间、浆液粘度、渗透率、计算点与注浆井距离等关系;依据理论分析,并通过现场试验建立了注浆井底压力和水灰比的经验关系,将结果用于指导灌注桩高压注浆补强工程,取得了良好的实践效果。     

压密注浆的能量分析方法

为了能够从能量的角度分析压密注浆的力学机理,并给出注浆压力的理论解,将整个注浆过程视为无限土体中的圆孔扩张问题,根据注浆过程中能耗区土体在注浆压力和静止土压力作用下的应力、应变和体变关系以及注浆扩孔过程中的能量和体变守恒原理,推导出压密注浆极限注浆压力的理论解答。计算和分析表明,理论解的计算结果与工程实际比较吻合,而且球形扩孔的注浆压力比柱形扩孔的注浆压力要小得多,初步证实了理论解的可靠性。     

圆梁山隧道高压富水区径向注浆技术研究及应用

以圆梁山隧道高压富水区为对象，研究了径向注浆的边界条件、注浆材料和注浆施工，并进行了现场应用，取得了较好的效果。随着以后大量地下工程的设计与修建，径向注浆技术会越来越被广泛推广应用。     

非对称荷载作用下土体劈裂注浆压力分析

为研究在非对称荷载作用下土体劈裂注浆压力,基于扩孔理论和统一强度准则并考虑非对称荷载的作用,建立基于扩孔理论的劈裂注浆启劈压力分析模型,推导出浆泡周围塑性区土体的应力场、位移场、塑性区半径以及启劈注浆压力的理论解答,并以工程算例进行论证。结果表明,考虑对称荷载作用下的启劈注浆启劈压力较考虑非对称荷载作用下的值要大,对称荷载作用下的分析方法低估了塑性区半径;无论是柱形劈裂还是球形劈裂,当 1时,启劈压力会随着 的增大而增大,塑性半径会随着 的增大而明显减小;当 1时,启劈压力会随着 的增大而减小,而塑性半径的变化是有限的。预先了解土体的初始应力条件对正确的确定劈裂注浆启劈压力至关重要,可为劈裂注浆的设计和施工会提供更加完善的理论依据。     

裂隙动水注浆渗流压力与注浆堵水效果的相关分析

采用裂隙动水注浆设备结合正交试验设计进行了裂隙动水注浆模型试验,获得了渗流压力场与注浆效果和注浆工艺之间的相关关系。结果表明,裂隙动水注浆的渗流压力场包括单峰型、平台型、多峰型、阶梯型4种类型;出现平台型和多峰型渗流压力场时的注浆堵水效果好,而出现阶梯型渗流压力场时的注浆堵水效果差;为了获得好的注浆效果且节约浆液,在渗流压力场为单峰型时应该适量增加注浆量;而在渗流压力场为平台型或多峰型时应该适量减小注浆量;渗流压力场为阶梯型时应该调节浆液配比,缩短凝胶时间。研究结果对应用压力监测及时控制施工质量和调整注浆工艺有指导作用。     

盾构隧道壁后注浆扩散模式及对管片的压力分析

在假定注浆浆液为牛顿流体,并在盾尾间隙影响厚度范围内均匀柱面扩散的前提下,通过引入等效孔隙率替代土体本身的孔隙率来考虑建筑间隙的影响,对盾尾注浆和管片注浆2种情况下的浆液渗透范围及因注浆而对管片造成的压力进行了理论推导,得到了浆液扩散半径及对管片产生的压力计算式。结果表明,盾构隧道壁后注浆浆液的扩散半径及对管片产生的压力与注浆压力、注浆时间、土体特性及浆液性质等众多因素有关,盾尾注浆对管片产生的注浆压力小于管片注浆对管片产生的压力。在假定其他参数已知的条件下,通过一具体实例,讨论了盾尾注浆时浆液扩散半径及注浆对管片产生的压力与注浆压力及注浆时间的关系。结果显示,虽然增大注浆压力、延长注浆时间均能增大浆液的扩散半径及对管片产生的压力,但增长速度不尽相同。     

盾构隧道施工土体扰动范围研究

盾构隧道施工,隧道周边土体应力场发生改变,临近隧道土体因应力扰动出现塑性区,塑性区的分布范围与注浆压力、注浆量等注浆参数密切相关。塑性区被认为是施工扰动比较严重的区域,为分析盾构施工扰动范围,基于小孔扩张理论研究了注浆压力、注浆量对土体扰动塑性区的影响,推导了塑性区与注浆压力和注浆量之间的函数关系。在定义扰动评价标准基础上,提出应用有限元计算盾构施工塑性区和扰动范围的一种简捷实用的数值方法。最后采用静力触探现场测试盾构施工扰动范围,并与理论公式及有限元方法进行比较,理论公式、有限元及现场测试三者取得了较为一致的结果,验证了推荐方法的有效性。其研究结果可对盾构施工注浆参数的正确选择提供理论支持。     

煤层底板水害区域超前治理技术优化及其应用

为了进一步提高煤层底板水害区域超前治理技术的治理效果,应优化注浆工艺,扩大技术的应用范围。总结淮北矿区区域底板超前治理工程实践表明,低压扩散和中压加固阶段压力控制对注浆总量起主要控制作用,进而直接影响灰岩含水层改造效果,推导的不同岩溶裂隙发育程度地层的注浆量预计公式,可以有效指导注浆工程设计。此外,提出了工作面区域内、外双(钻)孔组的水平布设方法,优化注浆工艺的同时,提高了钻孔利用率。针对注浆工程中注浆压力控制及浆液选取等关键技术问题,建立了研究区裂隙发育程度的多源信息判识方法和“微压充填—低压扩散—中压加固—高压劈裂”的“阶段型”注浆压力控制模型,细分了不同注浆阶段的注浆浆液类型,推导了注浆压力的分级阈值和设计公式,实现了注浆压力的分区段高效、精准控制,对煤矿底板水害超前区域治理技术的应用与推广具有重要意义。      

某高速公路下伏采空区注浆压力的确定方法

注浆参数的选取直接关乎到注浆效果,其中注浆压力的选取又大多因工程而异,对注浆效果的影响甚大。结合某高速公路下伏采空区治理工程实际情况,选择了具有代表性的采空区进行注浆试验,对其注浆压力的确定方法进行介绍,实测、统计、分析了不同注浆深度与对应容许注浆压力的关系,建立二者之间的回归方程,并探讨方程的合理性,从而给出埋深较浅的两类采空区注浆时容许注浆压力的推荐值。     

模袋袖阀管压密注浆的注浆压力理论计算方法研究

针对常规注浆施工中串浆、跑浆严重，对地层加固效果不理想的现状，模袋袖阀管注浆技术开始在隧道超前注浆施工中得到应用，但目前模袋注浆压力的确定多以经验为主。考虑模袋在注浆过程中始终保持柱形扩张，同时在周围被挤密土体中形成一个由弹性区和塑性区组成的应力影响区。基于弹塑性理论，考虑在周围土体的塑性影响区内采用非关联流动法则，推导得到了表征模袋注浆过程中浆体初始半径R0、浆体现时半径Ru和土体塑性区半径Rp之间关系的表达式，由此可以解出模袋注浆压力P的理论计算公式。参数分析结果表明：模袋注浆压力值受土体弹性模量、内摩擦角、黏聚力和初始应力的影响显著。将所得的模袋注浆压力理论计算公式应用于人民会堂站的模袋袖阀管注浆工程中，由浆体扩张半径Ru随注浆压力P的变化规律可以得出：当浆液对周围土体的挤密效果最佳时,模袋注浆压力 ，浆体最终扩张半径R' = 20 cm。注浆效果检验结果表明：模袋注浆膨胀构造的止浆岩盘成功实现了对浆液扩散的控制，达到了预期的控域注浆效果。     

钻孔水泥浆灌注替浆量的计算及操作问题

分析了钻孔水泥浆液灌注过程中孔内水位变化以及管路虹吸现象对替浆量的影响;指出了以往替浆量计算方法的不足;根据水力学压力平衡理论修订建立了新的钻孔水泥浆灌注替浆量的计算公式。      

桩底后压浆技术研究

介绍了桩底后压浆技术,通过向桩底进行注浆可消除孔底沉渣的不利影响,并提高单桩承载力;通过工程实例分析表明,在卵石层中其灌浆机理主要表现为渗透灌浆,其承载力由３部分组成,即桩身部分的摩擦力、固结体部分的摩擦力和固结体的底部阻力。     

高活性粉煤灰注浆材料性能和应用

高活性粉煤灰注浆材料是以工业废料－粉煤灰为主体,配合其它具有胶凝增强和提高早期强度的外掺料,以及能改善浆液性能使之满足注浆施工作业要求的外加剂,经特殊加工而成的一种新型注浆材料。该材料与普通硅酸盐水泥用于注浆工程相比有流动性好、凝结时间适当、抗压强度较高、结石率高的特点,经在静压注浆和高压旋喷注浆工程中的初步应用,取得了较好的效果。     

柏井采空区地基注浆加固技术

通过目前国内外现有资料的对比研究，对严重影响石太高速公路修建和运营的柏井采空区采用压力注浆的方法，充填采空区上覆的裂隙冒落带，以达到加固地基的目的。灌注材料选用水泥和粘土，水固比为１：１．５，依据地面构造物不同，在桥涵地段采用１：０．８：０．７（水：水泥：粘土，下同）的配比，在边坡地段采用１：０．５：１的与比，在一般路段采用１：０．３：１的配比，灌注浆液的结石体在采空区及上覆的裂隙冒落带中充填率达     

高压注浆加固造成铁路路基隆起的原因分析

高压旋喷法施工造成路基、地面抬升,是地基处理过程中较常见的现象。分析上海地铁9号线高压旋喷施工造成铁路路基隆起的工程实例,将路基变形过程和注水试验进行对比,得出了注浆过程满足土体注水膨胀原理;同时由于桩周产生的压力远大于土体所能承受的孔隙水压力,使破坏的土体挤压进路基底部,加大了隆起量。通过调整施工参数,可改变土体注水膨胀的本构定律与桩周压力公式中相关变量,从而减小隆起量;并提出了调整施工进度、工艺等相应的处理方案。     

渗流作用对砂砾石层灌浆的影响试验研究

通过在试验砂槽中进行灌浆试验,研究了渗流作用对砂砾石层灌浆的影响。首先,在选定水泥浆作为灌浆材料的前提下,验证了砂砾石材料的可灌性,确定了灌浆的有关参数,包括浆液水灰比、灌浆时间、灌浆压力、灌浆深度等;其次,在无渗流作用下,研究了灌浆压力、浆液水灰比与浆液扩散范围之间的关系;最后,在有渗流作用下,通过调整上下游水位差,研究了灌浆压力、渗流强度与浆液扩散范围之间的关系。研究结果表明,渗流作用对灌浆压力与浆液扩散范围所呈的线性关系无明显影响,不同灌浆压力条件下,渗流强度与浆液扩散范围之间呈明显的非线性关系     

牛顿流体柱-半球面渗透注浆形式扩散参数的研究

文献检索表明：目前国内外还没有一个能较准确地计算牛顿流体柱-半球面渗透注浆形式扩散参数（如半球体部分扩散半径与柱体部分扩散高度等）的理论公式,导致理论远滞后于工程应用。以牛顿流体流变方程及渗流运动方程为基础,研究了牛顿流体柱-半球面渗透注浆形式半球体部分扩散半径与柱体部分扩散高度的理论计算公式;分析了牛顿流体的流变性、注浆压力、地下水压力及配置流体的水体温度对牛顿流体柱-半球面渗透注浆形式半球体部分扩散半径与柱体部分扩散高度的影响;并设计注浆试验对其进行验证。结果表明：由牛顿流体柱-半球面渗透注浆形式半球体部分扩散半径与柱体部分扩散高度的理论公式计算得到的半球体部分扩散半径和柱体部分扩散高度理论值与注浆试验实测值间虽有30%左右的差异,但它们都处于可接受误差范围内。因此,研究成果可为实际注浆施工提供理论支撑与指导作用。     

袖阀管注浆技术在灰岩地层中的应用

为保证灰岩地基处理中充填物能够与周围环境固结成为一个整体，且具有一定的强度，本次地基处理工程采用了袖阀管注浆和双液注浆相结合的方法，使其充填物在灰岩地基中形成树枝状、叶面状等的水泥结块，从而提高桩端下卧持力层稳定性及处理体的承载力。     

提高钻孔桩桩底压浆工效及保证质量的技术措施

钻孔桩桩底压浆技术是向钻孔灌注桩桩底沉渣和围岩土体内压入一定量水泥浆,使桩底沉渣和桩底一定范围土体孔隙内充满水泥浆液,经物理、化学作用使其强度大幅提高,从而实现单桩竖向承载力的提高。结合高铁钻孔桩桩底压浆施工实践,介绍了2种压浆工艺过程,阐明了提高压浆工效、保证注浆质量关键技术措施实施的重要性。