高分子材料SH渗透加固遗址土的效果研究

西北地区的土遗址由于外界环境对其破坏作用以及自身的物理力学性能相对较差的原因,导致其逐渐消失。对土遗址坍塌、掏蚀等部位,可以采用拌和回填的方式进行恢复,而表面风化则需要喷洒或钻孔注浆进行加固。本文对经高分子材料SH渗透加固后的遗址土的抗崩解能力、抗干湿循环能力、抗冻融循环能力以及NaCl易溶盐的迁移特点从质量损失率的角度进行研究分析,发现经SH渗透加固后抗崩解能力大大提高、抗干湿循环的能力随干密度的增大而增大、抗冻融循环能力变化受含水率和干密度共同影响,干密度越小,平衡含水率值越大、SH能够抑制水分向土体上部迁移,最后对以上各种试验现象进行合理的解释。     

SH材料加固夯筑遗址土耐久性试验及机理研究

以添加SH材料加固的明长城古浪段夯筑遗址土为研究对象,对其重塑样进行紫外老化试验、冻融循环试验及耐盐、耐碱试验,研究其力学强度特征及耐久性能,并采用扫描电镜（SEM）、EDS能谱分析以及粒度分析研究SH材料加固夯筑遗址土的机理。试验结果表明,经紫外老化的SH固化后试样的无侧限抗压强度随老化时间增长呈先增后降,SH含量高的试样强度呈一直增长的趋势;随着冻融循环次数的增加,试样的无侧限抗压强度逐渐降低,质量损失率逐渐增加,其中SH固含量为0.8%的试样表现出极好的耐冻性能;相比素土,加固后的试样耐盐、耐碱性能明显有所提高。由机理分析得出,SH材料主要通过团聚、氢键、架桥和包裹等作用使土颗粒排列紧密、增强连接性,提高了遗址土的各种性能;SH材料加固夯筑遗址土具有良好的耐久性能。     

环境因素对PS加固土遗址效果的影响

通过PS加固的高昌故城遗址土样崩解试验,耐风蚀的风洞模拟试验,冻融破坏,温差破坏,干湿破坏对力学强度影响等试验,模拟古丝绸之路特殊的自然环境对土遗址的影响,研究PS保护加固土遗址的效果。结果表明,经PS加固以后,样品的初始崩解时间延长,崩解速度大幅降低,抗风蚀能力提高10倍,抗冻融能力也有所增强。在高温养护下力学得到强度提高,干湿循环降低了样品的强度,但表现出良好的加固效果。试验证明PS可以有效地降低环境因素对干旱区土遗址的破坏,起到明显的加固保护效果。     

基于SH-(C+F)浆液锚杆锚固性能与机理研究

锚固技术在土遗址稳定性控制领域已得到了广泛应用,然而锚固浆液的缺乏成为制约土遗址锚固技术和理论发展的关键问题之一。对质量浓度分别为0.5%、1.0%、1.5%的SH与黏土、粉煤灰拌和组成SH混合浆液试块进行物理、力学、声波特性测试以及基于该类型混合浆液分别同木锚杆、玻璃纤维锚杆、钢筋锚杆组成的不同锚固系统的原位锚固、拉拔测试和杆体-浆体界面应力-应变监测。获取了3种锚固系统的破坏模式、锚固性能和杆体-浆体界面应力-应变的时空分布规律。试验结果表明:SH锚固浆液拥有良好的物理、力学性能,与土遗址构筑材料性能兼容;基于SH锚固浆液全长灌浆的3种锚固系统的锚固性能优良;木锚杆锚固系统锚固性能在SH浓度为1.0%时达到最优,而玻璃纤维和钢筋锚杆锚固系统锚固性能良好度随着SH的浓度升高而升高。研究结果为以SH为主材的改性浆液在土遗址锚固领域中的应用提供了依据和参考。     

生石灰为掺料的土遗址裂隙注浆浆液结石体力学兼容性研究

裂隙注浆是目前土遗址裂隙加固领域的通用手段,浆液的膨胀性和结石体与遗址土体的力学兼容性成为注浆措施能否充分发挥封堵和黏结作用的关键。研究通过对9种不同配合比及水灰比的SH-(Ca O+F+C)浆液进行膨胀性与流动性测试,最终遴选出配合比CaO:F:C=3:2:5的3种不同水灰比浆液作为优选浆液,并通过对优选浆液连续间隔龄期结石体的强度测试确定了最佳养护龄期。而后通过热膨胀和不固结不排水三轴试验,得到了浆液结石体和遗址土体的线胀系数以及浆液结石体、浆液结石体-重塑遗址土和重塑遗址土3类试样的破坏模式、应力-应变关系曲线、抗剪强度参数与弹性模量。结果表明:浆液结石体和遗址土体的线胀系数数量级别相同,3组优选水灰比浆液结石体和重塑遗址土体力学行为一致,其中配合比为CaO:F:C=3:2:5、水灰比为0.50的浆液结石体与重塑遗址土力学兼容性最佳。     

全风化花岗岩地层中高固相离析浆液灌浆机理研究

全风化花岗岩地层稳定性差、遇水易发生崩解,工程上使用常规材料防渗加固注浆时效果较差。针对这一情况,依托湖南省郴州市莽山水库防渗加固灌浆项目,通过自主设计的全风化花岗岩地层注浆室内模拟试验装置,进行模拟注浆试验,实现了浆液在整个注浆过程中的扩散情况模拟,对不同注浆压力、不同位置点所取试样开展单轴抗压、抗剪强度及渗透率测试试验,对不同注浆压力下完整结石体取样观察,研究以全风化花岗岩颗粒为配方主体材料的高固相离析浆液在全风化花岗岩地层的防渗加固效果及浆液扩散模式。结果表明:该浆液在全风化花岗岩地层扩散过程中经历了渗透扩散、挤密压缩、劈裂扩展三个阶段,是一种复合注浆形式;以全风化花岗岩颗粒为主体的高固相离析浆液在全风化花岗岩地层注浆中效果显著,随着注浆压力提升,单轴抗压强度显著提升为原土体的3.25～13.67倍,抗剪强度在不同法向压力情况下提升为原土体的1.63～2.69倍,渗透系数从10?4 cm/s下降至10?5 cm/s甚至10?6 cm/s。     

SH固土剂在遗址土中的渗透注浆扩散规律

风化是中国西北地区土遗址最常见的病害之一。土遗址防风化方法主要是表面喷洒和钻孔注浆。通过对不同干密度重塑土样的钻孔注浆试验,来寻找改性聚乙烯醇（SH）固土剂扩散规律,建立了SH固土剂渗透范围模型——旋转抛物体,解释了产生该渗透现象的原因,并通过计算得到了SH固土剂渗透加固土体体积以及渗透范围内SH的固含量,确定了土遗址中含该固含量的SH固土剂足以对其产生防风化的作用。利用Image J图像分析软件对SEM照片进行处理,获得了不同干密度条件下孔隙分布、孔隙分形维数和平均Feret直径。研究发现,随着干密度增大,土体渗透性减弱,其主要原因是中、大孔隙被压缩成微、小孔隙,并建议将SH固土剂渗透注浆应用于平均Feret直径大于4.98 ?m的土体。最后通过多元线性回归的方法发现,注浆量对渗透半径影响最大,其次是平均Feret直径,孔径的影响最小。     

基于改性糯米灰浆的3种锚杆锚固性能对比研究

锚固浆液的类型及其与杆体、土体的兼容协调性问题是土遗址锚固领域的研究焦点。由糯米浆为胶凝主材和由黏土、粉煤灰为填充料组成的改性糯米灰浆与木锚杆、玻璃纤维增强塑料锚杆、钢筋锚杆组成了3种锚固系统。通过对3种锚固系统的原位锚固、拉拔试验和界面应力-应变监测,分析比较了3种锚固系统的破坏模式、极限荷载、荷载-位移特征,剖析了杆体-浆体界面应力分布传递规律和界面测点应变对荷载时步的响应程度。在初步分析其锚固机制的基础上,最终得出了此类基于改性糯米灰浆的3种锚固系统的锚固性能的优劣完全取决于杆体-浆体的受力机制、变形和强度特征所决定的力学兼容性的结论。该研究成果为以糯米浆为主材的改性浆液在土遗址锚固领域中的应用提供了依据和参考。     

钙质砂注浆加固材料制备及固结体性能试验研究

注浆加固是解决岛礁钙质砂地基不均匀沉降问题的有效措施之一。根据钙质砂特性,选用超细硅酸盐水泥作为主体胶凝成分,纳米硅溶胶、粉煤灰和硫酸钙晶须作为辅料,依据单因素试验和正交试验的要求,制备了不同配比的注浆材料,测试了其凝结时间和相应固结体的力学性能。采用响应曲面法对试验结果进行模拟,探究各组分对各性能指标的影响,确定注浆材料最优配比。结果表明：将3种辅料按适当比例单独加入浆材中,均可提高不同龄期钙质砂固结体的抗压强度;当水泥掺量固定时,水灰比是影响浆液凝结时间和固结体强度的最主要因素;与水泥浆液相比,以最佳配比掺入辅料配制的注浆浆液能够更好地填充在钙质砂颗粒间,从而改变固结体的密实性,使其抗压强度明显增长。研究成果可为增强钙质砂地基注浆加固效果提供参考。     

浆固碎石桩成桩注浆影响范围现场试验研究

浆固碎石桩作为一种新型桩基技术,不仅具有一般刚性桩的桩体置换作用,而且能改善桩周土的力学性质,从而可有效地提高复合地基的承载力及减小沉降变形。通过现场进行成桩前后的桩周土性质研究,验证了注浆对桩周土性质的改善作用,得出成桩时注浆影响范围及分布规律。针对黏性土中浆固碎石桩浆液挤密作用,按平面轴对称问题分析了塑性区边界条件及内部单元体的平衡条件,提出浆固碎石桩浆液影响范围的计算公式。理论公式计算结果与原位测试结果较为符合,从而验证了计算方法的合理性,这对浆固碎石桩的注浆加固具有一定的指导意义。     

后压浆CFG桩复合地基的应用

结合某高层建筑地基处理工程,介绍后压浆CFG桩复合地基的承载力计算和施工工艺。通过现场栽荷试验、低应变检测等试验分析加固效果,探讨后压浆技术应用于CFG桩的可行性。分析结果表明,桩端后压浆CFG桩可以明显提高地基的承载力,单桩竖向承载力较压浆前提高了一倍;低应变实测波形显示在桩端的桩一土界面上波形变化不明显,说明浆液向桩端四周扩散良好,有效加固了土层。     

砾石土层中注浆扩散参数的研究

采用注浆模拟试验与数值分析等研究方法,探讨了砾石土层中注浆的注浆量、浆液扩散半径及注浆形成的结石体抗压强度等参数预测计算模型,并设计试验对其进行了验证。试验结果表明,砾石土层中注浆的注浆量、浆液扩散半径及结石体的抗压强度等参数预测计算模型计算的注浆量、浆液扩散半径与注浆结石体抗压强度的理论值与试验实测值间虽分别有10%、5%、10%左右的差异,但均相差不大,因此,可用来预测砾石土层实际注浆工程中的注浆量、浆液扩散半径及注浆形成的结石体的抗压强度等参数。研究成果不仅可为砾石土层实际注浆工程实践提供理论支撑,还可为砾石土诱发的滑坡、泥石流等灾害的防灾减灾提供技术参考。     

SH固土剂在遗址土中的渗透注浆扩散规律

风化是中国西北地区土遗址最常见的病害之一。土遗址防风化方法主要是表面喷洒和钻孔注浆。通过对不同干密度重塑土样的钻孔注浆试验,来寻找SH固土剂扩散规律,建立了SH固土剂渗透范围模型—旋转抛物体,解释了产生该渗透现象的原因,并通过计算得到了SH固土剂渗透体积以及渗透范围内SH的固含量,确定土遗址中含该固含量的SH固土剂足以对其产生防风化的作用;利用Image J图像分析软件对SEM照片进行处理,获得不同干密度条件下孔隙分布、孔隙分形维数和平均Feret直径,发现随着干密度增大土体渗透性减弱的主要原因是中、大孔隙被压缩成微、小孔隙,并建议将SH固土剂渗透注浆应用于平均Feret直径大于4.98um的土体。最后通过多元线性回归的方法发现注浆量对渗透半径影响最大,其次是平均Feret直径,影响最小的是孔径。     

SH固土剂在遗址土中的渗透注浆扩散规律

风化是中国西北地区土遗址最常见的病害之一。土遗址防风化方法主要是表面喷洒和钻孔注浆。通过对不同干密度重塑土样的钻孔注浆试验,来寻找SH固土剂扩散规律,建立了SH固土剂渗透范围模型—旋转抛物体,解释了产生该渗透现象的原因,并通过计算得到了SH固土剂渗透体积以及渗透范围内SH的固含量,确定土遗址中含该固含量的SH固土剂足以对其产生防风化的作用;利用Image J图像分析软件对SEM照片进行处理,获得不同干密度条件下孔隙分布、孔隙分形维数和平均Feret直径,发现随着干密度增大土体渗透性减弱的主要原因是中、大孔隙被压缩成微、小孔隙,并建议将SH固土剂渗透注浆应用于平均Feret直径大于4.98um的土体。最后通过多元线性回归的方法发现注浆量对渗透半径影响最大,其次是平均Feret直径,影响最小的是孔径。     

砂土介质注浆渗透扩散试验与加固机制研究

设计了一套可视化砂土介质恒压注浆渗透扩散与加固模拟试验装置。选用普通硅酸盐42.5水泥（OPC）、超细硅酸盐水泥（MC）、超细硫铝水泥（MSAC）及自主研发材料（EMCG）,对砂土多孔介质进行了注浆渗透扩散与加固试验。研究了细砂土体不同浆液、注浆压力工况下扩散距离、注浆量随时间变化规律,以及不同浆液、砂样级配及注浆压力对加固效果影响。采用极差分析法确定了加固效果主控因素,获得了加固体宏观破坏模式,通过SEM分析了岩-浆界面微观加固模型,揭示了不同材料加固效果差异的本质原因。研究结果表明：注浆材料与颗粒质量分数主导着细砂土体可注性,注浆压力对可注性提高程度不大,EMCG可注性最强,MC、MSAC次之,OPC最差;在完全可注情况下,砂样级配越细,加固体强度改善效果越明显;EMCG材料加固体7、28 d强度明显高于MSAC、MC、OPC加固体;EMCG的7 d加固体强度达到28 d参数70%以上;注浆材料主导着注浆加固效果,EMCG对不同级配砂土体注浆加固效果显著优于其他水泥类材料,OPC最差;注浆后EMCG浆-岩界面生成的致密C-S-H凝胶体能够有效提高胶结强度。最后从注浆材料选型、注浆过程控制、钻孔布置方面对砂土层渗透注浆设计方法提出了工程治理改进建议。     

冲积层中劈裂注浆现场模型试验

河流堤坝多位于深厚冲积层上, 而冲积层含砂石量大等特点对堤坝防渗、稳定性是不利的, 对堤坝进行注浆加固是必要的, 而研究浆液在冲积层中的分布扩散规律是首要任务.基于传统注浆理论, 通过现场注浆模型试验, 得出浆液在冲积层中的分布扩散规律、浆液劈裂机理、土的加固特性以及注浆加固过程中应注意的问题.指出浆液在冲积层中一般先沿土石分界面进行充填、劈裂, 并以水平向劈裂为主.在注浆过程中宜采用多次重复注浆方式以达到提高加固效果的目的.对冲积层中堤坝注浆加固有一定的参考与指导作用.      

三峡库区奉节库岸崩坡积物旋喷改性试验研究

利用高压泥浆泵将纯水泥浆以高速喷射流切割周围松散岩土体，使水泥浆与岩土体搅拌混合，达到改良岩土体性质提高其强度的目的。试验表明，通过高压旋喷注浆对崩积体地层进行改性技术试验后，岩土体工程力学性能有较大提高，旋喷固结体抗压强度平均值为1．99MPa，远远高于岩土体强度；旋喷固结体具有稳定的加固效果并有较好的耐久、耐侵蚀性能。声波测试显示灌浆孔周围动弹模量有明显提高。微观分析表明，加固体的抗崩解性能强，有一定的化学稳定性。但旋喷固结体抗剪性能较差，微孔隙还比较发育，设计时应扬长避短，可考虑在浆液中添加适量的补强、抗蚀成分(石膏等)，以进一步提高桩的抗剪强度和抵抗化学侵蚀的能力。高压旋喷注浆能适用于三峡库区内松散堆积层工程地质性质改良，主要用于增加地基强度、增加土的摩擦力及固着力、防止洪水冲刷、降低土的含水量和防渗帷幕等工程。     

PS加固土遗址土体的红外热像检测试验研究

红外热像技术作为一门新兴的无损检测技术,是基于被测对象温度场的变化规律而进行的,目前广泛应用于检测物体表面的结构状态、性质和内部缺陷等。为了探讨土遗址加固土体的无损检测方法,以新疆交河故城遗址现场采取的扰动土制作了模型。模型的1/2用浓度为10%PS（PS为一种高模数的硅酸钾溶液）加固,1/2不加固,将加固后的模型室温静置30 d,自然风干后进行了红外热像室内模型试验。试验表明,PS阻碍了土体的热传导过程,加固前后的土遗址土体在红外热像上会出现差异,为进行土遗址加固效果的无损检测提供了一种途径。最后进行了PS加固遗址土体的热传导率测定试验和微型贯入仪现场试验,结果表明加固土体与未加固土体的热传导性能产生差异的原因与经PS加固减小了土体的热传导率、提高了土体的力学强度有关     

岩溶基底隧道拱顶沉陷三段四层关键技术研究

为有效治理岩溶基底城市隧道拱顶地层沉陷地质灾害,在充分探明沉陷区水文地质、工程地质特征的基础上,提出了“三段四层控制技术”,将治理区划分为沉陷区重点加固段、影响区次重点加固段和超前加固段;再根据治理深度和治理顺序进一步把沉陷区重点加固段分为顶部阻浆层、拱顶止浆垫层、拱顶加固层和中间加固层,研究了每段、每层注浆加固机理、浆液类型选择和控制注浆参数。研究成果表明,采用孔内复合止浆技术满足不同深度地层分段注浆为主、垂直孔和定向斜孔相结合,充填注浆、劈裂-挤密注浆相结合,以速凝浆液为主、单液水泥浆为辅,严格控制安全注浆参数,是“三段四层控制技术”安全有效注浆的技术关键,该技术方案在岩溶基底城市隧道拱顶地层沉陷地质灾害治理方面,取得了较好的注浆加固效果,有良好的推广应用价值。      

PS材料加固土遗址风蚀试验研究

风蚀是西北干旱地区土遗址破坏的主要动力机制和成因,强烈的风蚀作用致使许多土遗址坍塌殆尽,导致这一不可再生资源的破坏。通过对土遗址的室内和现场风蚀模拟试验研究发现,经PS（高模数硅酸钾）材料加固后土遗址的抗风蚀能力明显增强。室内试验发现,风蚀量随风速的增长而增加、随风蚀时间延长近线性增长,PS材料浓度大于5 %的加固试样,即使风速达20 m/ s时,风蚀量均小20 (kg/ m2)•h,抗风蚀强度提高 6～10 倍。现场模拟试验结果表明,加固材料的入渗深度和用量直接影响加固效果,中浓度PS材料加固的墙面抗风蚀能力最强。因此,选择适当的PS材料浓度、提高加固材料的渗透力是土遗址保护加固的关键,将对西北地区土遗址科学保护的全面开展起到重要的指导作用。