松散地层脉动与稳压灌浆室内试验研究

开展松散地层控制灌浆工艺研究具有重要的工程实践意义。开发了一套室内松散地层灌浆模拟试验装置,可模拟受灌体弹塑性边界,对比进行稳压灌浆与脉动灌浆试验。试验结果表明,在相同围压(0.2 MPa)、水固比(0.6)、不同灌浆压力(0.1,0.2,0.4 MPa)条件下,脉动灌浆灌后结石体7 d强度明显优于稳压灌浆,且强度值分布较均匀。电镜扫描表明,脉动灌浆后的土体呈团状结构,较常规灌浆后的絮状结构更紧密。脉动灌浆参数影响试验表明,采用较大的脉动灌浆压力有利于受灌体挤密,但压力过大更易劈裂扩散,造成浆脉变薄、结石强度降低;采用较小的水固比不利于浆液的扩散,但水固比过大会导致结石体厚度变薄、强度降低。试验论证了松散地层灌浆采用脉动灌浆工艺更加适宜,但需合理控制灌浆压力和水固比。     

松软地层灌浆实验装置研制

灌浆模拟试验是确定灌浆工程参数,掌握各参数对灌浆效果影响规律的有效途径和方法。现有灌浆模拟实验装置没有集成因而不能模拟灌浆全过程,无法模拟受灌体挤密压缩条件下的围压边界,不能全面进行灌浆效果检测、评价等。本文通过分析、研究灌浆工艺及灌浆机理,研制了一种适用于松软地层的灌浆模拟实验装置,集成的系统可完整模拟不同灌浆方法的全过程。采用拆卸便捷的刚性高压容器装入多类型松软地层的受灌体,可模拟多孔（排）灌浆;紧贴其内壁的气囊,通过压力源的有效控制,可方便地模拟不同深度的地层围压环境;渗透性测试系统能提供可控水头,进行注水实验及灌后质量检测。功能验证结果表明,该装置能真实模拟现场灌浆全过程,可测得灌浆参数（灌浆压力、灌浆量）与灌浆效果（扩散距离、结石体性状等）之间的关系,为研究灌浆机理及灌浆设计施工参数奠定基础。     

基于脉动注浆的宾汉流体渗透扩散机制研究

脉动注浆虽已在注浆防渗加固工程中得到推广应用,但浆液在脉动压力下的渗透扩散机制却鲜有报道,导致理论远滞后于工程实践。以宾汉流体流变方程、渗流方程及颗粒沉积理论为基础,推导了脉动压力下宾汉流体的渗透扩散理论计算公式,分析了脉动注浆参数对浆液扩散距离的影响,并通过室内注浆模拟试验对其进行了验证。结果表明,脉动压力下宾汉流体渗透注浆扩散理论计算值与试验实测值间存在一定误差,但能满足工程要求,可用于指导工程施工。随着脉动注浆连续时间的增长或地层初始孔隙率的增大,浆液扩散距离随之增大,而随着脉动注浆间隔时间的增长或地层初始孔隙率的减小,浆液扩散距离随之减小,实际注浆工程中为确保有效的浆液扩散距离,宜根据岩土体孔隙率合理地调节脉动连续时间和脉动间隔时间。研究成果可为脉动注浆理论研究提供借鉴,为实际施工提供理论指导。     

堤坝脉动注浆浆液扩散机制及应用研究

基于脉动注浆泵可输出低频周期性脉冲压力的特点,结合可控性黏土固化浆液,提出了一种可用于堤坝防渗加固的新方法。通过进行原型试验验证了该方法的可行性,考虑钻孔扰动和脉动低频重复压力对地层渗透特性的影响,推导了黏土固化浆液脉动扩散方程,运用多场耦合软件COMSOL探讨了脉动压力下黏土固化浆液扩散的机制,最后将研究成果成功应用于南水北调中线鹤壁段引水渠道边坡帷幕注浆工程。研究结果表明：黏土固化浆液脉动控制注浆技术可显著提高地层连续性和整体性,结石体28 d强度大于2 MPa,渗透系数可降至10?5 cm/s左右,浆液在注浆孔附近与土体胶结成块,邻近注浆孔浆脉交错搭接,整体表现为空间立体网状包裹结构的防渗墙体;对数值模拟和现场试验结果进行综合分析,堤坝脉动注浆时间应控制在1 800～2 400 s之间,合理的脉动注浆压力在0.2～2 MPa之间,脉动持续时间宜调至4～8 s,脉动间隔时间宜调至2～6 s,这样有利于保证堤坝脉动注浆工程达到最优的防渗加固效果;工程实践的渠道边坡连续性、整体性得到了改善,注浆止水加固效果显著,检查孔渗透系数降至10?5 cm/s,所取芯样完整,芯样最长可达40 cm。