松软地层防渗灌浆帷幕结构性状实验研究

松软地层透水率较大,防渗灌浆工程吃浆量相对较大,浆液扩散极不规则,形成的防渗帷幕,包括防渗幕体厚度、力学性能、防渗效果等结构性状难以准确把握,现有的方法和技术主要采用压水试验、标贯、钻孔取心、物探等方法获取相关信息,但带有极大的不确定性,直接影响到防渗质量的评价。在现场进行多工况灌浆原型试验研究,通过注水试验、孔斜测定、取心测试、全断面开挖等多种方法,真实呈现防渗幕体的性状,包括幕体有效厚度及其影响范围、幕体强度性能和渗透性能。结果表明,在松软地层采用浆体封闭、脉动灌浆控制灌浆工艺,孔距1.5m,两排排距0.8m,并采用适宜的灌浆控制参数灌注可控性黏土水泥浆材,简便高效,孔周挤密区、结石体及胶结体形成的有效幕体均一性好,防渗效果达到5lu以下,灌后28d结石体强度达到3MPa以上。灌浆工艺和参数可直接供类似地层应用。对于不同类型地层在不同灌浆材料、灌浆工艺、灌浆参数情形下的灌浆结构性状,有必要研发物理模型进行大样本室内试验研究。     

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。     

两种高抗硫酸盐水泥稳定浆液性能对比试验研究

向家坝水电站坝基挠曲核部破碎带补强灌浆浆液采用高抗硫酸盐水泥浆液。灌浆孔深多超过150 m,钻灌施工过程中,其浆液稳定性、可灌性、固壁性、泌水性、初凝时间、结石体强度等,较常规工艺有更高的要求。为此,结合向家坝水电站坝基补强灌浆处理,现场开展了“掺加缓凝型减水剂的高抗硫酸盐水泥浆液”与“改性高抗硫酸盐水泥稳定浆液”对比试验研究。研究发现,采用六偏磷酸钠替代缓凝型高效减水剂作为缓凝剂与分散剂的改性高抗硫酸盐水泥稳定浆液稳定性、可灌性、固壁性、泌水性、初凝时间、结石体强度等性能均较掺加缓凝型减水剂的高抗硫酸盐水泥浆液更优,其性能与工艺的匹配性更好。     

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。     

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。     

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。     

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     

水泥-水玻璃灌浆在软弱地基中的应用

水泥 水玻璃化学灌浆是把水泥、水玻璃按一定比例混合后形成的，这种浆液注入地基后，能将原松散地层的土粒和裂隙胶结成一个整体（“结石体”），其结构新，强度大，化学稳定性好，能彻底改善软弱地基土的物理和力学性质。水泥 水玻璃化学灌浆不仅具有水泥灌浆的优点，而且兼有化学浆液的一些特点。     

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。     

煤层脉动水力压裂动静态响应数值模型及求解

煤层脉动水力压裂是一项大范围提高煤层渗透率的新技术,但针对脉动应力波在实际地层的传播、扰动规律研究较少。采用交错网格数高阶有限差分法,结合完全匹配层和准静态围压加载两种边界条件,建立了含围压无限大弹性地层脉动水力压裂动静态响应数值模型,并研究了不同加载方式、频率、振幅、围压条件下煤层最小主应力峰值分布规律。研究表明：由于应力波传播及干涉效应,相同围压、振幅条件下脉动压裂增透扰动区域远大于准静态压裂;煤层增透面积随震源频率和振幅的增加而增大,振幅需要克服由围压控制的启动压力才能产生增透区;增透面积与地层主应力成反相关且最小主应力起主导作用,其由3.5 MPa下降至2.0 MPa时,增透面积最高可提升600%。模型可模拟准静态和脉动加载下煤层的力学响应,其结果可为优化脉动水力压裂工艺参数提供指导。     

水泥-黄土注浆充填材料的试验研究

采空区危害巨大,目前主要采用注浆充填方式进行处置。水泥-粉煤灰浆液在采空区治理中得到了广泛的应用,但在一些采空区治理工程中,由于缺乏粉煤灰,需要寻找其他低成本的注浆材料。水泥-黄土浆液具有就地取材、工艺简单等优势,是替代水泥-粉煤灰浆液的首选。本文以陕西泾阳、甘肃兰州、山西吕梁黄土为研究对象,通过大量水泥-黄土浆液黏度、结石率、凝结时间、结石体强度等性质的试验,研究了水泥掺量、水固比、黄土类型、水玻璃掺量等因素对水泥-黄土浆液性质及其结石体强度的影响。试验结果表明:随黄土掺量的增加,结石体强度、浆体流动性降低,而凝结时间延长;水泥-黄土浆液结石体早期强度较低,而后期强度增长较大;黄土的地域性分布,造成水泥-黄土浆液性质差异较大,黄土的粒径越粗,结石体的强度越高;与离石黄土浆液相比,马兰黄土浆液性能稳定,强度较高,更适宜于采空区充填注浆;水玻璃的掺入,使浆液黏度增大,结石率提高,凝结时间缩短,强度减小。本研究成果为采空区注浆设计和施工提供了新的思路。     

水泥-黄土注浆充填材料的试验研究

采空区危害巨大,目前主要采用注浆充填方式进行处置。水泥-粉煤灰浆液在采空区治理中得到了广泛的应用,但在一些采空区治理工程中,由于缺乏粉煤灰,需要寻找其他低成本的注浆材料。水泥-黄土浆液具有就地取材、工艺简单等优势,是替代水泥-粉煤灰浆液的首选。本文以陕西泾阳、甘肃兰州、山西吕梁黄土为研究对象,通过大量水泥-黄土浆液黏度、结石率、凝结时间、结石体强度等性质的试验,研究了水泥掺量、水固比、黄土类型、水玻璃掺量等因素对水泥-黄土浆液性质及其结石体强度的影响。试验结果表明:随黄土掺量的增加,结石体强度、浆体流动性降低,而凝结时间延长; 水泥-黄土浆液结石体早期强度较低,而后期强度增长较大; 黄土的地域性分布,造成水泥-黄土浆液性质差异较大,黄土的粒径越粗,结石体的强度越高; 与离石黄土浆液相比,马兰黄土浆液性能稳定,强度较高,更适宜于采空区充填注浆; 水玻璃的掺入,使浆液黏度增大,结石率提高,凝结时间缩短,强度减小。本研究成果为采空区注浆设计和施工提供了新的思路。     

深部岩溶多分支钻孔注浆水平间距设计研究

深部岩溶水害地面区域治理工程中,多分支近水平钻孔水平间距设计是决定治理工程是否高效的关键。以两淮煤田潘二矿为研究对象,采用数值模拟模拟浆液扩散,数值模拟表明浆液扩散半径与地层渗透率、注浆压力、水灰比呈正相关,与地层孔隙度呈负相关,并对数值模拟结果进行回归分析得到浆液扩散半径经验公式,采用示踪试验方法对浆液扩散半径经验公式进行修正。     

含孔洞裂隙岩体灌浆后力学特性的物理试验与数值模拟

对不同裂隙倾角的含孔洞裂隙模型试件进行单轴压缩试验,并使用RFPA 2D软件进行数值模拟,对比孔洞不充填和完全灌浆充填2种工况,研究灌浆体对试件应力环境、破裂模式及力学特性参数的影响。试验与数值模拟研究结果均表明:灌浆体减轻了应力集中,表现为最大压应力和最大拉应力下降,降幅分别为7.6%~9.8%、0.4%~9.8%。试件破裂模式、力学特性参数及其孔洞灌浆充填后的变化幅度与预制裂隙倾角紧密相关,水平和竖直裂隙这2种结构型式的试件均呈现为穿切岩桥的破坏模式;而倾斜裂隙试件的破坏受预制裂隙控制,使得峰值强度和残余强度最小,但这2种参数孔洞灌浆充填后的增幅最大。与孔洞不充填试件相比,孔洞完全灌浆充填的物理模型和数值模型试件峰值强度的增幅分别为5.45%~23.33%、4.18%~14.29%,残余强度增幅分别达到31.68%~161.71%、22.54%~73.85%。     

岩溶地区坝基帷幕注浆技术应用研究

岩溶地区坝基地层节理、孔隙、孔洞较为发育,坝基地层承载强度较弱易被冲刷、管涌,影响坝基的稳定。为了避免坝基被冲刷、管涌,保证坝基的稳定性采用了采用帷幕注浆技术。通过FLAC~(3D)数值模拟,可知:随灌注时间延长,钻孔内浆液的扩散半径呈扩大趋势。水灰比固定时,一定时间内注浆压力的提高与浆液扩散的范围成正比例关系。注浆压力在0.8~1 MPa的范围内为注浆工况最优值,水灰比大的浆液扩散半径更大,耗浆量更低。     

CRG桩在花岗岩持力层中的试验研究

CRG桩(预应力高强混凝土管注浆桩)取得了国家发明专利。介绍了CRG桩施工方法及试验桩施工情况,讨论了在花岗岩地层施工中遇到的孔内沉渣清理、管桩上浮及灌浆问题。对CRG桩的灌浆充填体进行了钻芯检测,发现充填体胶结质量不高,充填体强度低,影响桩身强度的提高。但静载试验表明,CRG桩的侧阻力和端阻力都得到充分发挥,单桩承载力比同直径的钻孔灌注桩有较大的提高。为在花岗岩持力层中CRG桩的试验积累了经验。     

聚乙烯醇硼酸钠新型注浆材料试验研究

通过对以聚乙烯醇为主剂 ,硼酸钠为交联剂的新型注浆材料进行粘度测试和结石体强度测试 ,分析了该注浆材料的可灌性和强度。并根据试验结果提出了灌注工艺     

劈裂式灌浆技术在孤石滩水库闸坝接头段隐患处理中的应用

针对闸坝接头段粘土心墙质量不合格、存在大量裂缝等问题,拟采用充填式灌浆法进行处理,但充填式灌浆试验结果表明：灌浆压力太小,不能灌进浆液。根据闸坝接头段粘土心墙中有2道刺墙、坝基为红色砂岩、溢洪道左侧闸墙等特殊情况,通过白氏“孔底注浆、全孔灌注”劈裂式灌浆的反复试验,表明在常规灌浆压力条件下,对坝体粘土心墙中下部段亦无法灌进浆液;在加强各项观测工作,严格控制坝顶劈裂缝某点最大宽度,使之等于4 cm（规范规定为3 cm之内）,且回弹比大于80 %的条件下,进行了大幅度提高灌浆压力的试验,最终确定中部灌浆段施工灌浆压力为0.15～0.23 MPa,下部灌浆段为0.25～0.40 MPa。结果表明,灌浆效果很好。其一,灌浆1年半后,所灌浆液充填、固结较好,且与周边土体胶结较好,灌浆后粘土心墙质量有所改善;其二,灌浆后至今7年多,经多次洪水考验,闸坝接头段无异常。     

水泥灌浆锚杆浆液材料改性的试验研究

通过室内水泥浆液正交试验,优选出水泥灌浆锚杆的水泥外加剂类型及加量比例,以提高锚杆固结水泥结石体的早期强度,在确保水泥浆液的可灌性条件下,可使水泥 (2~3d)凝期的强度提高 50%~100%,即将锚杆张拉与锁定的时间缩短到 2~3d左右,确保边坡支护体系的安全性。      

微生物灌浆的颗粒流细观力学数值模拟研究

基于流固耦合原理的PFC2D颗粒流数值模拟程序,运用其内置FISHTANK函数库和FISH语言,分别定义流体域的流动方程和压力方程,对微生物灌浆过程中菌液在地层中的扩散过程和形态进行了数值模拟计算。通过调节PFC命令流中的注浆压力p、时步step、水力传导系数perm等参数对菌液的注浆过程进行了模拟计算。数值模拟计算表明,灌浆过程中菌液与地基土的作用形式与灌浆压力大小密切相关,过高的注浆压力会对地层结构造成一定的破坏。对钻孔周围土体的应力状态进行了理论推导和分析,理论推导结果与数值模拟结果相符。劈裂灌浆作用发生时,孔隙率和应变率均增加。