饱和土中劈裂灌浆压力研究

在塑性力学和大变形理论的基础上,分析土体在劈裂灌浆初始阶段的力学机理。将劈裂灌浆的初始阶段视为无限土体中的圆孔扩张问题,并将圆孔周围土体中的应力分布分为两个区域。在弹性区中土体服从小变形假设,在塑性区中服从大变形假设。利用水力压裂理论和圆孔扩张理论,假设孔隙水压力大于或等于初始应力与扩张应力增量之和时,土体将出现拉应力,若拉应力超过土的抗拉强度,土体将产生开裂,此时的灌浆压力就为初始劈裂灌浆压力。当土体在灌浆压力作用下,大小主应力正好换位时,则出现劈裂时的灌浆压力就为二次劈裂灌浆压力值,推导出饱和土体劈裂灌浆压力的理论公式。该理论的计算结果与工程实测结果比较接近,初步证实了该理论的可靠性。     

软土地基注浆扩散过程数值模拟研究

廊沧高速公路K132+177～K132+258软土地基主要由低液限中、高压缩性黏土层组成,属于滨海沉积类型,采用静力注浆方法进行了加固处理,并在现场分别对全孔一次性和自上而下分段式注浆施工方式进行了试验及室内研究。基于该路段软土地基地基物理力学性质和注浆试验地表变形观测资料,利用FLAC3D软件对该软土地基在不同注浆方式（全孔一次性注浆、自上而下分段式注浆）和在0.5、1.0 、2.0 MPa注浆压力作用下浆液在土层中的扩散过程进行了分析。其结果表明,在相同注浆压力作用下,自上而下分段式注浆效果比全孔一次性注浆效果好,而注浆压力的增大对浆液在土层中的扩散是有利的,但压力过大会导致地面冒浆,应根据现场实际情况选择合理的注浆压力     

An elasto‐plastic three phase model for partially saturated soil for the finite element simulation of compressed air support in tunnelling

This paper presents a fully coupled finite element formulation for partially saturated soil as a triphasic porous material, which has been developed for the simulation of shield tunnelling with heading face support using compressed air. While for many numerical simulations in geotechnics use of a two‐phase soil model is sufficient, the simulation of compressed air support demands the use of a three‐phase model with the consideration of air as a separate phase. A multiphase model for soft soils is developed, in which the individual constituents of the soil—the soil skeleton, the fluid and the gaseous phase—and their interactions are considered. The triphasic model is formulated within the framework of the theory of porous media, based upon balance equations and constitutive relations for the soil constituents and their mixture. An elasto‐plastic, cam–clay type model is extended to partially saturated soil conditions by incorporating capillary pressure according to the Barcelona basic model. The hydraulic properties of the soil are described via DARCY 's law and the soil–water characteristic curve after VAN GENUCHTEN . Water is modelled as an incompressible and air as a compressible phase. The model is validated by means of selected benchmark problems. The applicability of the model to geotechnical problems is demonstrated by results from the simulation of a compressed air intervention in shield tunnelling. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.     

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。     

基于弹性力学的诱导劈裂注浆机制分析

针对隧道内水平超前劈裂注浆中浆液劈裂方向随机性的问题,提出一种诱导劈裂注浆方法,可以控制和改变浆液的劈裂方向。首先,基于弹性力学理论及其基本假定,分析竖向地应力大于水平地应力条件下对单一土层进行劈裂注浆时浆液沿竖向劈裂的力学机制,在此基础上探讨改变浆液劈裂方向为水平劈裂的必要性和诱导方法,并从应力集中的角度分析诱导劈裂注浆的力学机制;其次,采用有限元法研究注浆孔孔周劈裂方向控制点的应力随侧向压力系数和诱导孔与注浆孔间距变化而变化的情况,得出实现诱导劈裂注浆时两孔间距及侧向压力系数应满足的条件,并拟合两孔间距临界值的计算公式。结果表明：在离注浆孔上、下方4倍注浆孔径以内对称布设诱导孔,改变了注浆孔孔周劈裂方向控制点的应力场。当两孔间距小于实现诱导的临界距离值时,注浆孔孔周控制点的应力大小发生转换,浆液的劈裂方向发生改变,将沿水平方向劈裂。诱导孔与注浆孔间距的临界值会随着侧向压力系数的增大而逐渐增大。     

立井井筒地层注浆加固实测数据分析

针对某矿地层注浆治理立井井壁破裂工程期间获得的大量实测数据,分析处理得出相应无量纲影响因子以及任意注浆段注浆活动对井壁中任意监测点竖向应变改变量的影响关系式。结果表明,注浆孔位与监测点的空间相对位置、注浆压力及注浆量对监测点的竖向应变改变量的影响均属非线性,其中竖向相对位置影响较为显著。     

饱和软土中钻孔灌注桩竖向承载力时效分析

针对目前饱和软土中钻孔灌注桩竖向承载力时间效应研究不多的情况,结合现场试验对饱和软土钻孔灌注桩承载力时间效应机理进行了分析。结果表明：随着时间增长,桩周被扰动土的结构强度逐渐恢复,摩阻力逐渐增加,钻孔灌注桩竖向承载力呈现一定的时效性,但不宜扩大桩竖向承载力的时效作用,时间效应可对桩竖向极限承载力产生10 %以上的影响。     

袖阀管注浆技术改性土体研究及效果评价

注浆技术作为一种有效的岩土工程施工方法,理论研究远落后于工程应用。在简要分析袖阀管注浆原理及注浆机制类型的基础上,采用岩土颗粒流程序,从微观上模拟了单孔条件下不同注浆压力对土体改性效果的影响,认为随注浆压力的提高,土体出现显著的压密效应,拉应力增加且范围扩大,并产生劈裂注浆效应,尤其是注浆孔周围土体,空间置换率较大;同时模拟了多孔状态下浆液扩散、土体压密及劈裂效应产生的过程,认为对于土体改性存在一合理的注浆压力,浆液挤压土体并在土体中产生劈裂缝,在多孔之间贯通、交叉,形成网状浆脉,土体得到整体改性。模拟结果与现场注浆试验取得了较为一致的结果,土体改性效果良好。     

土体劈裂灌浆力学机理分析

为了在塑性力学和大变形理论的基础上分析土体在劈裂灌浆初始阶段的力学机理,将劈裂灌浆的初始阶段视为无限土体中的圆孔扩张问题,并将圆孔周围土体中的应力分布分为3个区域。在弹性区中土体服从小变形假设,在软化区和流动区中土体服从大变形假设。根据应力平衡方程以及应力和应变连续的边界条件,推导出劈裂灌浆初始阶段的最终扩孔压力和最终扩孔半径的理论解答。同时,还分析了灌浆压力、最终扩孔半径、土体的泊松比和大变形以及压缩模量之间的相互关系。该理论的计算结果与工程实测结果比较接近,初步证实了该理论的可靠性。     

考虑流变性状的软土地基固结有限元分析

对具有流变性状的软土地基固结特性进行了研究,编制了相应的有限元程序。利用该程序对某高速公路软土地基固结问题进行了计算和分析。通过计算结果与实测结果的对比可得到以下结论：在软土地基的固结变形计算中,考虑流变性状的影响是必要的,其计算值与实测值比较吻合。     

大直径盾构进出洞加固体稳定性判别方法研究

从监测指标和监测范围两个方面对钱江隧道盾构进出洞加固体稳定性的实时判别进行了研究,即首先在分析板块理论和弹塑性静力学理论的基础上,提出能实时反映盾构进出洞加固体稳定性的监测项目,包括水土压力P及其相应的稳定性评价指标 、 ,而后采用理论分析和试验研究加固体的破坏模式,在此基础上,提出加固体实时监测点布置方案。通过监测点的合理布置,监测加固体所受水土压力P,计算 、 ,可实现加固体稳定性的实时评价     

声波速度与注浆固结体单轴抗压强度关系的试验研究

为将声波速度应用于注浆质量检测中,就声波速度与注浆固结体单轴抗压强度之间的关系进行了研究。在扼要介绍了室内声波测试方法的基础上,重点论述了利用回归分析方法,研究声波速度与注浆固结体单轴抗压强度的相关关系,并给出了声波速度与注浆固结体单轴抗压强度关系的数学模型。     

上海淤泥质粘土注浆劈裂效应的细观分析

劈裂注浆是目前应用最广泛的一种注浆方法,理论研究落后于实际应用。基于颗粒流理论中的流固耦合原理,对上海淤泥质软粘土劈裂注浆过程进行了颗粒流模拟研究,从细观角度研究了土体劈裂过程中裂隙的形态以及土体孔隙率、应力变化,并与相关的试验结果进行比较。结果表明,运用颗粒流理论及程序研究土体注浆劈裂问题是可行的,且在可视化角度上具有很好的优势,可以直接观察到土体劈裂产生及发展的全过程。     

注浆体对土钉受力特性的影响研究

基于土钉抗拔力学模型的解析解,结合现场土钉抗拉试验工程实测数据,分析了水泥注浆体弹性模量Eg及钉土剪切变形系数K的变化对土钉受拉力学特性的影响。结果表明,随着Eg的增大,最大荷载下钉头位移逐渐减小,浅部钉土间相对位移和剪力有所减小,而深部则有所增大。Eg越大,钉土间相对位移和剪力沿钉身的变化越小,各部分侧阻分布趋于均匀。随着K的增大,最大荷载下土钉沿钉长各处的相对位移均减小,且减小比率逐渐降低,注浆对土钉的影响逐渐趋弱。相同变化率下K对土钉荷载-位移曲线的影响要大于Eg,而对钉土间剪力的影响则不及Eg的影响大。     

软土地区土压盾构隧道掘进施工风险模糊评估

首先确定了软土地区土压式盾构掘进施工主要风险,针对掘进施工风险的随机性与模糊性特点,提出采用模糊综合评价模型对其进行研究,其中采用层次分析法计算各风险事件的相对权重,并采用梯形隶属函数来计算各风险事件对风险水平的隶属度,将风险事件的权重与风险事件对风险水平的隶属度进行模糊综合运算,可得出掘进施工的总体风险水平,最后通过算例进行实证研究,评价结果基本能反映实际情况。     

地层中粉细砂在盾构壁后注浆中的再利用研究

南京长江隧道主要穿越的地层为粉细砂,这种地层具有良好的级配,如果开挖后直接排放易造成堆放环境问题,也造成了资源的浪费。为此,研究了开挖排放的粉细砂在盾构壁后注浆中的再利用的问题。通过考虑地层不均质性--土砂比,研究了各种渣土情况下的浆液性质的变化。结果表明,盾构开挖排放的粉细砂渣土能够满足盾构壁后注浆施工的要求,浆液配方应根据土砂比的变化,快速作出调整,以保证浆液的性质不发生较大的变化。     

Analysis of settlement and lateral deformation of soft clay foundation beneath two full-scale embankments

In 1986, the Malaysian Highway Authority constructed a series of trial embankments on the Muar Plain (soft marine clay) with the aim of evaluating the effectiveness of various ground improvement techniques. This study investigates the effect of two such ground improvement schemes: (a) preloading of foundation with surface geogrids and synthetic vertical drains and (b) sand compaction piles. The paper is focused on the finite element analysis of settlements and lateral displacements of the soft foundation. In scheme (a), the numerical predictions are compared with the field measurements. In scheme (b), only the numerical analysis is presented and discussed in the absence of reliable measurements due to the malfunctioning of the electronic extensometer and inclinometer system during embankment construction. The current analysis employs critical state soil mechanics, and the deformations are predicted on the basis of the fully coupled (Biot) consolidation model. The vertical drain pattern is converted to equivalent drain walls to enable plane strain modelling, and the geogrids are simulated by linear interface slip elements. The effect of sand compaction piles is investigated considering both ideal drains and non-ideal drains, as well as varying the pile stiffness. © 1997 by John Wiley & Sons, Ltd.     

南京地铁软-流塑淤泥质地层劈裂注浆试验研究

针对南京地铁南北线一期工程某区间隧道软-流塑地层的大管棚加小导管超前注浆预加固工程,对软-流塑淤泥质地层劈裂注浆加固的机理及主要影响因素进行了分析,对注浆效果、浆体材料及配比进行了试验研究.现场试验表明,采用劈裂注浆加固是可行的,且效果显著.     

极软岩巷道锚注加固注浆材料研究与应用

锚注加固是一种理想的改善软岩巷道的围岩承载性能的措施。在实验室对粉煤灰-水泥锚注加固注浆材料的流动性、析水性及抗压强度进行了试验研究,找出了注浆材料的适宜配比,即粉煤灰掺量在20 %以下,水灰比为0.65～0.70,并在新集三矿极软岩巷道修复加固中进行了应用。