考虑时变性影响的盾构壁后注浆浆液固结及消散机制研究

在盾构管片壁后注浆时,由于浆液渗透压的存在,浆液会向外渗透,浆体本身逐渐固结,作用在管片上的注浆压力逐渐消散。考虑到浆液往周边地层渗透过程中由于黏度的变化会引起地层渗透系数的变化,推导了基于浆液黏度时变性的浆体固结变形方程和浆液压力消散方程,分析了浆液固结、消散及浆液压力沿管片外壁分布规律,为精细化分析施工阶段管片受力提供了计算依据。计算结果表明：浆液从注浆口喷出后,浆液黏性的增大使浆液流动性减小,注浆压力消散幅度减小,浆液消散持续时间变短。浆液配比与围岩渗透系数变化对注浆压力消散幅度及消散持续时间存在一定影响。现场实测结果与理论计算结果较为一致。在进行壁后注浆时,应充分考虑时变作用下浆液消散作用的影响。     

裂隙注浆偏流机理及帷幕体采动效应研究综述与展望

注浆堵水是地下工程和矿山水害防控的常用技术措施,但是,目前浆液扩散机理与采动效应的研究滞后于工程实践的要求,制约了注浆工程科学有效地实施。本文跟踪裂隙岩体中注浆浆液扩散研究,受裂隙地下水“偏流效应”启发,提出了深部矿山裂隙岩体动水注浆浆液扩散偏流效应的命题,包括2个关键科学问题：裂隙岩体动水注浆浆液扩散偏流机理、偏流形成的“浆-岩”组合体采动变形破坏和渗透性变化机理。结合研究趋势,提出了跨学科综合研究方法。以典型矿山注浆防治水工程为背景,研究深部矿山水文地质结构及其采动时空演化,揭示裂隙岩体动水条件下注浆浆液扩散偏流机理及其影响因素,获得裂隙岩体内帷幕注浆形成的三维异形“浆-岩”组合体形态和力学特性,建立浆液偏流扩散数学模型,构建“浆-岩”组合体渗透性采动效应评价方法,为深部矿山水害防治和安全生产提供科学基础。     

锦屏一级水电站深部裂缝控制性灌浆技术研究

针对锦屏一级水电站深部裂缝加固技术难题,在对深部裂缝工程地质特征及其灌浆加固技术特点分析基础上,对水泥-水玻璃控制性灌浆技术进行了研究。首先对水泥-水玻璃灌浆作用机理进行分析,然后主要从胶凝时间和强度两方面对水泥-水玻璃浆液进行试验研究,分析了水玻璃和缓凝剂加量对浆液胶凝时间和强度的影响规律,并按初凝时间为5min的情况进行了水泥-水玻璃浆液配比设计。最后,提出采用水泥-水玻璃双液孔口混合式灌浆方法,采用自上而下、孔口封闭、纯压式灌浆方式对深部裂缝进行固结灌浆加固处理。由此初步建立了锦屏一级深部裂缝灌浆加固处理技术研究方案。     

富水断裂带优势劈裂注浆机制及注浆控制方法研究

注浆是处治隧道塌方、突水突泥等地质灾害的有效手段,但对于岩体结构多样、结构面发育的富水断裂带,注浆理论及控制技术尚不成熟。基于富水断裂带内部岩体结构,建立了注浆概念模型,提出了优势劈裂注浆概念。基于广义宾汉流体本构方程,建立单一平板优势劈裂注浆扩散模型,推导了考虑浆液流变特征的优势劈裂注浆扩散控制方程。由方程可知,注浆速率、注浆压力及浆液黏度是影响注浆扩散的3个主控因素。深入分析了优势劈裂注浆过程中3个主控因素对注浆扩散的影响规律,基于此提出优势劈裂注浆控制方法,形成了注浆压力差异控制、控制液动态调节及注浆速率梯度控制3项关键技术,促使浆液在优势结构面内控制性扩散。研究成果成功应用于江西省某隧道断裂带塌方处治工程中,取得良好治理效果,对隧道断裂带地质灾害控制理论研究和工程实践具有一定指导意义。     

水泥基速凝浆液裂隙扩散机制与压力特性试验研究

水泥基速凝浆液广泛应用于富水裂隙围岩注浆工程。为研究水泥基速凝浆液在裂隙注浆中的扩散机制与压力特性,选取水泥-水玻璃浆液及高聚物改性水泥浆液,采用不同水灰比及混合体积,开展了静水条件下单一平板裂隙的注浆扩散模型试验,通过监测浆液的注浆扩散形态和注浆过程中不同测点的压力变化,研究了水泥基速凝浆液的静水扩散规律和注浆扩散压力分布规律。试验结果表明,水泥-水玻璃浆液和高聚物改性水泥浆液具有相似的扩散形态和压力分布变化,两者的显著差别在于高聚物改性水泥浆液扩散所需的注浆压力明显小于水泥-水玻璃浆液,且凝结固化时间相对较长,有利于延长注浆扩散距离。研究结果应用于张马屯铁矿注浆堵水工程,解决了裂隙岩体渗漏水问题,实现了围岩稳定性控制。研究成果具有一定的理论和实践意义,对类似工程具有参考价值。     

锦屏一级水电站f5断层、煌斑岩脉复合灌浆技术研究

锦屏一级水电站发育的f5断层和煌斑岩脉对坝基的变形稳定、基础应力传递等极为不利,严重影响大坝稳定性及安全运营。针对f5断层、煌斑岩脉水泥灌浆存在的问题,结合f5断层和煌斑岩脉工程地质特征,开展f5断层、煌斑岩脉的水泥-化学复合灌浆加固技术研究。首先,对水泥-化学复合灌浆的作用机理进行分析,从灌浆材料、灌浆方法、现场灌浆试验、灌浆效果评价等方面进行了分析研究。研究结果表明,所采用灌浆材料可灌性较好,施工工艺、灌浆参数基本合理; 灌浆后岩体透水性得到了改善,对f5断层、煌斑岩脉声波波速、变形模量等有一定程度提高,但仍然没有达到设计要求。基于水泥-化学复合灌浆存在的问题,分别从灌浆材料、灌浆参数和灌浆质量检查等方面提出了优化建议。     

An investigation of the effects of important grouting and rock parameters on the grouting process

Today, grouting is used as an aid in ground improvement in most civil and mining engineering projects. Groutability and grout penetration depth are among the most important issues that are considered in grouting operation. Various parameters such as in-situ stress, pore water pressure, joint geometric and geomechanical characteristics, grout properties (viscosity and yield stress) and technical factors such as grouting pressure and flow rate affect the groutability and grout penetration depth in a jointed rock mass. Knowledge of the effect of these parameters has advantages in the prediction of grouting results. Typically, cement-based grout is used in jointed rock masses. Unlike water, stable cement-based grout usually acts as a Bingham fluid. In this study the effect of important parameters on grouting process in a jointed rock mass was investigated numerically using the DEM method. In the conducted study, the problem geometry represents a horizontal section in a regularly jointed rock mass with two joint sets. The analyses results show that the grout penetration depth and intake increase as joint aperture, normal stiffness and grouting pressure increase and in-situ stress and pore water pressure decrease. Increase in joint spacing does not have any effect on the grout penetration depth but decreases the grout intake. The effect of joint orientation on grouting process is strongly dependent on in-situ stress state. On the other hand, increase in grout yield stress decreases the grout penetration depth and intake, while grout viscosity does not have any effect on maximum grout penetration depth and intake. To further investigate the above mechanisms, the grouting process conducted in Gotvand dam-Iran was simulated numerically.     

软岩巷道锚注支护时机优化研究

锚注支护技术是维护软岩巷道围岩稳定的一种有效方式,支护时机的选择对巷道支护效果具有很大的影响。根据对破裂软岩注浆加固后的力学特性分析,运用FLAC2D软件的应变软化本构模型,对软岩巷道最佳锚注支护时机进行了数值模拟优化分析,结果表明：随着注浆时机的滞后,浆液在围岩中的流动渗透范围逐渐增大,但注浆加固后的围岩强度却逐渐降低,巷道围岩变形表现出“先减小、后增大”的趋势。据此,提出了一种综合运用数值模拟优化和现场监测确定巷道最佳锚注支护时机的方法,并应用于工程实践,取得了良好的效果。研究成果对软岩巷道锚注支护施工和设计具有指导意义     

烧变岩体特性及其注浆扩散行为研究

烧变岩是煤层自燃引起周围围岩变质而形成的特殊类岩石。通过现场取样,在实验室对烧变岩试样进行了物理力学性质测试,试验结果表明：烧变岩的含水率略有降低,而力学强度普遍增强,泊松比略变小,烧变岩体裂隙发育。注浆压力作用下,分析了裂隙尖端的劈裂情况,在此基础上,利用宾汉浆液扩散模型编制了浆液在裂隙网络中的流动扩散程序,可以模拟浆液在非贯通裂隙网络内的流动扩散范围。最后对柠条塔井田烧变岩体进行注浆试验,利用浆液流动模拟程序进行了注浆压力的优化选择,并将实际浆液扩散范围与程序模拟浆液扩散范围进行对比,二者结果较吻合,该程序可以用来指导现场注浆工程参数设计和施工,同时烧变岩体注浆试验也为类似工程注浆施工提供一定的参考依据。     

煤层底板水害区域注浆治理影响因素分析与高效布孔方式

对于导、含水岩层进行超前区域注浆改造与加固是华北型煤田煤层底板岩溶水害防治的主要技术手段。根据超前区域注浆改造技术应用的矿井水文地质基本原理,结合煤层底板水文地质结构、采动影响、定向钻进成孔与浆液扩散能力,以及受注岩层边界条件等因素,分析了治理煤层底板薄层灰岩与厚层灰岩水害的超前区域注浆改造与加固的一般应用模式。并从受注岩层地质条件、注浆材料、注浆工艺等方面,分析得出受注层的空隙连通性、开启性、粗糙性、孔隙水承压性,注浆材料的粒度、黏滞性、时变性、结石能力,以及注浆压力、钻孔空间布置、注浆方式等,是影响煤层底板岩溶水害超前区域注浆治理效果的主要因素。另外,依据注浆过程中有效注浆压力计算公式,分析得出浆液在钻孔和裂隙中流动时由于受到钻孔和岩层空隙综合阻力的抑制,水平孔中沿程有效注浆压力逐步衰减,易形成“锥形”浆液扩散范围。最后,针对目前常用的超前区域注浆孔水平段分支孔平行布孔模式,由于间距过大和有效注浆压力衰减可能造成的注浆孔间盲区问题,根据注浆孔水平段有效注浆压力与浆液扩散范围的衰减规律,以消除注浆盲区为目标,提出了长距离错位平行分支孔、长距离逆向互补弧形分支孔、短距离羽状分支孔等3类注浆孔高效布孔模式,可为煤层底板水害超前区域高效治理技术科学应用提供依据。      

岩溶突水治理浆材的试验研究

以深部地下工程的加固和高压突水治理为研究对象,对一种新型化学注浆材料的化学反应封堵机制进行了可行性分析,并针对化学浆液的流动性、渗透性、抗冲刷性以及固结体的强度、水质毒理等因素进行了室内试验研究,详细地分析了浆液的物理化学特征,给出了浆液最佳配比值以及相应的性能指标。结合高压突水工程实例,开展现场注浆封堵试验,检验浆材用于突水封堵治理的可行性,并与超细水泥、水泥-水玻璃、尿醛树脂等常见注浆材料的封堵效果进行对比。试验结果表明：该化学浆液具有反应块、强度高、抗冲刷性强、无毒以及良好的渗透性和遇水膨胀功能,在现场应用中表现出良好的可控性和可泵性以及理想的注浆效果,与水泥类和一些常用化学浆材相比,具有运输快捷、配料方便、工艺简单的优点,所得结论对后续研究具有重要借鉴意义。     

Grouting Rock Fractures with Cement Grout

The radial flow rate of a cement grout in a rock fracture is obtained from Bingham’s relation and the fact that the power expended by the injection mechanism is the energy dissipated by viscous effects. The energy balance reveals that the advance ratio is of fundamental importance in the grouting process and is inherently related to the rest and advance phases of a cement grout. This allows giving a precise definition of the zero flow path that divides the energy diagram into two distinct domains for advancing and non-advancing grout. The advance ratio and the zero flow path are used to explore the grouting of one or more fractures, analyze the GIN model in the context of the SL dispute, draw a terminal sequence considering the energy interval alternative, and reformulate the refusal criterion of the North American grouting method. Secondary grouting effects are also investigated.     

注浆锚杆完整性检测方法研究

采用理论分析和实验室测试的方法对锚固锚杆和自由锚杆中的导波传播规律进行了研究,并在频率为20 kHz～ 3 MHz范围内对锚固锚杆和自由锚杆波的传播速度进行了测试,发现锚固锚杆内不同频率的导波传播速度对锚固介质具有不同的敏感性。低频率段（20～200 kHz）的导波传播速度对锚杆锚固质量较为敏感,自由锚杆和锚固锚杆中导波的传播速度相差较大,适合于检测锚杆的锚固质量。高频率段（1～3 MHz）的导波传播速度对锚杆锚固质量不敏感,导波的传播速度基本不变,适合于锚杆完整性检测。探索了利用高频段多频率导波检测锚固锚杆长度的方法。实验室检测结果显示,本检测方法具有很高的精度     

"抽注式"注浆法探讨

目前孔隙性围岩注浆参数大多是根据浅表土的渗透系数确定的，这不适合深层土注浆。本文从注浆压力对浆液扩散影响最显著的特点出发，提出用注浆孔与抽水孔同时工作的方法，这种方法可使浆液水力坡度增大，增加浆液有效扩散半径，提高深表土层注浆效果。     

Real‐scale miscible grout injection experiment and performance of advection–dispersion–filtration model

A model was developed, to describe miscible grout propagation in a saturated deformable porous medium, based on Bear's statistical model with spatial volume averaging. In a previous paper, the model was first successfully confronted to one‐dimensional laboratory experiments. In the present paper, the numerical model is used to simulate practical grouting operation in a cylindrical injection model. The cylindrical injection model lends itself to study main flow and propagation character istics for a dispersed suspension‐type grout, under axisymmetric conditions close to real scale conditions. Comparison between numerical solutions and experimental results is essential to confirm the validity and accuracy of the proposed model from a phenomenological standpoint. The numerical model performances show that the underlying mathematical model constitutes a realistic predictive model reproducing most prominent features during injection of a suspension‐type grout into a deformable porous medium. The basic mechanism by which injected miscible grout permeates a soil mass is discussed in detail. Such a tool leads to quality control criteria for grouting on a theoretical basis, which complements existing criteria acquired through engineering practice. Copyright © 2001 John Wiley & Sons, Ltd.     

黑山煤田封堵涌水孔段的浆液和注浆方法

黑山煤田处于沙漠边侧,地层有纯砂粒构成的、透水性较強的中细砂层,这类地层中如含有承压水时,会发生钻孔涌水,对于中细砂涌水钻孔,用泥浆冲孔时,可通过适当增大泥浆相对密度,来压制地下水涌出,ZK18-28孔是涌水孔,也是采用绳索取心钻进的孔,因此不宜使用高相对密度泥浆。用套管亦未奏效。若用注浆法,对于中细砂层是不适用水泥浆的。而溶液型浆液的注浆封堵中细砂层,在技术有可行性,对于涌水压力不大的孔,又有可用低强度,因而也是低成本的浆液,因此选择了比较亷价的水玻璃类的SPN浆液,并采用双隔离塞的注浆法,在ZK18-28孔中取得了封堵中细砂涌水层的初步封堵效果。     

Rock Mass Grouting in the Løren Tunnel: Case Study with the Main Focus on the Groutability and Feasibility of Drill Parameter Interpretation

The Løren road tunnel is a part of a major project at Ring road 3 in Oslo, Norway. The rock part of the tunnel is 915 m long and has two tubes with three lanes and breakdown lanes. Strict water ingress restriction was specified and continuous rock mass grouting was, therefore, carried out for the entire tunnel, which was excavated in folded Cambro-Silurian shales intruded by numerous dykes. This paper describes the rock mass grouting that was carried out for the Løren tunnel. Particular emphasis is placed on discussing grout consumption and the challenges that were encountered when passing under a distinct rock depression. Measurement while drilling (MWD) technology was used for this project, and, in this paper, the relationships between the drill parameter interpretation (DPI) factors water and fracturing are examined in relation to grout volumes. A lowering of the groundwater table was experienced during excavation under the rock depression, but the groundwater was nearly re-established after completion of the main construction work. A planned 80-m watertight concrete lining was not required to be built due to the excellent results from grouting in the rock depression area. A relationship was found between leakages mapped in the tunnel and the DPI water factor, indicating that water is actually present where the DPI water factor shows water in the rock. It is concluded that, for the Løren tunnel, careful planning and high-quality execution of the rock mass grouting made the measured water ingress meet the restrictions. For future projects, the DPI water factor may be used to give a better understanding of the material in which the rock mass grouting is performed and may also be used to reduce the time spent and volumes used when grouting.     

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。     

重庆小南海水库地震堆积坝体帷幕灌浆试验研究

小南海地震堆积坝体孤块石多,孔隙率大,局部架空现象明显,防渗整治难度较大。灌浆试验采用硬质合金或金刚石钻头回转钻进、泥浆护壁的钻孔方法,采用孔口封闭、自上而下分段、孔内循环式的灌浆方法,使用水泥粘土浆液,适当提高中排孔的灌浆压力,可以较好地解决堆积坝体的渗漏问题。从灌浆试验成果、检查孔压水试验及岩芯采取情况分析,灌浆效果明显,达到了试验的预期目的。     

基于流体体积法的劈裂注浆有限元分析

劈裂注浆作为一种有效的土体加固方法,其理论研究落后于工程实践。提出了基于弥散裂缝模型和流体体积法的劈裂注浆有限元分析方法,并通过ABAQUS二次开发编写劈裂注浆有限元程序。数值分析结果能与室内试验较好吻合,验证了有限元算法的合理性。在此基础上研究了注浆孔埋深和注浆流量对劈裂浆脉形状的影响。结果表明,劈裂注浆过程可分为起劈和劈裂发展两个阶段。当劈裂浆脉扩展到模型边界后,继续注浆会引起注浆压力的大幅提高和已有浆脉宽度的增加。随着注浆孔埋深的增加,浆脉分支减少,长度减小,宽度增加,劈裂浆脉形状的主要控制因素从土体参数的随机性变成大小主应力值的差异。注浆量一定的情况下,注浆速率越大,劈裂浆脉长度越短,宽度越大,注浆终压也越大。研究为劈裂注浆的工程应用提供理论支撑。