黏土水泥浆材特性的试验研究

黏土水泥浆材是采空区处治的优选注浆材料,但目前关于优化浆材配比的研究较少。针对毕威高速公路水塘隧道出口段采空区处治工程,提出采用黏土水泥浆液进行注浆处理,并进行室内试验研究,得到了不同配比浆液的凝结时间、结石率、结石密度、结石体抗压强度、渗透系数及冲蚀率等性能指标。试验结果表明,固相比较低的浆液凝结时间较短,抗压强度较高,渗透系数较大;随原浆比重增加,浆液的凝结时间缩短,强度提高且渗透系数降低;偏铝酸钠可有效缩短浆液的凝结时间;最终确定了黏土水泥浆材的配比和原浆比重。本次研究可为高速公路下伏采空区的注浆治理提供设计依据。     

碳纤维增强型灌浆材料实验研究

灌浆材料中加入碳纤维,可显著改善材料固结体的力学性能.通过正交试验,求得普通水泥浆液中碳纤维的最优掺量.在此基础上,添加助剂,配制出的浆液,流动性能较好,结石体抗压强度略高,抗折强度增强.并测试浆液的基本性能,总结碳纤维对结石体的增强机理.     

水泥基注浆材料析水时变特性量化试验研究

水泥基胶结性材料是注浆工程中最常见的注浆材料,这类材料存在明显的析水效应,获得析水厚度的量化公式有助于提高浆液扩散半径的计算精度。通过试验观察叶腊石粉掺量(0%~35%)、聚乙烯醇掺量(0%~8%)与粉煤灰掺量(0%~90%)3种掺合料在水泥基浆液中的析水过程,获得三者的析水率、结石率、最终析水时间与析水厚度变化情况,认定浆液的析水厚度变化存在一定规律的析水时变特性,并引入皮尔生长曲线模型与幂函数模型,对其进行量化。结果表明:3种掺合料都可以降低析水率,其中,叶腊石粉对水泥基注浆材料析水率的影响程度最大,其次为粉煤灰,最后为聚乙烯醇;3种掺合料都可以增加结石率;叶腊石粉可以有效缩短浆液的最终析水时间,聚乙烯醇在1.5%~8.0%掺量内可以缩短浆液的最终析水时间,粉煤灰在10%~60%掺量内可以缩短浆液的最终析水时间;3种掺合料掺量的变化曲线都呈现半“C”形;采用数学模型对析水厚度数据进行拟合分析,由拟合优度R2评判可知,幂函数模型优于皮尔生长曲线模型,析水厚度变化规律比较符合幂函数模型。研究成果可为改良注浆材料和完善非稳定浆液运移扩散理论提供重要的基础数据。      

粘土水泥固化浆液在某垃圾卫生填埋场防渗帷幕注浆工程中的应用

城市垃圾卫生填埋场对防渗帷幕注浆的要求较高,单纯的水泥注浆,由于水泥颗粒较粗、水泥浆液凝固时的析水率较高、水泥固结体抗酸稳定性较差,很难满足设计对防渗的要求．采用粘土水泥固化浆液相关性能均能满足垃圾填埋场防渗帷幕的要求。在长沙市垃圾卫生填埋场中应用实践行之有效,为此类帷幕注浆工程提供了一种较好的注浆方法。     

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。     

黏度时变性灌浆材料加固碎裂岩体应用研究

针对普通水泥浆流动时间长、早期强度低、可灌性差,在复杂岩体注浆中质量难以保证的问题,提出以普通水泥浆为基浆,对普通水泥浆适当掺加外掺剂进行改良,以调节水泥水化及硬化进程,形成SJP黏度时变性灌浆材料。其特征主要为浆液初始流动性好,浆液黏度增长缓慢,浆液过可泵时间后其黏度将迅速增大,浆液在可泵时间内保持良好的可灌性;浆液流动时间可控,可泵时间到初凝时间间隔短,浆液不易被冲蚀;同时浆液固结体具有前期强度增长快,后期强度高的特点;可以根据不同岩层特点,改变外掺剂的加入量,可以形成与地层良好适应性的灌浆材料。应用结果表明:对于陡倾、宽缝、碎裂岩体,SJP黏度时变性灌浆材料具有良好适宜性,可以作为锚杆灌浆材料,在减少材料用量的同时,可缩短工时,灌注质量满足设计要求。SJP灌浆材料已应用到坝基加固、房屋地基处理、地质灾害治理工程中。     

陕北采煤沉陷区黄土基注浆材料性能试验及配比优选

注浆法是采煤沉陷区的主要治理方法,浆材对注浆效果和成本影响很大。以陕北地区黄土-水泥-添加剂混合浆液为研究对象,采用单因素及正交试验对黄土浆液的黏度、凝胶时间、结石率及28 d单轴无侧限抗压强度进行试验研究,对各指标的影响因素及变化规律进行分析,同时,建立黄土基浆液的GA-BPNN预测模型,通过GA多目标全局寻优,优选出一定强度下成本最低的浆液配比。试验结果表明：黄土水泥浆液与陕北地区普遍采用的水泥粉煤灰浆液性能相近,成本大幅降低,黄土基注浆材料密度及结石率受水固比影响最为明显,黏度主要受水固比及黄土（水泥）掺量影响,28 d强度主要受黄土（水泥）掺量影响;采用GA-BPNN构建模型预测的黄土基注浆材料性能预测值与期望值相对误差为0.74%~1.83%,预测结果精度高,可满足实际应用需求。移动阅读     

复杂地层钻进中可控复合浆液的研制

复杂地层钻进中常用的注浆材料需要良好的时间可控性和固结体强度,因此研制一种可控时间、增加固结体强度、效果良好的注浆浆液是有意义的。针对以上问题,利用正交试验的方法研制了一种复合注浆材料。在不饱和聚酯中添加水泥及引发剂、促进剂使浆液在要求时间内固化,最终配方的固化时间为62 min,抗压强度为32.6 MPa。该浆液作为化学浆液具有可注性好、浆液粘度低、能注入到细微裂隙中的优点,固结体强度高,并且塑性性能良好,由于在浆液中添加了水泥,降低了成本,较之一些化学浆液有一定的优势。     

考虑黏度时变性的水泥浆液盾构壁后注浆扩散规律及管片压力模型的试验研究

对水泥浆液黏度时变性进行了试验研究,证实了工程常用水灰比范围内水泥浆液服从宾汉姆流体特性;不同水灰比浆液黏度均随注浆时间增大而大幅度增加。根据试验结果,考虑注浆过程中水泥浆液黏度随时间的变化,对盾构壁后注浆水泥浆液的扩散规律及因注浆而造成的管片压力进行了推导及分析。计算表明：相同注浆时间条件下,水泥浆液扩散半径及注浆对管片产生的压力值均随注浆压力的增大而增大。考虑浆液黏度时变性后,扩散半径、注浆对管片压力值等均较不考虑浆液时变性时减小,且随注浆压力的增大,浆液黏度变化对管片压力值的影响更加明显。相同注浆压力条件下,浆液扩散半径及对管片产生的压力值均随注浆时间的增长而增加,但注浆前期增长速度较快,而后逐渐减缓。研究成果对于盾构壁后注浆工艺选择及参数设计具有较大的指导意义。     

土壤热参数及其影响因素测试分析

热性质是岩土体基本的物理性质之一,用以评价热量在其中的保持、传导和分布状况,以导热系数、比热容和热扩散系数最为常见,这些参数也是地热能管理与开发、工程冷冻开挖、寒区工程设计与施工的重要参数。已有研究表明,土壤热参数与土质、来源、含水率、密度等因素有关。通过广东湛江某工地粉质黏土和黏土的热参数测试结果分析发现：随含水率的增大,粉质黏土导热系数和热扩散系数的变化趋势是先增加至最大值,然后减小,而比热容基本呈线性增大。干密度对粉质黏土导热系数的影响与含水率大小有关,当含水率不超过20.0%时,其随干密度的增加而增大,而当含水率超过27.5%后,其随干密度的增加有减小趋势;当含水率在24.5%（液限）左右时,基本没有规律可循。干密度对粉质黏土热扩散系数影响规律不明显。黏土的导热系数和比热容都随含水率和干密度的增加而增大;热扩散系数随含水率的升高整体表现为非线性增加至稳定,在低含水率下干密度的影响不明显,在较高含水率下随干密度的增加热扩散系数先增大后减小。较大颗粒的存在导致粉质黏土的导热性较黏土复杂。     

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。     

影响低渗透油藏低速非线性渗流的实验研究

以膨胀性的粘土为主要研究对象,通过粘土浆体的流变性实验和填砂管渗流实验,并使用一种新研制的微流量测量工具,研究了低渗岩心在较低流速下的渗流特性;利用微尺度流动理论,Einstein粘度定律等进行了理论分析,对引起低渗透油藏低速非线性渗流的影响因素进行了初步的探索.结论认为,粘土的膨胀性以及其水化后形成浆体的流变性是引起低速非线性渗流的主要因素之一.     

渤钻低密度固井水泥浆降低煤层气储层伤害的实验

针对煤层气井传统的固井水泥密度较大,在固井过程中产生较大压差,影响半径较大,且滤液成分矿化度较高,持续对储层产生伤害的问题,通过对比渤海钻探所使用的低密度固井水泥浆(统称渤钻浆)和常规固井水泥浆的失水量、滤液性能和稠化时间,并通过分析其滤液成分、电导率、渗透率回复率和计算污染半径,评价了渤钻浆降低煤层气储层伤害的能力。结果表明:渤钻浆失水量比常规固井水泥浆小一半,并且滤液黏度高、矿化度低和电导率低,使渤钻浆污染的煤样渗透率降低为28.97%(常规水泥浆污染的煤样渗透率降低为65.87%),渗透率恢复率为89.81%(常规水泥浆渗透率恢复率为61.18%)。综合来看渤钻浆不仅密度低,形成压差小,保证煤层稳定,还减小污染半径,降低了对煤层气储层的伤害。     

挥发性有机物污染泥浆固化稳定化试验研究

针对有机污染场地修复施工过程中出现的冒浆现象,选取2种典型有机污染泥浆,通过多组室内试验,对比分析了4种固化剂的固化稳定效果。结果表明：4种固化剂均有较好的减水效果,典型泥浆I的含水率28 d降幅可达45%,而典型泥浆II的28 d减水效果以固化剂A（5%水泥）最优,其含水率降幅为37%;固化土样孔隙水电导率EC随龄期先升高后降低,其峰值出现在3 d或7 d;固化土样pH值总体随龄期而增大,且典型泥浆II的pH值明显高于典型泥浆I;泥浆固化后qu值随龄期发展而快速增长,且典型泥浆I强度远高于典型泥浆II,并以固化剂A、C固化增强效果最佳,28 d时固化剂C固化的典型泥浆I、II的qu值分别达到233、48 kPa;添加固化剂尤其是含凹凸棒土的固化剂B、D能有效降低有机污染物的浸出,其28 d龄期对典型泥浆I、II的稳定率超过81%。固化泥浆EC、pH值与qu值关系具有明显规律,可反映其强度生长状况。     

煤矿空洞型采空区高浓度浆液充填扩展机制及控制措施

高浓度浆液在采空区内的充填扩展机制及控制措施是空洞型采空区充填治理需要解决的难题之一。基于此,结合高浓度浆液输送及流变学理论,构建高浓度浆液充填过程模型,揭示其扩展机制,研究充填扩展过程的动力及阻力计算方法,确定充填堆积体形态主要影响因素及控制方法,并通过室外充填试验验证理论成果。结果表明：高浓度浆液充填阻力计算值与实验值相对误差约为5%;浆液的流变参数屈服应力及黏度与管道输送阻力成正比;凝结特性影响浆液堆积体强度增长趋势,凝结过程使浆液在堆积体与顶板间流动时阻力增大;当充填材料及流量不变时,管道输送沿程阻力主要受管道直径及长度影响;局部阻力与管道直径、弯头、变径形式及数量相关,数量越多局部阻力越大;浆液性质、充填路径及注浆工艺是影响充填堆积体形态的主要因素,缩短充填距离、减少管道变径及弯头数量、降低浆液屈服应力及黏度、增大注浆流量及压力有助于浆液扩展至更大范围,反之可使浆液扩展范围减小。成果为空洞型采空区高浓度浆液控制性充填提供依据。     

含水率及干密度对桂林红黏土抗剪强度的影响

为研究含水率及干密度对桂林红黏土抗剪强度的影响机理,进行了一系列控制含水率、干密度的直剪试验,建立含水率及干密度与抗剪强度的函数关系式。试验结果表明:同一干密度条件下,粘聚力、内摩擦角随含水率的增大整体呈下降趋势;在含水率相同时,随干密度增大,粘聚力减小,内摩擦角增大。分析表明:随含水率增大,具有“水稳定”性的胶结作用减弱,引起粘聚力降低;土中结晶态氧化铁含量高于胶结态时,内摩擦角增大,反之则降低。干密度增大时,重塑土因胶结键断裂后短时间无法恢复,使土颗粒的有效胶结面积的减少程度大于其增多的程度,引起粘聚力下降;干密度的增大会改变红黏土的微观结构模型,土中封闭孔隙的增多会导致粘聚力下降;土样微观结构性随干密度的增大而增强,使内摩擦角增大。      

压实黏土干燥裂隙及渗透性能研究

压实黏土干燥过程中产生的裂隙可能对渗透性能有较大影响。通过室内模拟试验研究发现,裂隙面积率、裂隙总长度和裂隙宽度随含水率减小而增大。压实黏土中裂隙可分为主裂隙和次裂隙2类,次裂隙出现前后裂隙参数的变化速率有较大差异。较宽裂隙在湿化后不能完全愈合,干湿循环过程使压实黏土产生了不可逆的变化。采用试验筒壁上涂阿尔代胶的方法可以有效模拟土样中裂隙的形成,并能较好地防止侧漏。渗透试验发现,一次干湿循环导致压实黏土的渗透系数增大将近2个数量级。湿化过程中干燥裂隙不能完全愈合及微裂隙的形成可能是导致渗透系数增大的主要原因。     

生活垃圾填埋场防渗浆材配制与成墙工艺研究

为研制出一种低渗透系数并对污染物有一定吸附阻滞作用的浆材,用于城市生活垃圾填埋场渗滤液防渗工程,通过正交试验优选出了以膨润土为主的浆材配方：膨润土20％～30％,水泥15％～25％,粉煤灰20％～25％,纯碱1．0％～1．4％,稀释剂FCLS加量0．35％～0．75％,余之为水．该浆材结石率〉99．6％,固结体28d渗...