Hydrofracture mechanisms in rock during pressure grouting

Summary Hydrofracture Mechanisms in Rock During Pressure Grouting. The paper examines the basic meachnisms controlling the initiation of fractures in rocks and layered soils during pressure grouting, and their subsequent propagation into the ground mass. Previous analyses of fracture initiation have tended to concentrate on simplified models in which the ground is treated as an impervious elastic or Mohr-Coulomb continuum. The present method allows for the porous or fissured nature of the ground by considering the effect of seepage forces induced by the pore pressure gradient. The effect is quantified by use of a parameterN such that the ratio of fluid force used in expanding the injection hole, to that used in forcing fluid through void spaces, isN to (1—N).Analysis of hydrofracture propagation is based on stress analysis of a borehole in an elastic continuum, the propagating fracture zone around the borehole being represented as a non-elastic material governed by the Mohr-Coulomb failure criterion. This is supplemented by an energy approach which equates the energy supplied to the ground from the injection pump, with the energy stored in the ground and the energy necessary to fracture it.

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Zusammenfassung Brucherscheinungen im Fels bei Verprearbeiten. In der Arbeit wird der grundlegende Mechanismus untersucht, welcher bei Verpreßarbeiten in Fels und geschichtetem Boden zur Einleitung und Ausbreitung von Brüchen führt. Frühere Untersuchungen des Bruchbeginns stützten sich im wesentlichen auf vereinfachte Modelle, in denen der Untergrund als undurchlässiges Kontinuum angesehen wird, das entweder elastisch ist oder der Mohr-Coulombschen Bruchbedingung genügt. Die neue Methode berücksichtigt dagegen eine Porosität oder Klüftung des Untergrundes durch Ansatz der vom strömenden Medium auf das Gebirge ausgeübten Belastung. Diese Belastung wird aufgeteilt in einen Druckverlust an der Bohrlochwand (gleich ParameterN mal Verpreßdruck) und die entsprechende, über den gesamten durchströmten Bereich verteilte Belastung.Die Untersuchung der Bruchausbreitung geht von der Spannungsermittlung um ein Bohrloch in einem elastischen Kontinuum aus, wobei in der sich ausbreitenden Bruchzone um das Bohrloch herum nichtelastisches Material angenommen wird, das dem Mohr-Coulombschen Bruchkriterium genügt. Zur Ergänzung dient eine Energie-Betrachtung, bei der die von der Injektionspumpe abgegebene Energie gleichgesetzt wird der im Untergrund gespeicherten Energie und der aufgewendeten Brucharbeit.

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Résumé Les mécanismes de la fracturation hydraulique dans les roches pendant les injections sous pression. Le mémoire examine les mécanismes fondamentaux qui gouvernent l'initiation des ruptures dans les roches et les sols stratifiés, au cours des injections et leur propagation dans les massifs. Les analyses antérieures de l'initiation de la rupture, se sont concentrées sur des modèles simplifiés où l'on considérait la roche comme un milieu élastique et imperméable, ou comme un milieu de Mohr-Coulomb. La présente méthode admet que le massif est poreux ou fissuré, en considérant l'action des forces de percolation engendrées par le gradient de pression interstitielle. Cette action est quantifiée par un paramètreN, tel que le rapport de la force du liquide employée à dilater le forage d'injection, à celle employée pour forcer le coulis à travers les vides soitN/(1—N). L'analyse de la propagation des ruptures se base sur l'analyse des contraintes autour d'un forage dans un milieu élastique, alors que la zone de la rupture qui se propage autour du forage est représentée par un milieu non-élastique admettant le critère de rupture de Mohr-Coulomb. Cette analyse est complétée par une approche énergétique, où l'énergie qui est fournie au massif par la pompe d'injection est égalée à l'énergie emmagasinée dans la roche et à l'énergie de rupture.

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Nomenclature A area of new cracks created per unit volume of time t - E total work done by injection fluid - E _i irrecoverable component of energy - E _{i c} work done in fracturing rock or soil - E _{i l} work done to overcome various frictional forces in grouting system - E _{i p} work done to cause plastic deformation of fractured zone - E _{i s} work done to overcome shear strength of fluid during flow - E _{i v} work done to overcome frictional drag between fluid and rock in soil surfaces during flow - E _r recoverable component of energy - E _{r f} elastic strain energy stored in fluid - E _{r s} elastic strain energy stored in rock or soil - h height of overburden - i j 1, 2, 3 - K ₀ coefficient of horizontal earth pressure - k permeability of ground to grout - L length of cylindrical grout source - n rock or soil porosity - p average fluid pressure between timet and (t + t) - p ₀ injection pressure - R radius of grout front - r radial distance from borehole axis - r ₀ radius of borehole - r ₁ radius of fractured zone - S specific surface area of rock or soil - S _T tensile strength of rock or soil - t time - u grout seepage velocity - V volume of grout injected - v volumetric strain - specific surface energy of rock - bulk density of rock or soil - _{i j} ^e elastic strain increment tensor - _{i j} plastic strain increment tensor - v Poisson's ratio - _{i j} average stress tensor in the ground during timet and (t + t) - _R , _T, _Z radial, tangential and vertical stresses induced by grouting - _r , _t , _z radial, tangential and vertical stress around borehole before grouting - grout shear strength - angle of internal friction of rock or soil With 7 Figures     

节理裂隙边坡锚注加固机制及特性研究

本文通过对节理裂隙边坡锚注加固模型的力学推导，得出锚注加固工法可以提高岩石边坡弱面抗剪强度和抗剪刚度的结论；指出锚注结构可以充分发挥锚杆和注浆体各自的材料潜能，从而避免锚杆单独作用所存在的弊端；结合某高速公路边坡加固工程，阐述了锚注加固工法的技术特点及工艺流程，指明压力注浆可以针对边坡岩体的薄弱环节，直接进行有效的处理，使边坡的稳定性得以提高，并就边坡锚注加固施工中存在的技术问题，提出相应的处理措施。     

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采用掏土纠偏及袖阀管加固技术整治铁路桥涵不均匀沉降

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单液硅化灌浆法加固豫西湿陷性黄土地基施工技术和质量控制

通过总结单液硅化灌浆法加固豫西三门峡地区湿陷性黄土地基的多个成功工程实例,介绍了该法加固本地区湿陷性黄土地基施工工艺及施工质量控制措施。     

地铁隧洞带水作业施工技术

以在建的北京地铁十号线双井一劲松区间暗挖隧道为例，通过分析北京特殊地层在带水条件下单洞结构单线隧道台阶法的施工工艺，洞悉浅埋暗挖正台阶法施工中超前预加固、开挖时空顺序、台阶长度等工艺对围岩稳定性的影响程度。     

堤坝管涌的室内试验与颗粒流细观模拟研究

本文对水流垂直方向的堤坝管涌现象分别进行了室内模型模拟和颗粒流模拟实验。在室内模型试验模拟中采用先进的数码成像跟踪设备在细观的尺度上对土样在管涌发生发展的全过程进行了观察和记录,为颗粒流细观模拟提供了必要的细观参数及宏观依据。提出的二维孔隙率与三维孔隙率转换的关系公式很好的将室内模型试验的孔隙率同颗粒流数值模拟结合,运用颗粒流程序采用固液耦合的分析模型对管涌现象作进一步的数值模拟分析。根据模拟结果,分析了管涌产生、发展在颗粒细观尺度的原因,对管涌产生发展中的试样细观变化规律及流速的变化规律进行了分析。这些结果为PFC2D在渗流和渗透破坏等方面的深入研究应用提供了一定的实用依据,同时也为在细观尺度上解释和分析管涌现象提供了一条新的途径。     

桩端土加固处理设计及检测方法的探讨

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