砂卵（礫）石層模擬注漿試驗(yàn)及滲透注漿機(jī)理研究.pdf

1、砂卵(礫)石層在我國(guó)分布廣泛，是土木工程常見(jiàn)的復(fù)雜地層，如何改善砂卵(礫)石層的性能一直是工程界所關(guān)注的問(wèn)題。本文提出運(yùn)用注漿的方法改善砂卵(礫)石層的性能。由于漿液在地層內(nèi)的運(yùn)動(dòng)受著多種因素的影響，現(xiàn)有的理論公式還不能對(duì)注漿的成本和效果做出準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)，因此，本文對(duì)在砂卵(礫)石層注漿進(jìn)行了試驗(yàn)研究，并根據(jù)試驗(yàn)研究的需要，自行研制了室內(nèi)大型多功能注漿試驗(yàn)臺(tái)，為研究注漿提供了一種新的方法。 漿液在砂卵(礫)石中的滲透擴(kuò)散(流動(dòng))規(guī)

2、律和漿液膠結(jié)充填區(qū)域的加固體強(qiáng)度等都與砂卵(礫)石的幾何形狀、空間分布、空隙度特性有密切的關(guān)系。本文用分形理論研究了砂卵(礫)石的顆粒組成分形特征，構(gòu)造了砂卵(礫)石的分形理論模型，提出了砂卵(礫)石顆粒分維的統(tǒng)計(jì)方法。研究了砂卵(礫)石顆粒分維、孔隙分維和孔隙度以及它們之間的關(guān)系，得到了砂卵(礫)石顆粒分維、孔隙分維和孔隙度的計(jì)算公式，它對(duì)砂卵(礫)石的注漿加固工程設(shè)計(jì)和砂卵(礫)石的模擬注漿試驗(yàn)研究有重大的理論指導(dǎo)意義。用分形理論模

3、型計(jì)算的方法，獲得了砂卵(礫)石的理論分維D理=2.4。 由于地層內(nèi)部的復(fù)雜性，漿液自身性質(zhì)的多變性，給注漿的理論研究帶來(lái)了很大的困難。目前，人們研究漿液在地層中的滲透擴(kuò)散時(shí)多把漿液簡(jiǎn)化為與時(shí)間無(wú)關(guān)的牛頓流體，而絕大多數(shù)漿液屬非牛頓流體的賓漢姆流體，且漿液具有時(shí)變性，這就導(dǎo)致了注漿過(guò)程中的理論計(jì)算與實(shí)際相差很大，為了使理論計(jì)算與實(shí)際更加接近，本文根據(jù)賓漢姆流體的本構(gòu)關(guān)系和滲流基本定律(達(dá)西定律)，結(jié)合漿液的時(shí)變性，研究推導(dǎo)了時(shí)變

4、性賓漢姆流體在砂卵(礫)石層中的滲透規(guī)律，得出了時(shí)變性賓漢姆流體在砂卵(礫)石層中滲透擴(kuò)散過(guò)程的壓力頭分布、壓力梯度分布、速度分布以及注漿量、漿液擴(kuò)散距離和注漿時(shí)間之間的關(guān)系計(jì)算公式，揭示了漿液在地層內(nèi)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，對(duì)研究漿液在大孔隙中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律有重要的理論意義。 本文采用室內(nèi)模擬注漿試驗(yàn)的方法，用得到的賓漢姆流體的滲流模型指導(dǎo)模擬注漿試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，注漿后砂卵(礫)石層的性能得到了很好的改善。通過(guò)回歸分析試驗(yàn)結(jié)果，找出了影響

5、注漿量的顯著因素為注漿壓力，影響漿液擴(kuò)散半徑的主要因素為注漿壓力，注漿后結(jié)石體強(qiáng)度的主要影響因素為漿液水灰比，并分析了注漿模型的孔隙度、滲透系數(shù)、漿液水灰比、注漿壓力對(duì)注漿量、漿液擴(kuò)散半徑和結(jié)石體強(qiáng)度的綜合影響。首次給出了注漿量Q、抗壓強(qiáng)度P、擴(kuò)散半徑R與注漿壓力p、水灰比m、孔隙度n、滲透系數(shù)k之間的定量關(guān)系，對(duì)預(yù)測(cè)注漿的效果、指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)注漿有重要的意義。 根據(jù)推導(dǎo)得出的理論模型，開(kāi)發(fā)了計(jì)算機(jī)模擬注漿分析系統(tǒng)，并進(jìn)行了計(jì)算機(jī)模擬