地鐵穿越砂層注漿擴散與加固機理及工程應(yīng)用.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、隨著我國地鐵進入大規(guī)模建設(shè)時期,地鐵建設(shè)過程中的不良地質(zhì)災(zāi)害控制已成為重要研究課題。地鐵隧道修建過程中經(jīng)常穿越的第四系富水砂層,是影響地鐵建設(shè)安全的主要地質(zhì)災(zāi)害源之一,該地層具有含水豐富、膠接強度低、自穩(wěn)能力差的顯著特點,在施工擾動及地下水作用下極易誘發(fā)隧道塌方、涌水潰砂等工程災(zāi)害事故。注漿方法是控制富水砂層地質(zhì)災(zāi)害的最常用方法,受砂層孔隙結(jié)構(gòu)及地應(yīng)力狀態(tài)的影響,砂層注漿往往呈現(xiàn)出不同的擴散加固模式,本文針對工程中最常見的兩種砂層注漿模

2、式(滲透模式與劈裂-壓密模式),通過理論分析、室內(nèi)試驗、模擬試驗等方法,以實現(xiàn)砂層注漿擴散過程與加固效果的定量描述為目標,深入研究砂層注漿擴散與加固機理,建立了注漿擴散范圍與注漿加固效果的定量計算方法,最終形成針對砂層的注漿設(shè)計方法,并進行了工程應(yīng)用。本文主要工作及創(chuàng)新成果如下:
  (1)砂層注漿擴散加固模式主要取決于砂層可注性及注漿壓力大小,在砂層可注性試驗的基礎(chǔ)上建立了考慮砂層結(jié)構(gòu)特征及漿液粒徑大小的可注性判據(jù),基于圓孔擴張

3、理論建立了注漿起劈判據(jù),在此基礎(chǔ)上闡述了滲透注漿模式與劈裂-壓密注漿模式各自的發(fā)生條件。
  (2)分析不同注漿方式對漿液粘度空間分布的影響,建立了考慮粘度空間分布不均勻性的砂層滲透注漿擴散理論模型,并開展一維可視化滲透注漿擴散模擬試驗,通過理論與試驗結(jié)果的對比驗證,獲得了砂層滲透注漿擴散范圍與注漿參數(shù)、漿液流變參數(shù)之間的定量關(guān)系。
  (3)開展了砂層滲透注漿加固效果室內(nèi)試驗,研究漿液性質(zhì)、砂層特征及注漿壓力對注漿效果的影

4、響,研究發(fā)現(xiàn)漿液水灰比是影響注漿效果的主控因素,不同水灰比漿液對應(yīng)的砂層滲透注漿加固體表現(xiàn)出截然不同的破壞模式,通過擬合試驗數(shù)據(jù)獲得了砂層滲透注漿加固效果與漿液水灰比及養(yǎng)護時間的定量關(guān)系。
  (4)通過側(cè)限壓縮試驗研究了不同黏性土含量及含水率條件下的砂層壓密特性,建立了可描述砂層非線性壓密過程的數(shù)學(xué)模型,在此基礎(chǔ)上建立了考慮漿液流場與砂層應(yīng)力場耦合效應(yīng)的劈裂-壓密注漿擴散過程理論模型,并基于步進式計算原理提出了劈裂通道動態(tài)擴展過

5、程計算算法,實現(xiàn)了砂層劈裂-壓密注漿擴散過程的完整描述,揭示了注漿擴散過程中劈裂通道開度的時空分布規(guī)律。
  (5)通過一系列力學(xué)性能試驗獲得了砂層壓密注漿效果與所受壓力的定量關(guān)系,以及漿液結(jié)石體性能與漿液配比、養(yǎng)護齡期的定量關(guān)系。綜合考慮漿脈骨架與壓密砂層對砂層注漿加固體整體性能的貢獻,建立了可描述砂層注漿加固體整體性能的簡化物理模型,并提出了砂層劈裂-壓密注漿加固效果定量估算方法,獲得了砂層劈裂-壓密注漿效果的各向異性及空間分

6、布特征,系統(tǒng)分析了注漿壓力、單孔注漿量、注漿孔間距、砂層壓密特性對砂層劈裂-壓密注漿加固效果的影響。
  (6)研發(fā)了可視化砂層注漿模擬試驗系統(tǒng),實現(xiàn)了砂層劈裂-壓密注漿過程的可視化模擬,獲得了試驗條件下砂層應(yīng)力場、位移場及劈裂通道擴展過程的動態(tài)演化特征,通過與劈裂-壓密注漿擴散加固理論的對比驗證,進一步揭示了砂層劈裂-壓密注漿擴散加固機理。
  (7)在砂層注漿擴散加固機理研究成果的基礎(chǔ)上提出了針對砂層的注漿設(shè)計方法,研究

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