小开度裂隙注浆封堵扩散规律及控制参数研究

发布时间：2017-08-19 00:09

  本文关键词：小开度裂隙注浆封堵扩散规律及控制参数研究

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【摘要】：在城市地铁、山岭隧道等地下工程修建过程中经常遭遇突涌水灾害,针对突涌水灾害的治理通常采用注浆方法,而因为岩体的复杂性及工程的隐蔽性等因素制约,目前的理论难以对实际工程提供有效的指导。小开度裂隙涌水灾害是一种重要的水害类型,小开度裂隙的尺度较小,宽度在0.1-lmm之间,常规注浆材料与注浆参数不适用；基岩小开度裂隙发育的空间各向异性,导致水害来源与通道复杂多变,难以对水害进行针对性治理；由于小开度裂隙构造集中,注浆治理时需提高注浆压力同时确保围岩与支护在高压注浆条件下的稳定性；因此有必要建立一套完整的小开度裂隙注浆理论与注浆控制方法保证注浆工程的顺利实施。本文从小开度裂隙浆液可注性研究、考虑流固耦合效应的小开度裂隙注浆扩散规律、小开度裂隙注浆控制技术三个方面开展研究,取得了一系列研究成果。(1)从小开度裂隙地质成因、小开度裂隙的几何特征及分布规律等方面研究小开度裂隙的结构特征,并基于此分析了小开度裂隙涌水灾害类型及特征；通过分析裂隙结构特征对注浆的影响,同时借助多孔介质的可注性判据,获得针对小开度裂隙注浆的水泥浆液的可注性判据,从而获得考虑不同裂隙宽度以及水灰比条件下的普通水泥浆液与超细水泥浆液的可注性。(2)考虑小开度裂隙围岩注浆中浆液流场与岩体应力场的耦合作用,应用COMSOL Multiphysics,建立小开度裂隙注浆扩散过程有限元模型,研究小开度裂隙注浆过程中浆液压力长时空分布规律、裂隙开度及岩体受力变形规律、注浆参数与浆液扩散范围之间的定量关系,形成小开度裂隙注浆封堵实用控制参数。(3)依托青岛地2号线东-环区间花岗岩小开度裂隙渗漏水注浆治理工程,应用三种细度的超细水泥浆液开展小开度裂隙注浆现场试验研究,对浆液可注性理论及数值模拟计算结果进行正确性验证。(4)针对小开度裂隙注浆工程,提出了注浆材料选型及水灰比控制标准、注浆压力及注浆流量动态控制技术,并成功治理青岛地铁2号线东-环区间730m段的小开度裂隙渗漏水灾害,满足了隧道全包防水要求。
【关键词】：小开度裂隙 浆液可注性 注浆扩散规律 注浆技术 数值模拟
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U456.33
【目录】：

• 摘要10-11
• ABSTRACT11-13
• 第一章 绪论13-20
• 1.1 本文的研究背景及意义13-14
• 1.2 注浆技术的历史与发展14-16
• 1.2.1 国外注浆技术发展概况14-16
• 1.2.2 国内注浆技术发展概况16
• 1.3 裂隙岩体注浆理论的研究现状及存在主要问题16-17
• 1.4 本文研究内容及技术路线17-20
• 1.4.1 研究内容17-19
• 1.4.2 技术路线19-20
• 第二章 小开度裂隙结构特征及浆液可注性研究20-37
• 2.1 小开度裂隙结构特征研究20-25
• 2.1.1 地质成因与类型划分20-21
• 2.1.2 裂隙几何特征的描述21-23
• 2.1.3 裂隙分布统计规律23-24
• 2.1.4 小开度裂隙涌水灾害分析24-25
• 2.2 小开度裂隙浆液可注性研究25-36
• 2.2.1 裂隙岩体注浆过程影响因素分析25-28
• 2.2.2 浆液与岩体裂隙之间的相互作用28-32
• 2.2.3 针对岩体裂隙的浆液可注性判据32-36
• 2.3 本章小结36-37
• 第三章 基于流固耦合效应的小开度裂隙注浆数值模拟37-52
• 3.1 流固耦合理论37-39
• 3.1.1 基本假设37-38
• 3.1.2 控制方程38-39
• 3.2 有限元数值模型创建39-41
• 3.3 小开度裂隙注浆扩散规律分析41-44
• 3.3.1 压力场时空分布规律41-42
• 3.3.2 围岩受力变形及裂隙开度变化规律42
• 3.3.3 裂隙开度时空变化规律42-43
• 3.3.4 注浆压力增长规律43-44
• 3.4 考虑流固耦合效应的必要性分析44-47
• 3.5 小开度裂隙注浆封堵实用控制参数47-51
• 3.6 本章小结51-52
• 第四章 小开度裂隙注浆现场试验及工程应用52-76
• 4.1 现场试验依托工程小开度裂隙渗漏水灾害概况52-56
• 4.1.1 工程概况52-53
• 4.1.2 工程地质及水文地质条件53-54
• 4.1.3 水害统计54-55
• 4.1.4 试验段水害特征及分类55-56
• 4.2 现场试验目的56-57
• 4.3 现场试验方案57-64
• 4.3.1 裂隙参数测试57
• 4.3.2 现场试验相关保证措施57-61
• 4.3.3 注浆材料61-62
• 4.3.4 注浆方案62-64
• 4.4 现场试验结果分析64-71
• 4.4.1 岩体裂隙参数测试结果64-65
• 4.4.2 浆液可注性分析65-66
• 4.4.3 注浆扩散过程分析66-68
• 4.4.4 注浆参数与注浆扩散半径之间的定量关系68-69
• 4.4.5 注浆扩散试验结果及分析69-71
• 4.5 工程应用71-75
• 4.5.1 注浆治理方案71-73
• 4.5.2 配套技术73-74
• 4.5.3 注浆堵水效果74-75
• 4.6 本章小节75-76
• 第五章 结论与展望76-78
• 5.1 结论76-77
• 5.2 展望77-78
• 参考文献78-81
• 致谢81-82
• 攻读学位期间发表的学术论文和参加科研情况82-83
• 学位论文评阅及答辩情况表83

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