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原文传递基于物理模拟试验的断层带分层介质注浆扩散及加固机理研究

论文题名：	基于物理模拟试验的断层带分层介质注浆扩散及加固机理研究
关键词：	隧道工程;突水突泥灾害;分层注浆扩散;加固机理
摘要：	随着我国经济与社会建设飞速发展，基础设施建设尤其是交通运输领域的建设脚步急剧加快。而大量隧道的修建以及地质条件的复杂多变，致使隧道修建经常穿越砂层、断层、岩溶等不良地质条件，施工过程极易诱发突水突泥灾害。根据资料分析，突水突泥灾害频发且危害巨大，导致施工设备冲毁、大量人员伤亡、经济严重损失甚至工期延误、隧址改线或废弃，严重制约着经济发展和社会稳定。　　富水断层破碎带是诱发隧道突水突泥灾害的主要地质灾害源之一，治理此类灾害通常采用注浆法。然而由于地质环境复杂、被注介质不可见性、注浆扩散不确定性以及注浆材料注浆设备落后，注浆技术远远不能满足注浆治理的需求，所以，本文采用理论分析推导，室内物理模拟试验以及COMSOL数值软件模拟等研究方法综合探究动水条件下多层被注介质的注浆加固机制，以及不同介质分层界面处的加固机理。具体研究成果如下: 　　(1)通过研究分析永莲隧道F2断层破碎带水文地质条件和构造机理，初步得出突水突泥灾害发生原因，并以F2断层带为地质背景，建立超前帷幕注浆、临灾帷幕注浆、灾后帷幕注浆三种工程治理地质模型。　　(2)建立土—石分层介质注浆模型，开展分层注浆扩散理论研究，将注浆过程简化为土石交界面开裂、交界面劈裂通道扩展、土体介质压密劈裂、砾石介质渗透充填四种浆液扩散形式展开理论分析和公式推导，修正了传统压力理论，提出了适用于该问题的注浆压力控制公式，分析了各阶段的启动机制，研究了土石交界软弱地层的浆液扩散机制，为土石交界软弱地层的注浆理论研究及工程应用提供了一定借鉴意义。　　(3)以永莲隧道F2断层破碎带帷幕注浆治理为背景，研发了断层带模拟分层注浆系统，被注介质条件与注浆材料均与永莲隧道地质条件与施工方法相似。通过试验，注浆对被注介质的加固作用主要有充填、挤密、劈裂形式，在此三种形式作用下，被注介质渗透率不断降低，被注能力不断减弱，强度不断增高。不同介质层交接面之间的加固主要通过宽浆脉连接、微细浆脉连接和界面联接层三种形式。　　(4)通过试验反馈的抗剪能力、土压力及渗透压力数据分析研究注浆过程对加固体各部分的强度、孔隙率、渗透性及被注能力的影响，进而从局部到整体宏观分析分层注浆过程浆液扩散规律。　　(5)建立分层介质填埋复合浆液扩散数值模型，引入达西两项渗流方程，通过COMSOL数值模拟，模拟了不同工况下的浆液扩散全过程。对浆液在横向分层填埋，纵向分层填埋两种工况中浆液的扩散全过程进行模拟，总结了浆液扩散过程中的压力场，体积分数，固定界面的压力等参数的变化规律，提出了优势渗透现象;模拟过程中引入动水环境，通过浆液扩散体积分数规律总结了不同工况下的动水条件对浆液扩散的影响。　　(6)提出“连续钻进，深孔双液高压分段”综合注浆加固技术治理永莲隧道F2断层带突水突泥灾害，并通过注浆P-Q-T曲线分析、检查孔分析方法检验注浆效果，注浆质量控制总体达到设计要求，对围岩起到了较大的改善作用，加固效果良好。
作者：	于海洋
专业：	建筑与土木工程
导师：	李术才;张霄
授予学位：	硕士
授予学位单位：	山东大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文