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丙烯酸酯注浆材料优化及对粉细砂地层加固机理研究
| 论文题名： | 丙烯酸酯注浆材料优化及对粉细砂地层加固机理研究 |
| 关键词： | 地铁施工;丙烯酸酯注浆材料;粉细砂地层;加固机理 |
| 摘要： | 含水粉细砂地层是地下工程施工中较难治理的地质条件之一，其含水量丰富，自稳性差，胶结强度低，如果施工过程中处理不当，极易造成涌水、溃砂等重大安全事故。粉细砂地层孔隙小，当采用注浆法对其进行加固时，要求所使用的浆液具有很强的渗透性，常用的水玻璃等化学浆液对此地层的加固效果很不理想。为能有效加固此类地层，急需开发高渗透性浆液，并对其注浆加固机理进行研究。 基于此，本文以太原地铁2号线南中环街站的粉细砂地层为研究对象，采用丙烯酸酯浆液对该地层进行注浆加固，针对其适用性、加固机理等问题，综合利用理论分析和数值模拟计算，结合大型的模拟试验，对丙烯酸酯材料进行优化并对粉细砂地层注浆加固机理进行研究。主要研究内容与结论如下： （1）通过室内试验，分析丙烯酸酯浆液在粉细砂中渗透时不同的固化剂配比对浆液渗透扩散范围的影响。试验结果表明：配制的浆液中固化剂占比越高，则浆液凝胶时间越短，浆液的扩散范围越小，结石体强度越高；在满足工程加固需求的条件下能使浆液在粉细砂地层中渗透范围达到最大的凝胶时间为25min。 （2）开展了2因素5水平的全面试验，研究砂土含水率与砂浆比对试样抗压、抗拉强度的影响规律。结果表明：砂土含水率低于8%，砂浆比超过6∶1这一临界值时，浆液在土体中基本无法凝胶；而砂浆比在4∶1到6∶1这一范围内时，试样抗压、抗拉强度随砂土含水率的增大而降低。通过拟合试验数据获得了试样抗压、抗拉强度与砂土含水率及砂浆比的定量关系。 （3）通过显微镜观察不同含水率试样的细观结构，分析出砂土中水分对试样强度的影响形式可分为：1）结合水膜的润滑作用；2）自由水参与浆液的聚合反应，使凝胶体强度降低；3）残余水的汽-液两相转化，导致浆液凝胶时结构体内部留有孔隙，试样强度因此降低。 （4）以南中环街站的粉细砂地层为研究对象进行建模，运用有限差分软件进行注浆数值模拟计算，获得了不同节点处的渗流速度动态变化特征，通过与劈裂注浆理论的对比验证，进一步揭示了丙烯酸酯浆液在粉细砂地层的扩散加固机理。 （5）通过模拟注浆试验，对注浆结石体进行强度测试，得到注浆结石体强度分布规律为：模型箱边界处结石体强度高，非边界区域结石体强度相对较低。拟合出注浆结石体强度与浆液沿劈裂通道扩散范围和扩散深度的关系式符合Parabolic（抛物面）方程。并结合丙烯酸酯浆液的特性，分析出注浆结石体强度分布主要受不透水边界和重力的影响。 |
| 作者： | 李晓强 |
| 专业： | 矿业工程 |
| 导师： | 杨双锁;胡国伟 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 太原理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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