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基于自重离析效应的水泥浆液非均一特性与界面加固机理
| 论文题名： | 基于自重离析效应的水泥浆液非均一特性与界面加固机理 |
| 关键词： | 地下隧道;注浆施工;水泥浆液;自重离析;非均一特性;界面加固机理 |
| 摘要： | 裂隙岩体作为地下工程施工过程中最常见的不良地质体之一，极易引发工程失稳与突涌水等地质灾害的发生，而注浆加固则是目前最为常用且有效的防治手段。然而，作为最主要的注浆材料，普通水泥浆液极易在重力的作用下而表现出非均一性，进而对注浆施工效果造成影响，所以有必要对水泥浆液物理力学性能的内在和外在表现进行更深入的剖析。本文以隧道注浆工程为背景，通过理论分析、室内试验和数值模拟相结合的方法，从微观和宏观两个方面对水泥浆液在自重离析效应下的非均一发展规律及其对裂隙岩体注浆加固效果的影响进行了深入研究，补充了相关理论体系，提供了新的试验方法与研究思路。本文主要工作及创新成果如下: (1)分析总结了水泥浆液自重离析过程，并提出考虑水化影响的浆液孔隙比归一化理论模型，而后通过固结时间极限条件假定，建立了自重离析浆液结石体的孔隙比有限应变和小应变理论模型。 (2)开展了不同水灰比与不同高度的水泥浆液自重离析试验，采用核磁共振技术测试分析了浆液结石体孔径分布与孔隙比在重力方向上的梯度变化规律，并通过试验数据对孔隙比理论模型进行了验证。最后，基于结石体孔隙比与单轴抗压强度的拟合关系，建立了水泥浆液结石体单轴抗压强度方程式。 (3)设计了一种水泥浆液自重离析观测取样装置，解决了难以从浆液内部提取样品的问题，通过粒度分析测试，获得了浆液中固体颗粒在重力方向上的分布特征。采用XRD物相分析与扫描电镜技术对浆液结石体的物相组成与微观孔隙结构特征进行了对比，总结了自重离析对浆液水化产物与水化程度的影响。 (4)开展碎石介质浆液充填试验，研究了复杂裂隙流通网络对浆液自重离析过程的影响。利用核磁共振技术与单轴压缩试验对加固体的孔隙比和抗压强度在重力方向上的发展规律进行了总结，并通过介质粗糙度变量控制试验，得出了浆液的粘结性能同样会在重力方向上呈现梯度变化的结论。最后，采用离散元软件PFC3D从细观角度分析了加固体的破坏机理。 (5)提出了一种裂隙注浆充填试验方法，实现了浆液充填裂隙试件在重力方向上的分段获取，通过剪切试验对比了各试件的剪切强度与破坏模式差异，同时利用微观扫描电镜对浆体与裂隙面交界处的微观形貌特征进行分析评价。最后，从微观和宏观两个方面总结了自重离析效应下水泥浆液对裂隙岩体充填加固效果的不均一特征。 |
| 作者： | 汪志恒 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 刘人太;李勇 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 山东大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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