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原文传递高地温环境下隧道注浆材料试验研究

论文题名：	高地温环境下隧道注浆材料试验研究
关键词：	隧道注浆材料;高地温环境;水泥-偏高岭土浆液;水泥-偏高岭土-空心玻璃微珠浆液;破碎岩体;加固效果
摘要：	随着“一带一路”国家政策的实施，中西部基础设施建设快速推进，隧道工程向纵深方向发展，不可避免的遇到高地温问题。高地温环境下不仅注浆施工工艺与常温不同，而且注浆材料的性能也异于常温，因此，研究不同温度下水泥基注浆材料的性能并研制出适宜于高地温环境的注浆材料，对于高地温地质条件下的注浆加固具有较强的理论意义和工程价值。　　本文研究了水泥-偏高岭土浆液及水泥-偏高岭土-空心玻璃微珠浆液在不同温度下（20℃、30℃、40℃、50℃、60℃）的析水率、凝结时间、黏度、力学性能、耐久性和隔热性能等，并通过SEM测试进行了分析和验证。采用自主设计的注浆模型，研究了不同温度下注浆材料对破碎岩体的加固效果，取得的主要成果如下：　　（1）对水胶比0.8和1.0的水泥-偏高岭土浆液的研究表明，温度升高、偏高岭土掺量增加、水胶比减小都会降低浆液析水率、增大浆液黏度；浆液凝结时间随温度升高而缩短，水胶比0.8的浆液在温度高于20℃时，凝结时间随偏高岭土掺量增加不断缩短，对于水胶比1.0的浆液，高温和较低温度下偏高岭土掺量对凝结时间的影响趋势不同；养护温度达到50℃时，浆液结石体中后期抗压强度出现倒缩；抗压强度随偏高岭土掺量增加先升高后降低，在40℃养护下最佳掺量8%时，抗压强度最大提高32.2%；　　（2）水泥-偏高岭土浆液的隔热性能试验表明，偏高岭土可以降低注浆材料的导热性，导热系数与养护温度呈线性负相关关系；SEM分析表明，掺入偏高岭土使结石体微观结构更为致密，较不含高岭土时孔分形维数降低，结石体的面孔率和孔分形维数在40℃达到最小；　　（3）水泥-偏高岭土浆液耐久性试验表明，偏高岭土提高了注浆材料的抗渗性和抗氯离子渗透性，随着养护温度的升高，注浆材料抗渗性和抗氯离子渗透性先增强后减弱，养护温度为40℃时性能最好；抗硫酸侵蚀系数随侵蚀时间的增长不断减小、随温度升高先增大后减小；抗碳酸侵蚀系数随侵蚀时间增长和温度升高不断减小。SEM分析表明，注浆材料结石体面孔率较未侵蚀时增大，孔分形维数也有所增大，孔结构劣化程度加大；　　（4）在水胶比为0.8、偏高岭土掺量为8%的注浆材料中添加空心玻璃微珠改善浆液隔热性能，研究表明，随空心玻璃微珠掺量增加，导热系数降低，浆液凝结时间缩短，结石体抗压强度降低；玻璃微珠掺量超过3%时，养护温度为50℃结石体后期强度开始出现倒缩；得到了浆液结石体28d导热系数随温度和空心玻璃微珠掺量变化的关系曲线；　　（5）自主设计一套模拟高地温环境注浆加固的模型装置，并采用该注浆模型对水泥-偏高岭土浆液进行了不同温度下的注浆模拟试验，结果表明：加固后的岩体试样强度恢复率最大可以达到50%，加固系数最大可以达到2以上，渗透率较小，注浆加固效果良好。
作者：	孙亮
专业：	土木工程
导师：	范利丹;余永强
授予学位：	硕士
授予学位单位：	河南理工大学
学位年度：	2021