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原文传递基于速凝浆液流-固相变特性的裂隙岩体注浆机理研究

论文题名：	基于速凝浆液流-固相变特性的裂隙岩体注浆机理研究
关键词：	隧道开挖;裂隙岩体;注浆机理;水泥-水玻璃浆液;流-固相变特性
摘要：	随着我国陆上交通的不断发展，路桥隧道的建设重心逐渐向西南偏远山区与东部沿海地区转移，隧道建设工程中不良地质灾害的控制已经成为重要研究课题。岩体裂隙作为地下工程中的典型不良地质，当连接地下水道或地表水体时，隧道开挖极容易引发裂隙型突涌水灾害。注浆作为治理岩体裂隙突涌水灾害最常用的手段，可以有效封堵地下水，增加岩体的抗渗性。速凝浆液具有凝胶时间短、前期强度上升快、抵抗地下水冲刷能力强等优点，能在裂隙岩体中有效留存，因而成为地下水灾害治理的主要材料。本文以水泥-水玻璃浆液作为典型速凝浆液，通过室内试验、理论分析与模拟试验等方法，以实现速凝浆液裂隙岩体注浆扩散整体过程的定量描述作为目标，研究考虑速凝浆液流-固相变特性的浆液流变模型，建立速凝浆液裂隙注浆扩散数学模型，对裂隙注浆过程中浆液压力场与黏度、屈服应力在注浆扩散区域内的空间分布进行定量描述，并通过模拟试验方法对扩散模型进行验证与完善。主要成果如下：　　（1）针对速凝浆液流-固相变特性，对速凝浆液流变性能进行测试，建立了考虑流-固相变的流变方程。利用博勒飞流变仪对不同水灰比、水泥-水玻璃体积比的水泥-水玻璃双液浆进行流变性能测试，获得浆液流变曲线并与已知流变模型进行匹配，综合分析不同时间点处的流变曲线获得速凝浆液黏度与屈服应力时变曲线，在此基础上建立了速凝浆液流-固相变控制方程。　　（2）基于速凝浆液流变方程，建立了速凝浆液富水裂隙注浆扩散数学模型，对浆液扩散区离散化，利用步进式算法实现浆液扩散过程中压力场变化与黏度、屈服应力空间分布的完整描述。速凝浆液在注浆过程中浆液黏度与屈服应力沿浆液扩散方向不断上升。恒流注浆条件下浆液压力非线性衰减且下降幅度逐渐增大，注浆压力随注浆时间的增大而非线性增大，且增长幅度逐渐增大；与恒流注浆条件不同，恒压注浆条件下远离注浆口处的浆液压力梯度随时间变化逐渐上升，注浆流量在注浆初期维持在一定数值后非线性衰减。　　（3）开展了单一裂隙速凝浆液注浆模拟试验，验证了裂隙注浆过程中浆液压力变化情况。自主研发了裂隙注浆模拟试验系统，包含平板裂隙试验台、双液注浆装置、地下水压加载装置与动态监测系统。试验表明注浆过程中浆液压力沿扩散方向非线性衰减，注浆口附近浆液压力梯度大，远离注浆口处浆液压力梯度小；水泥-水玻璃体积比=3:1 组试验远离注浆口处浆液压力梯度开始上升。注浆过程中注浆压力变化符合数学模型计算趋势。相较于数学模型结果，注浆后期模拟试验并非呈现远离注浆口处浆液压力梯度高，注浆口处压力梯度小的情况。
作者：	楚云添
专业：	建筑与土木工程
导师：	俞然刚;叶东昊
授予学位：	硕士
授予学位单位：	中国石油大学(华东)
学位年度：	2021