岩体裂隙开度变化对浆液扩散规律的影响分析

研究岩体裂隙开度变化对浆液扩散规律的影响。将单一裂隙形状简化为椭圆形和矩形,利用广义柱面坐标、牛顿内摩擦定律、达西定律、渗流微分方程、纳维—斯托克斯(Navier-Stokes)方程和边界条件下的连续性方程,推导牛顿液体在两种裂隙形状中渗透注浆的参数关系,对比研究了裂隙开度不变和变化两种情况下浆液的扩散规律。结果表明,开度变化对扩散距离有较大影响。因此,在进行注浆理论研究中,应该建立反映开度变化的裂隙模型,并研究裂隙开度变化对渗透注浆的影响规律。     

考虑黏度时效性与空间效应的C-S双液浆盾构隧道管片注浆机理分析

在假定C-S双液浆符合宾汉姆流体的基础上,考虑双液浆黏度时变性与空间效应,并认为盾构隧道管片注浆符合球形渗透模型,通过平衡方程与Dupuit-Forchheimer公式,对宾汉姆流体壁后注浆渗透扩散规律进行理论分析,得到C-S双液浆扩散半径计算公式以及管片受力计算公式。通过具体实例分析了注浆压力、注浆管内浆液流速以及C-S双液浆黏度参数A与参数Y对浆液扩散半径及管片受力的作用,对比了不同注浆参数对注浆效果的影响。结果表明:浆液扩散半径随注浆压力与注浆管内浆液流速的增大而增大,随黏度参数A与参数Y增大而减小,其中注浆压力与参数Y对浆液扩散影响较大,注浆管内浆液流速与参数A对浆液扩散影响较小;管片受力随注浆压力与注浆管内浆液流速增大而增大,但注浆压力的影响效果不断增大而后趋于稳定,注浆管内浆液流速的影响效果不断减弱而后趋于稳定;管片受力随参数A与参数Y增大而减小,其中参数A对管片受力的影响呈负线性关系,影响效果较弱,参数Y对管片受力的影响呈现"三段式"变化——缓慢减小阶段、加速减小阶段以及快速减小阶段,影响效果明显。     

基于数值模拟的劈裂注浆浆液扩散范围分析

基于离散元程序数值模拟，建立了地层土体劈裂注浆数值计算模型，分析在不同地压、不同注浆压力条件下，土体发生劈裂后浆液在土体裂隙中的扩散范围及注浆孔周边土体中塑性区分布特征。结果表明:随着注浆压力的增大，浆液在土体中的扩散范围逐渐增大；随着地层压力的增大，浆液的扩散逐步受到抑制，其范围逐渐缩小，土体的可注性下降；地层压力对土体中浆液扩散范围的分布形状亦有明显的影响；在注浆压力增大过程中，注浆孔周围土体处于塑性状态的土体单元增加、塑性区范围增大；当注浆压力一定时，注浆孔周围土体塑性区范围随地压增大而减小；地层劈裂注浆过程存在压密效应。     

溶液型浆体在岩溶裂隙中运移的动力学研究

从浆液扩散理论的基本假设出发,综合考虑岩溶区被注介质和浆液扩散特征,在总结前人研究成果的基础上,推导出浆液在贯通岩溶裂隙或者管道中扩散时所须满足的动力学通用控制方程。在考虑溶液型浆体特性、被注介质特征和扩散过程的前提下,对通用动力学控制方程进行合理简化,获得适用于溶液型浆体在岩溶裂隙和管道网络中扩散的动力学控制方程。基于有限体积法理论,借助于HQUICK、Central Difference、Crank-Nicolson和Adams-Bashforth等离散格式对控制方程完成数值离散工作,然后采用压力泊松方程法对其完成数值求解工作,从而为研究岩溶区浆液扩散过程的软件开发和数值模拟工作提供理论基础,开创采用计算流体动力学理论方法对溶液型浆液在岩溶裂隙和管道介质中的扩散研究的新途径。     

桥梁地基渗透注浆加固研究

对桥梁地基注浆加固时浆液的扩散规律进行了研究,进而得出了改进的浆液扩散理论计算公式,从而对桥梁地基进行注浆加固设计起到了指导作用。该公式考虑了灌注过程中浆液黏度随时间的变化规律,从而消除了目前计算公式只以初始黏度作为计算参数所造成的计算误差。还给出了运用计算机Matlab软件求浆液的浆液黏度与时间函数关系的方法。     

基于浆液扩散的软弱围岩隧道注浆加固效果研究

注浆加固措施作为提高软弱围岩力学性能、保障隧道施工安全的主要措施之一,其对围岩的加固机理以及加固效果是隧道工作者长期以来的研究热点。基于浆液扩散理论,利用多场耦合软件Comsol建立同时考虑隧道开挖和浆液扩散形态的开挖-注浆耦合分析模型,并对软件进行二次开发,实现注浆范围内土体力学参数的动态变化,通过研究隧道开挖过程中注浆浆液扩散时空变化规律,并在浆液真实扩散形态和隧道开挖耦合作用下围岩的塑性区、隧道衬砌的力学状态等方面研究软弱围岩隧道的注浆加固效果。研究结果表明:(1)围岩塑性区随注浆时间的增加大致可分为两个阶段,第一阶段塑性区发生空间转移,塑性区面积整体上有减小的趋势,第二阶段塑性区范围和面积基本稳定;(2)在注浆加固范围达到最大之前,增加注浆时间可减小衬砌结构受力,之后持续增加注浆时间对改善结构受力没有明显效果;(3)在注浆加固圈完全形成之后,继续增加注浆时间并不能明显改善围岩以及衬砌结构的受力状态,盲目增加注浆时间只会造成经济上的损失。     

动水环境下渗透注浆浆液扩散影响因素分析

通过广义两相达西渗透定律,应用数值方法研究了浆液在动水环境中扩散形态、注浆压力演化规律。计算结果表明,水流抑制浆液逆水流方向与垂直水流方向的浆液扩散,促使浆液顺水流方向扩散;注浆后期浆液逆水扩散距离与扩散开度存在极大值,不随注浆时间延长而增大;注浆初期注浆压力显著增大,注浆后期注浆压力基本保持稳定且注浆压力与注浆速度、浆液黏度、水头压力呈近似线性关系。     

考虑固液二相互态特性的流固耦合模型

为研究岩土体内的流固耦合作用对道路工程中道路建筑物/构筑物的变形和沉降，聚焦于构建考虑固液二相互态特性的流固耦合模型，首先构建以含水率为参数的固相物性参数方程（弹性模量、体积模量、极限偏应力）和以孔隙比为参数的液相物性参数方程（饱和含水率、残余含水率、Gardner模型参数），其次建立考虑固液二相互态影响的固相本构方程（邓肯-张模型）和液相本构方程（Gardner模型），之后将新构建的本构方程与固液二相控制方程联合使用构建出考虑固液二相互态特性影响的流固耦合模型。以非饱和黄土为研究对象，利用数值模拟软件构建考虑固液二相互态影响的非饱和土流固耦合数值模型，探索固液二相互态特性对非饱和土流固耦合影响机制。研究结果表明：随着含水率的增大，固相物性参数（弹性模量、体积模量、极限偏应力）均呈减小的趋势；含水率增大使得土体强度减小，表现为达到相同的应变，土体的应力减小；含水率增大，相同的变形情况下，土体所承受的荷载变小。随着孔隙比的增加，饱和含水率线性增加，残余含水率线性减小，Gardner模型参数β呈指数减小，土体内有效饱和度也随之增加；孔隙比增大还会导致土体饱和渗透能力的减小，非饱和相对渗透系数增加。在相同的载荷条件下，相较于未考虑互态影响的流固耦合模型，考虑互态影响的模型模拟的土体变形量较大，含水率、压力水头较小。     

考虑注浆加固作用的非圆形隧道应力和变形解析解

为了得到考虑注浆加固作用的非圆形隧道应力和变形解析解,基于复变函数理论引入一种新的考虑注浆加固作用的非圆形隧道应力和变形的求解方法。首先,为克服非圆形隧道断面、注浆圈几何形状和考虑衬砌支护造成的计算困难问题,引入了保角变换及复变函数幂级数解法。通过采用最优化解法确定保角变换中各项系数,得到计算模型映射函数。其次,通过幂级数复变函数法和弹性力学连续性条件克服隧道衬砌以及围岩注浆圈带来的多连通域问题,确定应力函数各项系数。随后,将得到的应力函数代入应力、位移方程求解考虑注浆加固作用的非圆形隧道应力和变形值。最后,将新方法所得结果分别与未考虑注浆作用的非圆形隧道应力及位移解和数值模拟计算结果进行对比分析。研究结果表明：注浆后注浆圈环刚度增大,整体性提升;衬砌变形减小,衬砌受到的围岩压力减小;围岩注浆有效改善了衬砌受力状态,使衬砌拱顶下沉减小约21.8%,拱底隆起减小约18.1%,拱脚附近法向应力减小约19.9%,环向应力减小约8.9%;围岩注浆可以有效加固岩体,封闭隧道周边岩体裂隙,改善衬砌受力状态,提高隧道抵抗变形和破坏的能力;解析解与数值解吻合较好,所得规律符合工程实际规律。研究结果可为考虑注浆加固作用下的非圆形隧道开挖问题提供一种新的快速、准确的计算方法,并为考虑注浆加固作用的非圆形隧道数值计算和安全运行提供参考依据。     

恒压群孔注浆浆液压力分布理论模型与现场试验

隧道初期支护渗漏水严重威胁隧道全寿命周期运营安全,渗漏水处治过程中隧道拱底破坏、拱顶效果差的不均一性是其根本难题。针对目前隧道渗漏水处治过程中存在的设备浪费、工艺复杂等问题,提出基于多孔注浆的新型群孔注浆工艺,设计能保证一台注浆泵多个注浆孔同时注浆,并满足所有注浆孔孔口压力一致的恒压群孔注浆装置;考虑浆液重力因素影响,分析恒压群孔注浆浆液扩散规律,推导浆液压力变化方程,建立考虑浆液重力的浆液压力分布模型,获得浆液压力分布随隧道截面角度的变化规律;设计隧道初支壁后注浆现场试验,分析实际浆液压力与隧道截面角度的关系,并与理论计算结果进行对比,从隧道初支渗漏水注浆原理、工程特点及治理效果等方面,对其注浆设计提出相关建议。研究结果发现：基于恒压群孔注浆理论设计的群孔注浆装置可极大提高工程效率,治理区域注浆整体均匀;考虑浆液重力的浆液压力分布与现场试验结果基本吻合,恒压群孔注浆浆液压力呈现明显的椭圆形分布,拱底压力为拱顶压力的2.3倍,浆液压力分布随隧道截面角度呈对称分布,未考虑浆液重力的浆液压力分布与现场试验数据差别在-43%~33%不等,因此,注浆设计应充分考虑浆液的重力,研究结果对隧道初支渗漏水注浆理论与工艺有重要的借鉴意义。     

盾构隧道壁后注浆试验与浆液扩散机理研究进展

盾构隧道壁后注浆具有控制地层变形、确保管片受力均匀等作用,但壁后注浆施工中也常出现隧道上浮、管片破损、螺栓剪断等现象,壁后注浆效果与注浆施工参数的控制密切相关。为达到预期注浆效果,深入研究壁后注浆过程中浆液的扩散机理,提出合理的壁后注浆施工控制策略具有重要现实意义。基于目前国内外学者在盾构隧道壁后注浆浆液扩散机理方面所开展的工作,从现场实测、模型试验、理论分析3个方面进行梳理总结,分析现有研究的进展和不足。在现场实测方面,目前常用的监测手段是探地雷达无损检测法和埋设仪器法;室内模型试验包括整体模型试验和局部模型试验,整体模型试验主要用于模拟盾构掘进过程中的同步注浆施工,局部模型试验主要用于分析浆液固结变形以及压力消散过程;在理论分析方面,当前主要从盾尾间隙特征、浆液流体特性以及浆液-土体相互作用机理研究浆液扩散过程,浆液扩散过程可概括为充填、渗透、压密和劈裂4个阶段,充填注浆浆液的扩散模型主要是环形充填扩散和扇形充填扩散,渗透注浆浆液的扩散模型有球面渗透扩散和柱面渗透扩散,压密注浆浆液的扩散模型有球形压密扩散和柱形压密扩散,劈裂注浆过程很少考虑;在数值计算方面主要侧重于研究盾构壁后注浆对管片受力和地表沉降的影响。最后,分别从盾构隧道断面形式、理论模型的地层适应性、统一扩散理论模型、浆液扩散微观机理等方面展望了盾构隧道壁后注浆浆液扩散机理研究的发展趋势。     

考虑流固耦合作用的大跨度桥梁风振响应研究

为更准确研究大跨度桥梁的风致振动特性,为设计提供更可靠的方法,对考虑流固耦合作用的大跨度桥梁风振响应进行了研究。介绍了一种流固耦合分析的强耦合方法,同时求解流体控制方程和结构控制方程,计算出全场变量值。给出了与求解方法相应的湍流模型和边界条件。对大跨度悬索桥进行了风振响应分析和颤振分析,与已有文献进行了结果对比。研究表明:发生颤振时,考虑流固耦合作用时桥梁的颤振临界风速要小于不考虑流固耦合作用时的情况,其风振响应要大于不考虑耦合作用的风振响应,说明在气动弹失稳的情况下,流固耦合作用加深了结构的不稳定性。结果表明流固耦合效应对于大跨度悬索桥风振响应有重要影响,强耦合计算方法可以较准确地预测其风致振动特性。     

盾构隧道粘度时变性浆液壁后注浆渗透扩散模型

在假定注浆浆液为粘度时变性流体,并在盾尾间隙影响厚度范围内均匀柱面扩散的前提下,应用达西定律对盾构壁后注浆渗透范围及浆液对管片造成的压力进行了理论推导,得到了浆液扩散半径及对管片产生压力的计算式.通过具体实例,对比分析了是否考虑粘度时变性2种条件下浆液扩散半径及对管片产生压力的计算结果,以及不同胶凝时间下浆液扩散半径及对管片产生压力的计算结果.分析结果表明:2种条件下,浆液扩散半径及对管片产生的压力随注浆压力、注浆时间的变化规律不尽相同,粘度时变性对浆液扩散半径及对管片产生的压力影响显著,可通过调整浆液配比来改变粘度时变性,进而影响浆液扩散半径及对管片产生的压力,但浆液对单位面积管片的压力几乎不受粘度时变性的影响.     

考虑流固耦合效应的双模盾构施工对地表变形的影响

为研究考虑流固耦合效应的盾构施工对地表的影响,文中以穗莞深城际西宝区间大直径双模盾构在复杂地层中施工为背景,采用midas GTS NX软件建立三维有限元模型,探究渗流作用下TBM模式在硬岩中掘进时的地表变形规律。结果表明,对于位于裂隙发育、富水性及透水性中等的硬岩隧道,隧道开挖引发的地下水渗流会加剧隧道周围及地表的位移变化,因此,在计算盾构施工对围岩及地表带来的影响时,应当考虑流固耦合效应。     

基于沥青站回收粉的注浆材料特性与应用评价

采用粘度、渗透试验和强度试验对不同回收粉掺量注浆材料的渗透特性及试件的强度特性进行分析,论证回收粉在注浆加固工程的可行性和可靠性。试验结果表明:1)回收粉掺量越大,水泥浆粘度越小,渗透能力先增后降,掺配20%回收粉适用于裂隙开度大于350μm的岩体注浆加固; 2)一定比例的回收粉能发挥细砂作用,可提高浆液结石率和强度。应用实体隧道工程岩体松散、节理开度大,掺配20%回收粉不仅能确保渗透效果和加固强度,还可达到资源利用、节约成本的效果。结论是适量的沥青站回收粉掺量可用于加固注浆材料。     

流沙层注浆数值模拟研究

分析了流沙层地质结构特点,应用有限元分析软件COMSOL Multiphysics对流沙层渗透注浆进行稳态与瞬态的数值模拟研究,分别计算了静水条件下和动水条件下注浆浆液扩散过程,分析了动水条件下浆液扩散规律,分析了不同注浆材料及不同注浆压力对浆液扩散过程的影响.研究结果表明:浆液在渗流场中大致呈钟形分布且都存在逆水流扩散区域,浆液与水之间没有明显分界面而是存在一个过渡区.压力从进水边界和注浆口向出流边界衰减,在注浆口和进水边界之间存在一个压力极小值点并存在一个速度接近零的区域.浆液黏度越低扩散范围越大.随着注浆压力的增加,浆液扩散范围不断增加,两相渗流达到稳定渗流状态所需要的时间也变长.     

围岩蠕变和同步注浆浆液硬化的盾构斜井衬砌结构内力模拟分析

以鄂尔多斯市的补连塔煤矿#2盾构斜井为工程背景，基于Burgers模型，研究在围岩蠕变和同步注浆浆液硬化作用下考虑接头非线性特性的盾构斜井衬砌结构内力分布，并将内力分析结果分别与考虑围岩蠕变效应及同步注浆浆液硬化效应两种情况进行对比。结果表明:考虑围岩蠕变效应的结构内力极值呈自然对数增长，同步注浆浆液硬化效应可减小斜井衬砌的受力；由于考虑了接头的存在，采用双段折线非线性抗弯刚度的斜井结构内力分布呈现不对称现象。     

隧道泥质断层多序注浆动态劈裂扩散规律

注浆方法是加固隧道泥质断层的有效手段,为解决多序注浆产生劈裂压力和劈裂路径宽度的计算问题,揭示多序注浆之间的动态影响规律,为注浆设计提供理论指导,采用理论推导和模型试验方法开展研究,旨在推动劈裂注浆工程设计向科学化和可控化发展。泥质断层劈裂注浆工程中,建立合理的土体应变ε-应力p曲线模型是进行注浆设计参数（压力、劈裂路径宽度）计算的基础,注浆具有多序次特点,先序注浆的加固作用使得土体ε-p曲线模型具有动态性,进而导致浆液劈裂扩散模型的动态性。在土体初始压缩的基础上,以先序固结压力p_c和再压缩土体特征压缩模量E'_s1-2为表征参数,提出了适用于后序注浆中被注土体再压缩变形的ε-p曲线模型及其参数求解方法,进而建立了再压缩土体浆液劈裂扩散模型,与采用初始压缩土体浆液劈裂扩散模型相比,所取工况下劈裂路径宽度计算值降低幅度最高可达26.59%,浆液驱动压力计算值提升幅度最高可达269%,证明了考虑先序注浆影响的必要性。开展了"三管四序次"可识别性劈裂注浆模型试验,分别对比第1,2序和第2,3序注浆,后序最大注浆压力提升96.4%和5.45%,平均注浆压力提升104.8%和20.16%。此外,后序注浆劈裂路径宽度相比先序降低了58.2%~69.3%,验证了理论推导结果的正确性,试验还监测了可反映浆液对于被注介质的"加固行为"的土压力变化规律以及浆液劈裂路径的三维分布形态。     

基于流固耦合方法的深水桥墩地震响应分析

该文以深水桥墩为研究对象,采用FSI考虑水对桥墩地震响应的影响,分析比较了不同水深、不同水域面积以及不同壁厚情况下流固耦合作用对桥墩地震响应的影响。得出考虑墩水耦合作用不仅增大了墩底地震响应的最大值,并且使墩底响应最大值发生的时刻也有所改变;随着水深的增加,流固耦合作用对墩底响应的影响增大;随着壁厚的增大,流固耦合效应对空心桥墩墩底地震响应的影响逐渐减小。     

桥梁桩基施工中注浆加固技术与优化控制方法

常规的桩基注浆加固技术主要通过对钻孔进行合理的选取,并按照钻孔顺序来进行注浆。由于忽略了浆液黏度的变化,导致浆液的理论扩散半径计算精度较差,从而影响了注浆加固的效果。对此,提出了桥梁桩基施工中的注浆加固技术与优化控制方法。首先,基于柱形扩散理论,将浆液黏度设为变量,对常规的浆液渗透公式进行优化,从而计算出浆液扩散半径。然后,结合注浆系数,对浆液配置进行优化调整,并进行压浆处理。最后,通过对注浆效果进行检查,实现注浆加固技术的合理优化。在实验中,对提出的注浆加固技术进行了加固效果的检验。结果表明,采用提出的方法对桩基进行注浆加固后,地基极限承载力明显提升,具备较为理想的注浆加固效果。