地铁隧道考虑流固耦合影响的微裂隙岩体注浆数值模拟研究

为研究浆液与岩体的耦合作用机制,采用有限元方法对微裂隙岩体开展单一裂隙注浆数值计算。将连续性方程作为浆液流动的控制方程,将修改后的达西定律用于描述浆液在裂隙中的运动过程。基于弹性力学理论,提出考虑流固耦合效应的微裂隙岩体注浆扩散过程计算方法,研究裂隙开度、岩体弹性模量对注浆扩散距离的影响。研究结果表明： 1）在注浆过程中,裂隙开度由注浆孔附近向浆液扩散锋面处衰减,考虑流固耦合效应时注浆压力的计算误差能够减小30%左右,注浆扩散半径的计算误差可减小15%左右; 2）在注浆设计中应充分考虑流固耦合效应对注浆扩散过程的影响。     

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。     

高速公路裂隙岩体地基改性浆液注浆加固技术

为满足高速公路富水裂隙等复杂岩溶发育地层治理的工程需求,对研制的改性高聚物-水泥(MPC,Modified Polymers-Cementitious)注浆浆液进行了研究;建立基于广义H-B流体的预定义黏度时间分布函数,进行地下水作用下裂隙注浆扩散特征数值分析。结果表明:MPC浆液黏度随时间呈阶梯型增长;与传统注浆材料相比,高聚物间注浆初期具备持续高流态、临界可泵期时黏度突增并迅速凝胶硬化的性能优越性;动水冲刷下MPC浆液留存率明显高于水泥单液浆,且断面累计动水流量显著减少。     

通车条件下路基加固的水泥-水玻璃注浆参数研究

路基注浆既要满足注浆量要求又要使浆液尽快形成强度而满足通车条件，为此，引入水泥－水玻璃双液浆理论解决上述问题。通过调节水泥－水玻璃浆液配比及注浆工艺，保证注浆量和浆液扩散半径，将每根袖阀管分4段注浆，下面3段注纯水泥浆，最上面靠近地表段注10 %的双液浆，确保靠近地表处的浆液在交通解封时尽快形成强度。检测结果表明，路基注浆加固效果良好。调整后的注浆方案既保证了注浆量、浆液扩散半径，又保证了浆体在较短时间内形成强度，满足交通及时解封条件。     

水泥浆液黏度对全风化花岗岩注浆加固效果的影响

水泥浆液是隧道与地下工程水害治理与地层加固的常用注浆材料。针对利用水灰比调节水泥浆液黏度的传统方法在注浆治理工程中存在的局限性,通过掺加2种外加剂实现了水灰比为1：1的水泥浆液的黏度和流动度在一定范围内动态可调。选取典型工程中遭遇的全风化花岗岩为被注介质,开展了注浆模拟试验,研究了不同黏度浆液在全风化花岗岩中的扩散规律,分析了浆液黏度对注浆加固效果的影响机制。研究结果表明：水泥浆液在被注介质中整体呈现劈裂扩散模式,随着浆液黏度的增大,主劈裂浆脉扩展形态由"三叉形"逐渐向"折线形"转变,主浆脉宽度变厚,被注介质的单轴抗压强度和抗剪强度不断提高;在水泥浆液黏度为24.6 s时,加固土体的单轴抗压强度提高了87%,内聚力和内摩擦角分别提升了220%和46.6%,内摩擦角与抗剪强度随浆液黏度的变化趋势基本一致,可见内摩擦角的提升可作为影响被注介质抗剪性能的关键指标;临近18.8 s的浆液黏度是浆脉扩展形态转变和被注介质强度增长速率变化的敏感黏度。研究成果可为全风化花岗岩及类似地层注浆治理工程中的注浆材料选型、黏度调控及加固效果评价提供技术参考。     

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。     

基于分形理论宾汉浆液在多孔介质中的扩散研究

在分形理论的基础上，构建了宾汉流体在多孔介质中的扩散模型，分析了浆液黏度、浆液初始剪切力和受注介质孔隙结构特征（孔隙度）对浆液扩散规律的影响，以便为注浆在岩土工程灾害治理中的合理设计提供技术支撑。结果表明：（1）当孔隙通道的曲折度分形维数DT为1.5时，浆液扩散压力随着扩散距离的增加呈非线性迅速减小趋势，而当DT为1.0时，浆液扩散压力随着扩散距离的增加无明显变化；（2）当DT较大时，浆液压力损耗随着浆液初始剪切力的增加呈非线性迅速减小趋势，而当DT较小时，在相同条件下，浆液压力损耗随浆液初始剪切力的增加无明显变化；（3）浆液压力损耗随着受注介质孔隙度的增加呈现先急剧减小、后缓慢减小的趋势。     

岩溶区某桥梁桩基稳定性分析

基于某高速公路岩溶区桥梁桩基处治的具体工程实践,结合理论分析和数值模拟方法,考虑群桩效应,从桩基竖向承载力、沉降计算等方面对桩端压浆和不压浆等2种处治方案进行了对比分析,并进一步探讨了岩溶区桥梁桩基承载和变形特性。结果表明,采用桩端注浆处治方案可保证该桥梁桩基的安全性。     

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。     

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。     

海底隧道注浆材料试验研究及工程应用

通过试验分析了普通硅酸盐水泥—水玻璃和矿渣硅酸盐水泥—水玻璃浆液的基本性能。利用正交试验设计方法,以抗压强度为主要指标,对浆液的配比进行了优化设计。通过对两种浆液材料同龄期试块抗压强度的对比发现,矿渣硅酸盐水泥的抗海水腐蚀性能明显好于普通硅酸盐水泥。将优化配比后的浆液用于青岛胶州湾服务隧道地表注浆加固,收到了良好的效果。     

厚卵砾漂石地层注浆止水新型材料注浆效果试验研究

在富水厚卵砾漂石地层中,采用传统的注浆浆液进行止水,浆液极易在地层内大量流失,且注浆后浆液扩散不均、多呈"糖葫芦"状扩散,无法保证注浆效果。针对富水厚卵砾漂石地层的地质特点,针对注浆材料进行一系列室内配比试验,并通过注浆模型试验及现场试验进行卵砾漂石地层的注浆材料研究。试验表明:在厚卵砾漂石地层中,采用2种新型浆液即CD-SCA(水泥+聚羧酸钠盐型分散剂-水玻璃+硫酸铜+明矾)浆液和PC-SCA(磷酸-水玻璃+硫酸铜+明矾)浆液,注浆浆液呈柱状均匀扩散,扩散半径满足设计要求,地层的渗透性明显改善,满足了帷幕止水墙的止水效果,为今后同类地层注浆止水工程施工提供了有效借鉴。     

灌注式水泥-沥青混合料设计与路用性能

灌注式水泥-沥青混合料是一种在开级配的沥青混合料中填充水泥胶浆而形成的，兼具沥青路面和水泥混凝土路面特点的复合材料。采用体积法设计高空隙率的基体沥青混合料并通过马歇尔试验确定其最佳沥青用量；通过不同水灰比和不同灌浆量的水泥浆灌注的水泥-沥青混合料的马歇尔稳定度和低温劈裂强度，确定水泥浆的合理水灰比和单位面积合理的灌浆量。利用车辙试验动稳定度评价水泥-沥青混合料的高温稳定性，用残留稳定度和冻融劈裂强度比评价水泥-沥青混合料的水稳定性。结果表明所选择的水泥-沥青混合料具有优良的高温稳定性和良好的水稳定性，在普通水泥浆中掺加一定量的粉煤灰，水泥-粉煤灰一沥青混合料同样具有较好的路用性能。     

粘土-水泥浆液在路基加固中的应用

通过对不同配比的粘土-水泥浆液结石体的室内无侧限抗压强度试验以及三轴固结不排水试验，揭示了各因素对粘土-水泥浆液结石体性质的影响。所得的粘土-水泥浆液结石体力学特性结论已应用于长沙市人民东路下穿京珠高速公路箱涵顶推路基加固工程。     

DZ100系列注浆泵的研制

为了摆脱国外对隧道盾构施工同步注浆工艺中使用的液压泵的技术垄断,为市场提供质优价廉的注浆泵,黑旋风工程机械开发有限公司通过长期分析研究国内外多种同类产品的优缺点后,针对盾构同步注浆的工艺特点,结合试验机型多年成功应用后积累的丰富经验,运用机械、液压、电器、信息传感与通信等多学科技术,采用自动润滑的双缸双作用双泵头的柱塞结构,利用电液比例和PLC控制,用流量和压力传感器及人机界面作信息采集和处理的工具,研制出了具有自我知识产权的DZ100系列盾尾注浆泵。通过模拟工况试验,其性能完全满足盾构施工同步注浆工艺的需要,同时具有进口泵所不具备的可双液注浆、连续注浆、劈裂注浆、无堵塞注浆等性能特点。     

一种新型平行钢丝智能拉索

在制备纤维增强塑料(FRP)筋的过程中,沿筋长度方向埋入光纤Bragg光栅传感器,制成了光纤光栅-纤维增强塑料复合筋(FRP-OFBG筋)。拉索制作过程中,将FRP-OFBG筋布设到平行钢丝拉索中,并利用冷铸锚锚杯内的环氧砂浆固定FRP筋的两端,得到一种新型平行钢丝智能拉索。利用智能筋与平行钢丝的协调变形,实现拉索的应力应变测量,监测拉索的工作状态。试验结果证明,该方法是可行的、有效的,且采用光栅传感器测量拉索应变测量精度较高。     

单液活性同步注浆浆液的配合比试验

系统地研究各同步注浆材料对单液活性浆液性能的影响规律,探讨水胶比、胶砂比、膨水比、粉灰比对单液活性同步注浆浆液性能的影响,根据研究结果针对不同的地质条件对浆液性能的不同要求,提出同步注浆浆液配比的优化方向,为越来越广泛的盾构隧道同步注浆施工提供借鉴作用。     

压密注浆对土体微观结构的影响研究

依托唐津高速公路（K61＋068～K94＋000）段维修工程的具体实践,对路基注浆前后土体微观结构类型、微观结构参数的变化进行研究,揭示了注浆前后土体性质发生变化的内在机理,从微观角度研究压密注浆法对提高病害路基强度的效果。通过研究证明了压密注浆是进行路基加固的有效手段。     

软土地层盾构穿越密集房屋群水平定向注浆加固技术

为解决土压平衡盾构在敏感软土地层穿越密集房屋群过程中极易引发地表沉降和建（构）筑物损坏的问题,依托广州市轨道交通14号线盾构下穿姓钟围房屋群加固工程,提出水平定向注浆加固技术,该技术将水平定向钻孔技术与地面注浆技术相结合,利用无线随钻测斜系统实现钻机参数测量、采集、分析和定位,采用特制钢阀管下入钻孔,通过阀管向拟加固区域进行水平定向注浆。介绍该技术的水平孔钻探工艺,并分析其应用效果和经济效益。结果表明： 应用水平定向注浆加固技术,加固区变形量控制在±5 mm以内,未造成房屋开裂、倾斜、倒塌等不良社会影响,能有效保障土压平衡盾构在敏感软土地层中安全顺利通过密集房屋群; 水平定向注浆加固较MJS高压旋喷桩加固可节省费用600余万元,经济效益显著。