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《中南大学》 2005年
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静动力作用下浆液扩散理论与试验研究

杨秀竹  
【摘要】:本文采用试验研究、理论分析和数值模拟相结合的方法,针对目前注浆领域存在的不足,对渗透、压密以及振动注浆浆液的扩散范围与理论进行了比较深入的研究。归纳起来,具体的研究和所获得的一些重要成果如下: 1、在广义达西定律和球形、柱形扩散理论模型的基础上,推导了宾汉体、幂律体浆液在饱和砂土中进行渗透注浆时的扩散公式,并提出了公式的求解方法。运用该公式可以计算出扩散半径满足设计要求时所需的注浆压力及其沿地层深度的变化情况。 2、对两类粘土固化浆液从无侧限抗压强度和塑性强度两个方面进行了研究,分析了各主要因素对强度的影响程度。 3、设计了静压注浆模拟试验装置,该装置具有如下优点:注浆压力稳定可调;可以有效地观察浆液在砂土中的扩散过程;可以模拟静水压力和动水压力两种情况。进行了渗透注浆模拟试验,观察到了浆液在砂土中的扩散情况,对比了注浆前后饱和砂土渗水情况。 4、设计了振动注浆模拟试验装置,通过振动注浆模拟试验,发现了浆液扩散的一些规律,探讨了振动注浆机理。 5、推导了轴对称Biot静力固结方程,采用虚位移原理和加权余量法分别对平衡方程和连续性方程进行空间离散,在此基础上对弹性饱和多孔介质压密注浆进行了数值模拟。 6、将弹塑性模型引进平衡方程,同时考虑大位移大应变情形,采用Jaumann应力速率张量和应变速率张量进行计算,并将其应用于弹塑性饱和多孔介质压密注浆数值模拟。 7、以湘江饱和河砂为研究对象,分析了饱和砂土孔隙水压力波动变化规律;对于偏压固结以及围压较大的等压固结,即使在较大的振动力作用下或较长的振动时间内,孔压也无法达到围压,针对这种情况本文发展了一种新的拟合公式;从能量的角度出发,研究了滞回圈面积累计之和与孔压发展变化之间的关系;从路径长度的角度出发,研究了轴向应变路径长度与孔压之间的拟合关系;研究了动应力幅值改变与孔压变化的关系。 8、研究了应力应变滞回圈形状发展变化规律;研究了轴向动应变的变化与孔隙水压力发展之间的关系。
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