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砂卵(砾)石层模拟注浆试验及渗透注浆机理研究

杨坪  
【摘要】:砂卵(砾)石层在我国分布广泛,是土木工程常见的复杂地层,如何改善砂卵(砾)石层的性能一直是工程界所关注的问题。本文提出运用注浆的方法改善砂卵(砾)石层的性能。由于浆液在地层内的运动受着多种因素的影响,现有的理论公式还不能对注浆的成本和效果做出准确的预测,因此,本文对在砂卵(砾)石层注浆进行了试验研究,并根据试验研究的需要,自行研制了室内大型多功能注浆试验台,为研究注浆提供了一种新的方法。浆液在砂卵(砾)石中的渗透扩散(流动)规律和浆液胶结充填区域的加固体强度等都与砂卵(砾)石的几何形状、空间分布、空隙度特性有密切的关系。本文用分形理论研究了砂卵(砾)石的颗粒组成分形特征,构造了砂卵(砾)石的分形理论模型,提出了砂卵(砾)石颗粒分维的统计方法。研究了砂卵(砾)石颗粒分维、孔隙分维和孔隙度以及它们之间的关系,得到了砂卵(砾)石颗粒分维、孔隙分维和孔隙度的计算公式,它对砂卵(砾)石的注浆加固工程设计和砂卵(砾)石的模拟注浆试验研究有重大的理论指导意义。用分形理论模型计算的方法,获得了砂卵(砾)石的理论分维D_理=2.4。由于地层内部的复杂性,浆液自身性质的多变性,给注浆的理论研究带来了很大的困难。目前,人们研究浆液在地层中的渗透扩散时多把浆液简化为与时间无关的牛顿流体,而绝大多数浆液属非牛顿流体的宾汉姆流体,且浆液具有时变性,这就导致了注浆过程中的理论计算与实际相差很大,为了使理论计算与实际更加接近,本文根据宾汉姆流体的本构关系和渗流基本定律(达西定律),结合浆液的时变性,研究推导了时变性宾汉姆流体在砂卵(砾)石层中的渗透规律,得出了时变性宾汉姆流体在砂卵(砾)石层中渗透扩散过程的压力头分布、压力梯度分布、速度分布以及注浆量、浆液扩散距离和注浆时间之间的关系计算公式,揭示了浆液在地层内的运动过程,对研究浆液在大孔隙中的运动规律有重要的理论意义。本文采用室内模拟注浆试验的方法,用得到的宾汉姆流体的渗流模型指导模拟注浆试验,试验结果表明,注浆后砂卵(砾)石层的性能得到了很好的改善。通过回归分析试验结果,找出了影响注浆量的显著因素为注浆压力,影响浆液扩散半径的主要因素为注浆压力,注


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