地鐵穿越砂層注漿擴散與加固機理及工程應用.pdf

1、隨著我國地鐵進入大規(guī)模建設時期，地鐵建設過程中的不良地質災害控制已成為重要研究課題。地鐵隧道修建過程中經常穿越的第四系富水砂層，是影響地鐵建設安全的主要地質災害源之一，該地層具有含水豐富、膠接強度低、自穩(wěn)能力差的顯著特點，在施工擾動及地下水作用下極易誘發(fā)隧道塌方、涌水潰砂等工程災害事故。注漿方法是控制富水砂層地質災害的最常用方法，受砂層孔隙結構及地應力狀態(tài)的影響，砂層注漿往往呈現出不同的擴散加固模式，本文針對工程中最常見的兩種砂層注漿模

2、式（滲透模式與劈裂-壓密模式），通過理論分析、室內試驗、模擬試驗等方法，以實現砂層注漿擴散過程與加固效果的定量描述為目標，深入研究砂層注漿擴散與加固機理，建立了注漿擴散范圍與注漿加固效果的定量計算方法，最終形成針對砂層的注漿設計方法，并進行了工程應用。本文主要工作及創(chuàng)新成果如下:
　　(1)砂層注漿擴散加固模式主要取決于砂層可注性及注漿壓力大小，在砂層可注性試驗的基礎上建立了考慮砂層結構特征及漿液粒徑大小的可注性判據，基于圓孔擴張

3、理論建立了注漿起劈判據，在此基礎上闡述了滲透注漿模式與劈裂-壓密注漿模式各自的發(fā)生條件。
　　(2)分析不同注漿方式對漿液粘度空間分布的影響，建立了考慮粘度空間分布不均勻性的砂層滲透注漿擴散理論模型，并開展一維可視化滲透注漿擴散模擬試驗，通過理論與試驗結果的對比驗證，獲得了砂層滲透注漿擴散范圍與注漿參數、漿液流變參數之間的定量關系。
　　(3)開展了砂層滲透注漿加固效果室內試驗，研究漿液性質、砂層特征及注漿壓力對注漿效果的影

4、響，研究發(fā)現漿液水灰比是影響注漿效果的主控因素，不同水灰比漿液對應的砂層滲透注漿加固體表現出截然不同的破壞模式，通過擬合試驗數據獲得了砂層滲透注漿加固效果與漿液水灰比及養(yǎng)護時間的定量關系。
　　(4)通過側限壓縮試驗研究了不同黏性土含量及含水率條件下的砂層壓密特性，建立了可描述砂層非線性壓密過程的數學模型，在此基礎上建立了考慮漿液流場與砂層應力場耦合效應的劈裂-壓密注漿擴散過程理論模型，并基于步進式計算原理提出了劈裂通道動態(tài)擴展過

5、程計算算法，實現了砂層劈裂-壓密注漿擴散過程的完整描述，揭示了注漿擴散過程中劈裂通道開度的時空分布規(guī)律。
　　(5)通過一系列力學性能試驗獲得了砂層壓密注漿效果與所受壓力的定量關系，以及漿液結石體性能與漿液配比、養(yǎng)護齡期的定量關系。綜合考慮漿脈骨架與壓密砂層對砂層注漿加固體整體性能的貢獻，建立了可描述砂層注漿加固體整體性能的簡化物理模型，并提出了砂層劈裂-壓密注漿加固效果定量估算方法，獲得了砂層劈裂-壓密注漿效果的各向異性及空間分

6、布特征，系統(tǒng)分析了注漿壓力、單孔注漿量、注漿孔間距、砂層壓密特性對砂層劈裂-壓密注漿加固效果的影響。
　　(6)研發(fā)了可視化砂層注漿模擬試驗系統(tǒng)，實現了砂層劈裂-壓密注漿過程的可視化模擬，獲得了試驗條件下砂層應力場、位移場及劈裂通道擴展過程的動態(tài)演化特征，通過與劈裂-壓密注漿擴散加固理論的對比驗證，進一步揭示了砂層劈裂-壓密注漿擴散加固機理。
　　(7)在砂層注漿擴散加固機理研究成果的基礎上提出了針對砂層的注漿設計方法，研究