基于物理模擬試驗的斷層帶分層介質注漿擴散及加固機理研究.pdf

1、隨著我國經濟與社會建設飛速發(fā)展，基礎設施建設尤其是交通運輸領域的建設腳步急劇加快。而大量隧道的修建以及地質條件的復雜多變，致使隧道修建經常穿越砂層、斷層、巖溶等不良地質條件，施工過程極易誘發(fā)突水突泥災害。根據資料分析，突水突泥災害頻發(fā)且危害巨大，導致施工設備沖毀、大量人員傷亡、經濟嚴重損失甚至工期延誤、隧址改線或廢棄，嚴重制約著經濟發(fā)展和社會穩(wěn)定。
　　富水斷層破碎帶是誘發(fā)隧道突水突泥災害的主要地質災害源之一，治理此類災害通常采用

2、注漿法。然而由于地質環(huán)境復雜、被注介質不可見性、注漿擴散不確定性以及注漿材料注漿設備落后，注漿技術遠遠不能滿足注漿治理的需求，所以，本文采用理論分析推導，室內物理模擬試驗以及COMSOL數值軟件模擬等研究方法綜合探究動水條件下多層被注介質的注漿加固機制，以及不同介質分層界面處的加固機理。具體研究成果如下:
　　(1)通過研究分析永蓮隧道F2斷層破碎帶水文地質條件和構造機理，初步得出突水突泥災害發(fā)生原因，并以F2斷層帶為地質背景，建

3、立超前帷幕注漿、臨災帷幕注漿、災后帷幕注漿三種工程治理地質模型。
　　(2)建立土—石分層介質注漿模型，開展分層注漿擴散理論研究，將注漿過程簡化為土石交界面開裂、交界面劈裂通道擴展、土體介質壓密劈裂、礫石介質滲透充填四種漿液擴散形式展開理論分析和公式推導，修正了傳統(tǒng)壓力理論，提出了適用于該問題的注漿壓力控制公式，分析了各階段的啟動機制，研究了土石交界軟弱地層的漿液擴散機制，為土石交界軟弱地層的注漿理論研究及工程應用提供了一定借鑒意

4、義。
　　(3)以永蓮隧道F2斷層破碎帶帷幕注漿治理為背景，研發(fā)了斷層帶模擬分層注漿系統(tǒng)，被注介質條件與注漿材料均與永蓮隧道地質條件與施工方法相似。通過試驗，注漿對被注介質的加固作用主要有充填、擠密、劈裂形式，在此三種形式作用下，被注介質滲透率不斷降低，被注能力不斷減弱，強度不斷增高。不同介質層交接面之間的加固主要通過寬漿脈連接、微細漿脈連接和界面聯接層三種形式。
　　(4)通過試驗反饋的抗剪能力、土壓力及滲透壓力數據分析研

5、究注漿過程對加固體各部分的強度、孔隙率、滲透性及被注能力的影響，進而從局部到整體宏觀分析分層注漿過程漿液擴散規(guī)律。
　　(5)建立分層介質填埋復合漿液擴散數值模型，引入達西兩項滲流方程，通過COMSOL數值模擬，模擬了不同工況下的漿液擴散全過程。對漿液在橫向分層填埋，縱向分層填埋兩種工況中漿液的擴散全過程進行模擬，總結了漿液擴散過程中的壓力場，體積分數，固定界面的壓力等參數的變化規(guī)律，提出了優(yōu)勢滲透現象;模擬過程中引入動水環(huán)境，通