注漿技術(shù)在含水粉細(xì)砂地層隧道中的應(yīng)用研究_圖文

1、北京交通大學(xué)碩士學(xué)位論文注漿技術(shù)在含水粉細(xì)砂地層隧道中的應(yīng)用研究姓名：李成學(xué)申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士專業(yè)：橋梁與隧道工程指導(dǎo)教師：張頂立20050301摘要含水粉細(xì)砂地層的施工，是巖土工程界的一大難題。砂層松散，無粘聚力，自穩(wěn)能力很差，在該地層中開挖隧道極易發(fā)生涌水、涌砂、塌方等工程災(zāi)害，采用注漿技術(shù)可用來加固掌子面上方的拱部地層，以提高地層的力學(xué)性能，如強(qiáng)度和抗變形能力，可以保證開挖的安全進(jìn)行，并減少開挖引起的地面沉降。本文運(yùn)用理論分析、室內(nèi)試驗(yàn)和注漿模擬試驗(yàn)以及數(shù)值模擬等多種研究手段，對(duì)含水粉細(xì)砂地層中開挖隧道時(shí)的注漿技術(shù)進(jìn)行了全面而系統(tǒng)的深入研究，并結(jié)合實(shí)際工程對(duì)本文的研究思想進(jìn)行了應(yīng)用研究，

2、取得了一系列的研究成果。論文重點(diǎn)論述了粉細(xì)砂地層的注漿機(jī)理和注漿選材兩個(gè)方面。論文對(duì)漿液加固粉細(xì)砂地層的作用機(jī)理和幾個(gè)注漿參數(shù)進(jìn)行了初步分析，并把水泥類漿液處理較密實(shí)粉細(xì)砂地層的劈裂滲透過程分成充填滲透階段、擠密階段、劈裂流動(dòng)階段、被動(dòng)土壓力階段和再滲透階段等五個(gè)階段進(jìn)行表述。論文認(rèn)為注漿效果的評(píng)價(jià)，主要應(yīng)根據(jù)漿液在空隙中的飽滿程度、密實(shí)性以及注漿的連續(xù)性和均勻性如何。最后通過室內(nèi)試驗(yàn)和些具體的工程應(yīng)用實(shí)例，進(jìn)行分析，驗(yàn)證了本文的研究結(jié)果?！娟P(guān)鍵詞】粉細(xì)砂，注漿，劈裂滲透，漿液，注漿效果，【，北京交通大學(xué)頸士學(xué)位論文第一章締論第一章緒論§注漿技術(shù)的發(fā)展地下工程旌工會(huì)擾動(dòng)巖體，甚至波及

3、地表，會(huì)給附近一定范圍帶來種種不良影響。輕者，降低區(qū)域地下水水位；重者，將造成地表坍塌。同時(shí)擾動(dòng)巖體也影響施工本身，甚至?xí)蛲凰?、流砂等造成人員傷亡，工程報(bào)廢，因此。減輕擾動(dòng)，固結(jié)圍巖，是地下工程施工中的一個(gè)重要課題。注漿技術(shù)是地下工程中地層改良的重要手段，最早可以追溯到世紀(jì)初葉，被歐洲一些國(guó)家應(yīng)用于基礎(chǔ)工程、水壩、礦山工程中，其方法是將漿液注入到巖土的孔隙或洞中，漿液經(jīng)擴(kuò)散、凝固、硬化以減小巖土的滲透性，增加其強(qiáng)度和穩(wěn)定性，達(dá)到巖土加固和堵水的目的。隨著土木工程建設(shè)的發(fā)展，其中如何處理不良地質(zhì)現(xiàn)象在巖土工程中顯得尤為重要，應(yīng)用注漿技術(shù)可以有效地加固不良地層，在軟地基處理、防護(hù)工程及隧道支護(hù)工

4、程中具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。注漿技術(shù)最早是在年用粘土和石灰漿液加固地層開始，后來注漿材料發(fā)展到以水泥漿液為主，但由于存在可注性較差的問題，年化學(xué)漿液開始問世，再后來又有了水玻璃注漿材料。世紀(jì)年代，注漿技術(shù)的研究和應(yīng)用發(fā)展進(jìn)入一個(gè)鼎盛時(shí)期，各種水泥漿材和化學(xué)漿材相繼問世，尤其是年代以來，有機(jī)高分子化學(xué)漿材得到迅速的發(fā)展，各國(guó)大力發(fā)展和研制注漿材料及其注漿技術(shù)，我國(guó)在這段時(shí)辮內(nèi)在注漿技術(shù)方面的研究和工程應(yīng)用也得到迅速發(fā)展，規(guī)模較大。隨著化學(xué)注漿的出現(xiàn)和發(fā)展，注漿理論和工藝相繼產(chǎn)生。年馬格（）發(fā)表了在顆粒材料中注漿的簡(jiǎn)化理論。隨后出現(xiàn)了柱狀滲透理論，注漿工藝也在不斷的革新。隨著注漿技術(shù)的廣泛應(yīng)用和深入研

5、究，逐步形成滲透注漿、壓密注漿、劈裂注漿和復(fù)合注漿等理論和工藝。注漿設(shè)備和觀測(cè)儀器也在不斷的更新?lián)Q代。第貝北京交通大學(xué)磺士學(xué)位論文第一章緒論§注漿的分類注漿的分類方法較多，根據(jù)注漿施工時(shí)間、注漿材料、受注對(duì)象等標(biāo)準(zhǔn)有多種分類方法。其中按漿液分布狀態(tài)可分為：（）充填注漿（）充填注漿是指注入漿液充填地基土內(nèi)的大空隙、大空洞的注漿、卵石層、碎石層、砂礫層及隧道工程中的背后回填注漿等均屬這類注漿。（）滲透注漿（）滲透注漿方式的機(jī)理是漿液在壓力作用下，滲入土的空隙和巖石裂隙中，將空隙中的自由水和氣體排擠出去，但不改變土體結(jié)構(gòu)的原狀和體積。漿液凝固后把土顆粒粘接在一起，使土層的抗壓強(qiáng)度和抗?jié)B性能

6、得以提高。相對(duì)而言，注漿壓力較小。通常只適用于中砂以上的砂性土和有空隙的巖石。固結(jié)形態(tài)為球形。（）壓密注漿（）用一定的壓力注入粘稠的不易流動(dòng)的惰性漿液取代并擠壓周圍土體，凝固形狀多為柱體或球體占據(jù)一定的空問，同時(shí)壓密土體。（）劈裂注漿（）漿液在較高壓力的作用下，劈入粘土層（通常土顆粒的粒徑小于），漿液的劈裂路線呈縱橫交叉的脈狀網(wǎng)絡(luò)。固結(jié)形態(tài)多呈扁平或板狀固結(jié)。（）劈裂滲透注漿（硼嘶）控制注入壓力和速度使其先形成劈裂注漿，但形成的劈裂面不大，此后漿液沿劈裂脈作滲透注入。固結(jié)形狀為扁平球體。§注漿材料和注漿設(shè)備注漿材料的發(fā)展具有悠久的歷史，早期人們使用水泥為主要的注漿材料，世紀(jì)后期，注漿

7、材料從水泥漿材發(fā)展到以水玻璃類漿材為主的化學(xué)漿材。二錢以后，化學(xué)漿材得到飛速發(fā)展，尤其是近三十年來，有機(jī)高分子注漿材料發(fā)第負(fù)北京交通大學(xué)硬士學(xué)位論文第一章緒論展迅速。注漿材料可分為無機(jī)系和有機(jī)系兩大類。由于注漿的日的和對(duì)注漿效果的要求不同，采用的注漿材辯也不同，一種理想的注漿材料，應(yīng)滿足以下要求：（）漿液穩(wěn)定性好，在常溫常壓下較長(zhǎng)時(shí)間存放不改變其基本性質(zhì)，不發(fā)生強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)。漿液粘度低、流動(dòng)性好、可注性強(qiáng)、能注入到細(xì)小裂縫或粉細(xì)砂層中。漿液膠凝時(shí)間在一定范圍內(nèi)可調(diào)，并能準(zhǔn)確地控制。（）漿液無毒無臭、不污染環(huán)境、對(duì)人體無害，屬非易燃易爆物品。漿液對(duì)注漿設(shè)各、管路、混凝土建構(gòu)筑物及橡膠制品無腐蝕

8、性，且易清洗。（）漿液固化時(shí)無收縮現(xiàn)象，固化后與巖石體，混凝土等有一定的粘結(jié)性。（）結(jié)石體具有一定的抗壓抗拉強(qiáng)度、不龜裂、抗?jié)B性能、防沖刷性及耐老化性能好，能長(zhǎng)期耐酸、鹽、堿、生物細(xì)菌等腐蝕，且不受溫度濕度變化的影響。（）材料來源豐富，價(jià)格低廉；漿液配制方便，搡作簡(jiǎn)便。注漿設(shè)備主要是指配制并壓送漿液的機(jī)具，并由此形成注漿系統(tǒng)，并完成整個(gè)注漿工藝流程。注漿設(shè)備包括鉆孔機(jī)械、輸漿管路、注漿泵、攪拌裝置、止?jié){泵、流量計(jì)、注入噴槍等。不同的注漿方法和注漿目的對(duì)設(shè)備的要求不同，合理的選配注漿設(shè)備、對(duì)設(shè)備的有效維護(hù)和及時(shí)修理是順利完成注漿工程、提高注漿效率的一個(gè)重要方面。§國(guó)內(nèi)外對(duì)粉細(xì)砂地層注漿

9、的研究應(yīng)用現(xiàn)狀向隧道局圍巖體進(jìn)行壓力灌漿是一項(xiàng)已有余年歷史的技術(shù)，并在最近十幾年得到快速發(fā)展。大多數(shù)情況下，隧道灌漿的目的是控制地下滲水。有時(shí)改善地層穩(wěn)定性，提高地層的強(qiáng)度也是主要目的。我國(guó)地鐵工程應(yīng)用注漿技術(shù)起步于年代后期。近年來地鐵施工方法的多樣化以及地鐵路線向市中心的發(fā)展，這一技術(shù)倍受青睞，正愈來愈多地用它來達(dá)到限制地下水流動(dòng)、穩(wěn)定圍巖和保護(hù)環(huán)境的目的。隧道開挖時(shí)會(huì)遇到不可預(yù)見的地層條件，有可能遭遇大量的高壓地下水。少量的地下水滲漏也會(huì)在隧道中或圈巖中引起很大的麻煩，因而堵第頁(yè)北京交通大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章緒論水是隧道中要進(jìn)行灌漿的最主要的原舀之一。土層的狀況也影響到隧道開挖的穩(wěn)定性，這

10、是進(jìn)行灌漿的另一主要原因，使用有足夠強(qiáng)度和粘結(jié)力的灌漿材料充填地層不連續(xù)面，可以有效地改善軟弱不穩(wěn)定的地層。一般來說，進(jìn)行滲透注漿時(shí)漿液的選擇是較廣泛的。但文獻(xiàn)】指出，進(jìn)行滲透注漿時(shí)應(yīng)注意：粒狀土壤顆粒變小時(shí)對(duì)水泥泥漿有過濾作用。當(dāng)土粒越來越細(xì)時(shí)必須灌注黏度很低的非粒狀的漿液。§砂層注漿加固的機(jī)理我國(guó)化學(xué)灌漿工作者對(duì)灌漿實(shí)質(zhì)的深入研究認(rèn)為：灌漿的實(shí)質(zhì)在于膠結(jié)、增強(qiáng)與加固。灌漿是一種包括巖土、混凝土以及木質(zhì)材料等介質(zhì)的原位加固技術(shù)。即如何使低品質(zhì)的巖土等介質(zhì)變成高品質(zhì)的材質(zhì)，除了用漿材與工藝方法來改變其固有屬性外，所使用的材料其形態(tài)亦可不同。對(duì)于細(xì)砂層，一般認(rèn)為其注漿加固的機(jī)理是漿液置

11、換砂土顆粒間隙中的水，即圖卜中所示的滲透注入。這是一種漿液滲入土顆粒間隙形成固結(jié)整體的過程。但是固結(jié)并不改變土顆粒的捧列，從理論上講土體內(nèi)部的摩擦角不變化，但內(nèi)聚力增加。圖砂土顆粒結(jié)構(gòu)及漿液滲透當(dāng)土層是砂土層和粘土層的混合層時(shí)，即使在砂土中注漿，結(jié)果也不一定會(huì)按想象的那樣立即達(dá)到。這是注漿點(diǎn)附近層界交界面處最易進(jìn)漿的緣故造成的。砂土是不易變形的，而粘土是易變形的，且壓縮時(shí)變形較大。滲透注漿是在不足以破壞地層構(gòu)造的壓力下，把漿液注入到均質(zhì)粒狀砂層孔隙中，從而取代、排出其孔隙中的水。滲透注漿漿液是均勻地?cái)U(kuò)散到砂粒間的第虹北京交通大學(xué)頸士學(xué)位論文第一章緒論孔隙內(nèi)。將砂粒膠結(jié)起來，提高其抗?jié)B能力和強(qiáng)度

12、指標(biāo)。傳統(tǒng)的滲透灌漿理論認(rèn)為滲透注漿服從達(dá)西定律，即漿液在壓力作用下，可在土壤空隙或巖體空隙中移動(dòng)，其移動(dòng)速度與顆粒級(jí)配和尺寸（對(duì)土）、裂隙開度與密度（對(duì)裂隙巖體）以及水頭梯度有關(guān)。不管巖土的結(jié)構(gòu)如何，有無水充填和位于什么深度，只要有一定的壓差，并大于其靜水壓力，漿液就可移動(dòng)。滲透注漿與自重壓力無關(guān)，只與土中或巖石裂隙中的靜水壓力有關(guān)洶。漿液擴(kuò)散形式取決于注漿方式。采取端孔注漿，則產(chǎn)生球形擴(kuò)散；而采取花管式分段注漿，則產(chǎn)生柱面擴(kuò)散。馬格（）于年，首先推導(dǎo)出漿液在砂層的滲透公式。馬格作了下述假定：漿液從鉆桿底部孔注入土體，注漿源為點(diǎn)源，漿液在地層中呈球狀擴(kuò)散；漿液為牛頓體；被灌砂土為均質(zhì)的和各向

13、同性的。馬格公式為：掣（，磊垃拜聲）式（）式中：為注漿有效擴(kuò)散半徑（）；為注漿管半徑（）：為注漿持續(xù)時(shí)間（）；為砂層滲透系數(shù)：為砂的孔隙率；為注漿壓力（以水頭計(jì)）；為漿液與水的粘度比。§滲透注漿的實(shí)驗(yàn)研究（）前蘇聯(lián)學(xué)者曾在全面深入地討論現(xiàn)有的理論計(jì)算公式的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了一系列模擬試驗(yàn)研究，以確定注漿壓力、漿液流量、滲透速度、注漿時(shí)問、漿液擴(kuò)散半徑、土的孔隙性質(zhì)、漿液性質(zhì)問的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)材料分別是粒度模數(shù)為，和的砂，注入的漿液粘度分射為、和。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，作者提出一系列回歸公式。漿液擴(kuò)散半徑與注漿壓力、被注砂子特性和漿液粘度的關(guān)系尺：凇以甜嚴(yán)”式（）式中：為擴(kuò)散半徑（）；為注漿時(shí)間（）；

14、為注漿壓力（）；為漿液粘度（，）；砂子的粒度模數(shù)肘×（）。（）等人對(duì)超細(xì)水泥，進(jìn)行了室內(nèi)一維可注性試驗(yàn)?zāi)?。試第?yè)北京交通大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章緒論驗(yàn)材料為，兩種商品砂和一種自然砂。這三種砂含粘粒極少，其中在之間。按可注比公式計(jì)算，超細(xì)水泥可注比達(dá)，而普通水泥為。為進(jìn)一步擴(kuò)充土粒的粒徑級(jí)配范圍，在上述幾種砂中適量地加入粉土與細(xì)砂組成八種不同級(jí)配的砂土。共進(jìn)行個(gè)滲透試驗(yàn)，并對(duì)固砂體進(jìn)行了無懊限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，結(jié)論如下：超細(xì)水泥漿液流動(dòng)性與穩(wěn)定性優(yōu)于普通水泥漿液，可以作為化學(xué)灌漿材料的替代品。超細(xì)水泥漿液可灌入細(xì)砂中，水灰比為的漿液可以灌入為的壓密細(xì)砂中?？勺⒈炔皇且豁?xiàng)普遍適用的準(zhǔn)貝，顆粒級(jí)

15、配組成及細(xì)粒的含量控制注漿效果，當(dāng)土中細(xì)粒（粘?；蚍哿＃┖砍^總重量的時(shí)，即使?jié)M足可注比要求，也難以注入。灌入同樣體積的水泥量，從提高固砂體的力學(xué)強(qiáng)度和降低滲透性能來看，其性能的改善在一定程度上取決于土的粒徑大小，被灌土體粒度越小，固砂體性能越好?，F(xiàn)時(shí)對(duì)漿液在被灌介質(zhì)中滲流機(jī)理研究的很不充分。其中主要的論點(diǎn)大都引自裂隙滲流動(dòng)力學(xué)，而且對(duì)漿液與介質(zhì)的共同作用和反應(yīng)，以及漿材的某些與施工控制密切相關(guān)的特性（如漿液粘度的時(shí)間依賴性和觸變性等）的認(rèn)識(shí)尚不很明確§國(guó)內(nèi)注漿技術(shù)在粉細(xì)砂地層中的應(yīng)用及存在的問題廣地鐵楊體區(qū)間的隧道穿越動(dòng)水砂層段近，動(dòng)水砂層厚，隧道斷面內(nèi)最大厚度為，為細(xì)砂（偏中）

16、。這段工程采取洞內(nèi)長(zhǎng)短管相結(jié)合注漿技術(shù)、地表垂直注漿、洞內(nèi)短管補(bǔ)充注漿相結(jié)合的注漿技術(shù)，選用了超細(xì)水泥一水玻璃雙漿液，達(dá)固砂堵水目的，保證了工程的安全施工。北京地鐵復(fù)興門至西單區(qū)間隧道以及車站試驗(yàn)段中，地表以下為人工填土，在往下為中粗砂，砂礫石及亞粘土互層，粉細(xì)砂層呈透鏡狀分布在地層中。施工時(shí)采用了改性水玻璃注漿，取得了成功，但也存在一些問題，如注漿第受北京交通大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章緒論后的廚砂體存在著堿污染或酸污染；另外改性水玻璃的強(qiáng)度和耐久性也比較差。以上的工程實(shí)例都根據(jù)工程的地質(zhì)情況和實(shí)際情況，使用了不同的注裝材料，運(yùn)用了注漿預(yù)加固技術(shù)來滿足工程要求，保證工程的安全施工，都取得了一定的效

17、果，但并沒有所預(yù)想的那樣好，仍存在著一些不盡人意之處。粉細(xì)砂地層的注漿特點(diǎn)是地層變形大，擠密強(qiáng)化作用小。粉細(xì)砂地層的注漿時(shí)，注漿材料作用于地層，產(chǎn)生地層變形，形成地層的破壞效果。粉細(xì)砂地層注漿的另一特點(diǎn)是注漿材料極易壓力泌水，水灰比變化，注漿材料的使用性能變化。粉細(xì)砂地層注漿要求注漿材料在地層中形成致密的脈狀結(jié)構(gòu)，同一的使用性能，如此才可能產(chǎn)生較大的加固效果。但實(shí)際上，存在許多注漿材料與注漿工程的適用閻題，粉細(xì)砂地層的注漿加固效果不明顯，更有的粉細(xì)砂地層注漿的破壞作用大于加固作用，注漿越多，效果越差。對(duì)于粉細(xì)砂地層的注漿加固，曾做過多次嘗試：帶顆粒的水泥漿注不進(jìn)：有機(jī)類化學(xué)漿液價(jià)格昂貴，不適用

18、于大體積加固；鉻木素毒性較大；現(xiàn)在常用的水玻璃一氯化鈣漿液，水玻璃鋁酸鈉漿液，有的注漿工藝復(fù)雜，有的注漿材料有強(qiáng)烈的堿性污染：有的加固強(qiáng)度不足，只能用于臨時(shí)堵水或使砂層直立，不坍塌，滿足開挖的需要，但不能兼顧到加固防滲的要求。而且準(zhǔn)確地選取注漿材料也是決定注漿施工成敗的主要因素之一。另外，在有流動(dòng)水的情況下，在細(xì)砂層開挖隧道更加困難，需要更穩(wěn)妥安全的技術(shù)措施，而且我們也不能把這些工程的注漿技術(shù)完全搬到另一個(gè)不同地質(zhì)情況和環(huán)境的工程中去。注漿的好壞直接影響著工程的施工安全和施工質(zhì)量，并對(duì)工程結(jié)構(gòu)的耐久性有著很大的影響。而目前存在的灌漿理論只是處于萌芽、探討和驗(yàn)證中；且對(duì)灌漿理論缺乏報(bào)道和論述，使

19、得現(xiàn)實(shí)的灌漿工程實(shí)踐中，出現(xiàn)許多驚人的浪費(fèi)作法。例如不講優(yōu)選，不考慮未來發(fā)展后果。不考慮漿材對(duì)灌漿對(duì)象的適用性，不計(jì)算灌漿的精確配比等。事實(shí)上，對(duì)灌漿理論的不重視和缺乏認(rèn)識(shí)，正在工程中造成了大量的浪費(fèi)和事故。§。課題研究的目的和意義第負(fù)北京變通大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章緒論目前，越來越多的城市為緩解擁擠的地面交通，都正在修建或籌建地鐵工程。我國(guó)正在修建和擬建地鐵的大城市已有十多個(gè)，且淺埋暗挖隧道是地鐵隧道的主要形式。第四系地層是城市地下常見的地層，這不可避免地要遇到飽水、松散、穩(wěn)定性差的土層。隨著入們環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)和隧道在既有建筑物下面穿過的情況的增多，施工條件也將越來越苛刻。而通過

20、采用注漿技術(shù)在一定程度上是可以解決這些問題的，這些都預(yù)示著注漿技術(shù)在我國(guó)地鐵工程中有著巨大的發(fā)展市場(chǎng)。由于城市地區(qū)特殊的地質(zhì)條件，在所開挖的區(qū)間隧道和地鐵車站上方通常會(huì)存在一層含水細(xì)及粉細(xì)砂層，該砂層的存在對(duì)隧道暗挖施工造成嚴(yán)重影響，不僅可引起地層的較大變形，而且有時(shí)造成塌方，直至地表大范圍塌陷。同時(shí)由于泥砂互層的存在，即使實(shí)行降水，在兩種地層的接觸位置仍難免殘留部分泥水（如北京地鐵號(hào)線崇文門車站），這仍然給施工造成較大的影響。淺埋暗挖施工的基本條件是要求無水施工，并保證開挖面的穩(wěn)定性。由于地層條件以及城市環(huán)境保護(hù)的需要，有些地區(qū)不適宜降水旌工或者降水效果不理想，這就要求在帶水條件下施工，勢(shì)必

21、增加施工難度。已有的研究表明，在上覆砂層的隧道開挖時(shí)其超前地層變形成倍增加，可到地層總變形量的，同時(shí)地層超前變形的增大也惡化了開挖掌子面的穩(wěn)定性，而掌子面的穩(wěn)定性對(duì)保證淺埋賠挖的效果又非常重要，因此對(duì)砂層，尤其是含水砂層進(jìn)行改良就顯得非常重要。一般認(rèn)為，采用管柵或小導(dǎo)管配合注漿是該類地層條件下隧道施工的重要途徑，所遇封的主要問題是研制性能可靠的注漿材料以及選擇合理的注漿工藝。在含水砂層條件下進(jìn)行淺埋暗挖施工所遇到的主要問題是掌子面的穩(wěn)定性、施工安全和對(duì)地層及局圍地層（包括重要的建筑物和構(gòu)筑物）環(huán)境的影響。對(duì)于飽和含水砂層姆施工，是土木工程界的一大難題，在該地層中開挖隧道極易發(fā)生涌水、涌砂、塌方

22、等工程災(zāi)害，目前，國(guó)內(nèi)外類似工程可借鑒的經(jīng)驗(yàn)不多。砂層松散，無粘聚力，自穩(wěn)能力很差。在大斷面含水砂層的條件下進(jìn)行隧道施工非常困難。在城市地鐵施工中由于地層變形和周圍環(huán)境控制的要求第頁(yè)北京交通大學(xué)顫士學(xué)位論文第一章緒論較嚴(yán)而工期又較緊，使得在某些情況下甚至根本不考慮經(jīng)濟(jì)代價(jià)，有時(shí)每延米區(qū)閫隧道土建麓工費(fèi)可高達(dá)萬元，這通常也對(duì)安全造成一定的影響。在飽和含水砂層中開挖隧道的關(guān)鍵工作是防止涌水、涌砂和地層坍塌等工程事故。采用注漿技術(shù)可用來加固掌子面上方的拱部地層，以提高地層的力學(xué)性能，如強(qiáng)度和抗變形能力，可以保證開挖的安全進(jìn)行。并減少開挖引起的地面沉降。因而目前有必要進(jìn)行研究粉細(xì)砂地層中的注漿機(jī)理注漿

23、，據(jù)此進(jìn)行注漿選材，合理確定注漿壓力、注漿的凝膠時(shí)間、注漿加固范圍等注漿參數(shù)，以及進(jìn)行注漿效果評(píng)價(jià)等以減少注漿施工的盲目性，有針對(duì)性地對(duì)此種地層的注漿給予指導(dǎo)。將研究成果推廣使用對(duì)于城市地鐵建設(shè)和粉細(xì)砂地層開挖隧道的安全施工，減少隧道開挖對(duì)周圍環(huán)境的影響以及減少工程材料費(fèi)用有著巨大的意義，也必將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益。§本論文的主要研究?jī)?nèi)容和研究方法，主要研究?jī)?nèi)容（）飽和粉細(xì)砂地層的注漿機(jī)理。漿材的性質(zhì)決定著所選理論，不同的漿材應(yīng)按照牛頓流體或賓漢姆流體理論區(qū)別應(yīng)用，才能使注漿設(shè)計(jì)參數(shù)合理，工程施工安全、可靠。根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)注漿情況對(duì)漿液的流動(dòng)形式和固結(jié)方式進(jìn)行分

24、析，建立擴(kuò)散半徑、壓力、流量、注漿膠凝時(shí)間等之間的關(guān)系，把粉細(xì)砂地層的注漿設(shè)計(jì)由經(jīng)驗(yàn)型初步上升為經(jīng)驗(yàn)理論型。（）注漿材辯的選擇。通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，對(duì)注漿的漿液特性以及固結(jié)體力學(xué)特性進(jìn)行測(cè)定和研究。對(duì)幾種常用漿材和新型漿材進(jìn)行分析、比較和評(píng)價(jià)，選擇出適于飽和粉細(xì)砂地層且安全性和經(jīng)濟(jì)性都比較高的注漿材料。（）探討適合粉細(xì)砂地層地質(zhì)的注漿工藝及注漿參數(shù)。全斷面注漿、大管棚小導(dǎo)管超前預(yù)注漿法、軟弱圍巖仰拱超前法等都是目前淺埋暗挖隧道重要的輔助工法，且其都有一道重要的施工工序注漿。對(duì)于不良地質(zhì)條件，特別是含水粉細(xì)砂地層，有必要研究粉細(xì)砂地層中注漿孔的位罱、注漿壓力、注漿時(shí)機(jī)、注漿加固范圍、注漿方式

25、等參數(shù)。第負(fù)北京交通大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章緒論（）注漿效果檢驗(yàn)與評(píng)價(jià)。確定注漿效果檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)，注漿后的飽和粉細(xì)砂層能否達(dá)到需要的補(bǔ)強(qiáng)強(qiáng)度和防滲要求；通過取樣檢查和數(shù)值分析研究實(shí)際工程中粉細(xì)砂地層的注漿效果。研究的方法本論文在查閱已有文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合北京地鐵號(hào)線標(biāo)和渝懷線圓梁山隧道的部分科研成果，綜合了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究、實(shí)驗(yàn)室研究、理論分析和數(shù)值模擬分析等多種研究方法。圖是本論文的主要研究?jī)?nèi)容及思路框架圖。注漿材料的物理力學(xué)性能試驗(yàn)注漿模擬試驗(yàn)粉細(xì)砂的工程性質(zhì)漿液的性質(zhì)室內(nèi)試驗(yàn)卜咔糟細(xì)砂地層注漿機(jī)理粉綱砂地層的注漿材料取犖檢查法和敷值模擬評(píng)價(jià)北京某地鐵孵嘲拘注漿效果注漿效果檢驗(yàn)圖論文的主要研究

26、內(nèi)容及思路框架圖第虹北京交通大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章粉細(xì)砂地層注漿機(jī)理和特點(diǎn)第二章粉細(xì)砂地層注漿機(jī)理和特點(diǎn)注漿機(jī)理是進(jìn)行注漿設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)與依據(jù)，只有基本弄清了屬于什么機(jī)理類別的注漿，才能證確地進(jìn)行注漿設(shè)計(jì)與施工。年，首次發(fā)表牛頓型漿液球形擴(kuò)散公式后，各國(guó)學(xué)者又推導(dǎo)出一些理論公式，如柱形擴(kuò)散公式、袖閥管法公式等。這些注漿公式大都以“滲透性理論”為基礎(chǔ)，假設(shè)注漿時(shí)只采用相對(duì)較低的注漿壓力。使?jié){液在空隙或裂縫中擴(kuò)散時(shí)不致破壞土體的原有結(jié)構(gòu)。多年的工程實(shí)踐證明，在很多地層中注漿，即使采用的注漿壓力較小，原有地層結(jié)構(gòu)也已遭到破壞（如士體產(chǎn)生劈裂等），可見，傳統(tǒng)的注漿計(jì)算公式與實(shí)際情況存在較大的偏差。從注漿實(shí)

27、際發(fā)生的過程來看，注漿是擠密、劈裂、滲透的復(fù)合過程，按單一的滲透理論計(jì)算難以符合實(shí)際。對(duì)于土體空隙較大，滲透性較好時(shí)（如中粗砂或雜填土），在注漿壓力作用下，大都發(fā)生滲透過程。土體空隙較小，滲透性差時(shí)，在注漿壓力的作用下，滲透過程伴隨發(fā)生劈裂。而滲透半徑的大小又取決于土體劈裂開展的范田（劈裂增大了滲透性）。很顯然，劈裂范圍的大小與注漿壓力及土體自身的一些力學(xué)指標(biāo)（如土的壓縮模量、土體的抗剪強(qiáng)度）等有關(guān)。漿液在粉細(xì)砂地層中的流動(dòng)是復(fù)雜多變的，它不僅受地質(zhì)條件的影響，而且受注漿材科、注漿參數(shù)等因素的影響；對(duì)廚一種砂層，注漿加固過程申漿液在上述因素作用下，伴隨有滲透、劈裂等流動(dòng)形式，但在一定條件下；總

28、是以某種單一形式流動(dòng)為主。§粉細(xì)砂土的工程性質(zhì)粒徑大于。她的顆粒超過全重麟，粒徑小于顆粒含量亦超過全重的砂土，稱為粉細(xì)砂。粉細(xì)砂一般呈灰或灰白色。粉砂顆粒少部分分散，大部分膠結(jié)，稍加壓力可分散：潮濕時(shí)用手拍擊，表面有顯著泛漿現(xiàn)象，有輕微粘著感覺。第爽北京交通大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章糟細(xì)砂地層注漿機(jī)理和特點(diǎn)土力學(xué)中粗粒料與細(xì)粒料的區(qū)分粒徑，恰在粉細(xì)砂主要粒徑范圍內(nèi)，使其工程性質(zhì)介于砂性土與粘性土之間，具有許多不同于一般土質(zhì)的特殊工程性質(zhì)。天然狀態(tài)下，位于表面粉細(xì)砂結(jié)構(gòu)疏松，密度較低，但易受自重及蓋重壓密。因此，位于深層的粉細(xì)砂較密實(shí)；位于水位以下的干密度比水面以上的于密度大。粉細(xì)砂處于濕

29、潤(rùn)狀態(tài)時(shí)的內(nèi)摩擦角達(dá)。，且有微粘性，可以開挖成很陡的邊坡。粉細(xì)砂的合理開挖方法與粉緬砂含水量大小，滲流、補(bǔ)水情況及壓重、開挖機(jī)械都有密切關(guān)系。室內(nèi)試驗(yàn)和工程實(shí)踐表明粉細(xì)砂土體主要有以下幾個(gè)特殊工程性質(zhì)：（）粉細(xì)砂粒徑較小。且組成均勻，顆粒問無骨架作用，招致變形對(duì)荷載敏感。中心受荷時(shí)，有較好的均勻沉降：受偏載時(shí)，易產(chǎn)生不均勻沉降，承載力大為降低，破壞時(shí)的滑動(dòng)范圍也比中心受荷大。與漂卵石的多層相對(duì)滑移不同，粉細(xì)砂土體受荷發(fā)生滑動(dòng)破壞變形往往突然發(fā)生。滑動(dòng)帶以上土體常呈整體地沿著滑動(dòng)面滑動(dòng)?；瑒?dòng)帶為具有一定寬度、結(jié)構(gòu)疏松的粉細(xì)砂擾動(dòng)帶。（）粉細(xì)砂主要靠取決于粒問法向壓力的粒間摩擦力維持本身穩(wěn)定和承載

30、能力。在剪辦作用下土體容易失穩(wěn)，改變顆粒排列，趨于密實(shí)。因此，粒問壓力有助于穩(wěn)定；粒間剪力則引起變形、位移。三軸固結(jié)不排水剪試驗(yàn)得出的總應(yīng)力抗剪強(qiáng)度指標(biāo)（口）與有效應(yīng)力抗剪強(qiáng)度指標(biāo)（）相接近，表明粉細(xì)砂排水消散空隙水的固結(jié)速率較快。在一定荷載作用下，隨著固結(jié)度提高，抗剪強(qiáng)度逐漸增長(zhǎng)，且增長(zhǎng)幅瘦較大。受荷速率較大，空隙比大于臨界空隙比的飽和粉細(xì)砂很快變形，而空隙排水又滯后，土中應(yīng)力大部分由空隙水承擔(dān)形成空隙水壓力，剪切面上的有效應(yīng)力很小，強(qiáng)度根低，甚至誘發(fā)剪切液化。租砂的空隙水壓力達(dá)到最大值后，便立即開始減??；而粉細(xì)砂在初始液化發(fā)生后的最大空隙水壓力，能隨加荷速率增加而保持常值。（）在被水飽和情

31、況下，粉細(xì)砂在荷載作用下的變形速率加大，按變形控制的承載力較低。若加荷速率過快，會(huì)產(chǎn)生一定的空隙水壓力，變形速率加快。粉細(xì)砂遇水即飽和，失去結(jié)構(gòu)凝聚力，濕化崩解時(shí)問不到分鐘；其自然休止第北京交通大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章粉細(xì)砂電層注漿艦理和特點(diǎn)角由非飽和狀態(tài)的。，降為水下狀態(tài)的。出水或局部受壓時(shí)，粉細(xì)砂所含的承分也易析出，強(qiáng)度相應(yīng)增長(zhǎng)。（）粉細(xì)砂滲透系數(shù)一般為，屬于中等透水性。天然沉積粉細(xì)砂水平向滲透系數(shù)明顯大于垂直向滲透系數(shù)。粉細(xì)砂不均勻系數(shù)一般不大于，滲透破壞形式主要為流土，繼后產(chǎn)生流砂現(xiàn)象。均勻疏松的粉細(xì)砂會(huì)產(chǎn)生特有的流土現(xiàn)象：初始階段地表出現(xiàn)小泉涌及冒泡，接著出現(xiàn)大面積地表向上鼓起，繼之迅

32、速浮動(dòng)，產(chǎn)生滲透液化現(xiàn)象。（）飽和粉細(xì)砂在往復(fù)剪切作用下，會(huì)瞬問發(fā)生滑移破壞，孔隙體積減小，趨于振密，而不可壓縮的孔隙水一時(shí)不能及時(shí)排出，導(dǎo)致孔隙水壓力（超靜水壓力）驟然上升，使通過砂土顆粒間互相接觸所傳遞的接觸壓力大大減少，摩擦阻力隨之減小。當(dāng)孔隙水壓力上升到等于上覆壓力時(shí)，接觸完全消失，抗剪強(qiáng)度也隨之喪失，粉細(xì)砂從故粒狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎硿黧w狀態(tài)，產(chǎn)生振動(dòng)液化流動(dòng)現(xiàn)象。§巖土介質(zhì)可注性理論注漿前首先要考慮巖土介質(zhì)能否注進(jìn)漿液，漿液在注入過程中流動(dòng)性有何變化。巖土介質(zhì)的可注性就是研究巖土介質(zhì)能否讓何種漿液滲入其空隙和裂隙的可能性，它既取決于巖土介質(zhì)的滲透性，又取決于漿液的粒度和流變性，還

33、與滲徑結(jié)構(gòu)有關(guān)。不同的滲徑結(jié)構(gòu)具有不同的滲透幾何系數(shù)（粒狀介質(zhì)的顆粒有效直徑、空隙直徑）。化學(xué)漿液（溶液型），理論上可以進(jìn)入任意小的空隙，但實(shí)際上，細(xì)顆粒的砂土地層的空隙很小，漿液的粘度很大，漿液在空隙內(nèi)，流動(dòng)速度將會(huì)很慢，擴(kuò)散范圍很小，甚至注不進(jìn)去。顆粒懸濁漿液，當(dāng)漿材顆粒直徑大于土顆粒間的空隙的有效直徑或巖層裂隙寬度時(shí)，在注入過程中，漿液中粗顆粒在注漿管口附近或巖縫口形成濾層，使其它較小的顆粒無法注進(jìn)地層。第二章粉細(xì)砂地層注漿機(jī)理和特點(diǎn)土體是由粗細(xì)不同的顆粒組成。對(duì)于粉粒以上粒狀土，粒間沒有或僅有微小的聯(lián)結(jié)力，土粒相互堆積在一起，形成散粒狀結(jié)構(gòu)，稱為粒狀介質(zhì)。實(shí)際土體為不均勻體，在確定顆粒

34、有效直徑時(shí)，不僅土顆粒大小起作用，而且租細(xì)顆粒之間小顆粒分布的均勻程度也起作用。工程中常用的注漿材料主要為粒狀漿液。對(duì)于粒狀介質(zhì)，可注性用可注比來表示：式（一）式中：、為地層土顆粒在粒度分析曲線上占、的對(duì)應(yīng)直徑；、鋤為注漿材料在粒度分析曲線上占、的對(duì)應(yīng)直徑。這是一個(gè)純理論公式。試驗(yàn)和大量的實(shí)踐資料都表明，在理論上即使是細(xì)砂層可灌的，但實(shí)際均勻滲透的距離卻非常小。而且顯而易見，按式（）計(jì)算不可能把砂土的所有空隙都填滿，其注漿效果是有局限性的。§漿液的流變性漿液在縫隙中流動(dòng)時(shí)，漿液內(nèi)部及漿液與孔壁之間將產(chǎn)生一定的摩阻力，這種摩阻力的形式和大小，也就是漿液的流變特性，是影響可灌性的另一重要

35、因素。漿液的粘度決定著漿液在地層孔隙中的流動(dòng)速度和滲透距離。有研究已證咀，漿液在砂層中的流動(dòng)速度和滲入距離反比于漿液的平均粘度。有些漿液具有易流動(dòng)性。靜止時(shí)不能承受切力抵抗剪切變形，但在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，漿液就具有抵抗剪切變形的能力即粘滯性。在剪切變形過程中，漿體質(zhì)點(diǎn)之間存在著相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使?jié){體內(nèi)部出現(xiàn)成對(duì)的切力，其作用是抗拒漿體內(nèi)部的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而影響著漿體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。由于這種粘滯性的存在，漿液在運(yùn)動(dòng)中要克服內(nèi)摩擦力而做功。牛頓流體是典型的粘性流體，其流變曲線是通過原點(diǎn)的直線，方程表達(dá)式為北京交通大學(xué)頸士學(xué)位論文第二章粉細(xì)砂地層注漿帆理和特點(diǎn)刊）式（）式中：為剪切應(yīng)力（單位面積上的內(nèi)摩擦力）；為剪訝

36、速率或流速梯度（¨）；肛為牛頓粘度或動(dòng)力粘度，粘度系數(shù)（）牛頓流體漿液的流動(dòng)性主要受粘滯性控制。當(dāng)壓力一定時(shí)，漿液在均質(zhì)土中的流動(dòng)速度隨擴(kuò)散半徑增大而減小。賓漢姆流體是典型的塑性流體，其流變曲線是不通過原點(diǎn)的直線。流體具有這種性質(zhì)是由于流體含有一定的顆粒濃度，在靜止?fàn)顟B(tài)下形成顆粒間的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。在外部施加的剪切力很小時(shí)，漿液才會(huì)發(fā)生類似固體的彈性。當(dāng)剪切力達(dá)到破壞結(jié)梅后（超過哼聚力），漿液才會(huì)發(fā)生類似牛頓流體的流動(dòng)，漿液的這種性質(zhì)稱為塑性。賓漢姆流體的流變方程表示為腳），式（）式中：為靜切力或剪斷強(qiáng)度或賓漢姆塑變值（）：腳為塑性粘度（或）可見，賓漢姆流體比牛頓流體具有較高盼流動(dòng)阻力，注

37、賓漢姆流體需要較大的壓力，漿液才能擴(kuò)散較遠(yuǎn)，而且很難進(jìn)入細(xì)小縫隙。牛頓流體是單相的均勻體系，水和多數(shù)化學(xué)漿液以及比較稀的水泥漿液屬于牛頓流體。賓漢姆流體是具有固相顆粒的非均勻流體（泥漿、水泥漿），其屈服值與液體中各顆粒間的靜電弓力有關(guān)，它是懸浮液的典型特征。水泥漿由牛頓流體轉(zhuǎn)變?yōu)橘e漢姆流體的臨界水灰比發(fā)生在接近于。處。永灰比太子屬于牛頓流體小于為賓漢姆流體。§粉細(xì)砂地層的注漿機(jī)理由粉細(xì)砂的工程特性可知粉細(xì)砂遇水飽和后極易失去結(jié)構(gòu)凝聚力，濕化崩解迅速且砂土體由于受卸載作用往往會(huì)沿結(jié)構(gòu)疏松的粉細(xì)砂滑動(dòng)面呈整體地滑動(dòng)，繼而發(fā)生坍塌、塌方等事故。因而在此種地質(zhì)條件下修建隧道應(yīng)進(jìn)行注漿加固，通

38、過注漿把結(jié)構(gòu)疏松的粉細(xì)砂擾動(dòng)帶變得致密、均勻，從而有利于減少北京交通大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章粉細(xì)砂地層注漿機(jī)理和特點(diǎn)滑動(dòng)面的產(chǎn)生；另外通過注漿還可以使砂土體中一定量的空隙水捧出，使固結(jié)度逐漸提高，抗剪強(qiáng)度逐漸增長(zhǎng)。通過注漿增強(qiáng)砂層的摩擦角，減小滲透系數(shù)，改變地層的性質(zhì)，以確保隧道開挖時(shí)不坍塌，不發(fā)生突水涌砂現(xiàn)象。粉細(xì)砂地層的注漿特點(diǎn)是地層變形大，擠密強(qiáng)化作用小。粉細(xì)砂地層的注漿時(shí)，注漿材料作用于地層，產(chǎn)生地層變形，形成地層的破壞效果。粉細(xì)砂地層注漿的另一特點(diǎn)是注漿材料極易壓力泌水，水灰比變化，注漿材料的使用性能變化。粉細(xì)砂地層注漿要求注漿材料在地層中形成致密的脈狀結(jié)構(gòu)，同一的使用性能，如此才可能

39、產(chǎn)生較大的加固效果。在粉細(xì)砂地層中修建隧道相當(dāng)于在隧道開挖面周日再造圍巖和結(jié)構(gòu)，也就是要進(jìn)行地層改良，不僅要保證改良后的地層強(qiáng)度，而且還要達(dá)到足夠的范圍，必要時(shí)還要輔己管棚支護(hù)等措施。牛頓流體在砂層中的柱狀滲透擴(kuò)散在較低的注漿壓力下，飽水粉細(xì)砂地層中是可以進(jìn)行滲透注漿的。漿液在充滿多孔介質(zhì)過程中，在固結(jié)之前都是符合上述滲透理論的。但是，液材的性質(zhì)決定著所選理論，不同的液材應(yīng)按照牛頓流體或賓漢姆流體進(jìn)行分析。在含水砂層，注漿是驅(qū)水注漿，在漿液注入而驅(qū)替空隙水時(shí)，滲透運(yùn)動(dòng)將是減速運(yùn)動(dòng)。在驅(qū)水注漿時(shí)，多孔介質(zhì)內(nèi)漿液和水同時(shí)運(yùn)動(dòng)，不管兩種漿液溶混或不溶混，其間總存在一個(gè)或厚或薄的過渡帶，可以認(rèn)為在每種

40、漿液被限制在兩個(gè)完全確定的區(qū)域肉，在這兩個(gè)區(qū)域之間。存在著一個(gè)將它們隔開的分界界面。如圖一所示。在以漿液為主要占據(jù)者的區(qū)域，盡管大部分漿液由于注漿壓力的作用而處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。但是，因?yàn)闈{液和多孔介質(zhì)的特性，在運(yùn)動(dòng)過程中總不斷地有微量漿液附著在介質(zhì)顆粒的表面而不再運(yùn)動(dòng)，這就是束縛漿液飽和度。同樣。在漿液驅(qū)替水全部的過程中，還有附著在顆粒表面的水，也就是殘余飽和度。北京交通大學(xué)硬士學(xué)位論文第二章粉細(xì)砂地層注漿機(jī)理和特點(diǎn)婦、，：再三已上，一掌卜一。，、嘧層、蜓、劌拄毓垃暮時(shí)的津進(jìn)母圖漿水分布示意圖圖柱狀注漿時(shí)的滲透圈由于在實(shí)際注漿過程中，大都采用花管式注漿，因而漿液一般呈柱面擴(kuò)散，如圖所示。我們把滲透

41、介質(zhì)一粉細(xì)砂假定為均質(zhì)各向同性，把具有一定粘度的漿液運(yùn)動(dòng)狀態(tài)看作是與地下水運(yùn)動(dòng)狀態(tài)一致的勻速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)達(dá)西定律，滲流水頭損失與滲流流速、流量之聞的基本公式為：式（）式中：江石，置萬，牙設(shè)注漿點(diǎn)地基土內(nèi)的總水頭一開始為，注漿管水頭為，則一幽。擊爭(zhēng)等式（）當(dāng)時(shí)。；時(shí)，因而由上式可推導(dǎo)出一：里旦式（）”力擴(kuò)囂已知府，。于是北京交通大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章粉細(xì)砂地層炷漿帆理和特點(diǎn)拉叢：墊型魚式（）以上各式中：為單位時(shí)間的注漿量（堍）；為粉細(xì)砂的滲透系數(shù)（）：為漿液流量（，）：為漿液在地層中的滲透系數(shù)（）；為漿液粘度與水的粘度比，盧印靠，；為注漿材料的滲透面積（）；、為漿液的擴(kuò)散半徑（）；為注漿點(diǎn)的地下水

42、壓力水頭（鋤）；。為注漿壓力水頭（）；為地下水水頭和注漿壓力水頭之和（）；為注漿管半徑（）：為注漿時(shí)間（）：為砂土的空隙率為水的動(dòng)力粘度系數(shù)（）；為漿液的動(dòng)力粘度系數(shù)（）。在漿流區(qū)，由漿液和殘留水組成，假設(shè)漿液的飽和度在擴(kuò)散過程中保持不變，則漿液前沿推進(jìn)方程為，蘭一式（一，）（善）式（一）在水流區(qū)，水的飽和度為，敲為飽和滲流，應(yīng)用達(dá)西定律鏟嘶等等對(duì)式（）、（）微分得舌（孝等）面手囂卸毒善等腳（舌）式（）（孝，）式（）（，吾）式（）第砸北京交通大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章粉細(xì)砂地層注漿機(jī)理和特點(diǎn)式中：為注漿孔半徑：為地下水影響半徑；孝為漿流區(qū)或水流區(qū)任意點(diǎn)半徑：【為飽和度為時(shí)，漿液的滲透率；為飽和度為

43、時(shí)，水的滲透率。漿液和交界面處兩側(cè)壓力之差為毛細(xì)力，即其它邊界條件連續(xù)性條件求式（）、以，：三）加嗡，一瓦【，（）微分方程的定解問題，得刪七七，（。）啪呱山哮）鴨礦悟羽、”七，。式（）對(duì)上式積分，并根據(jù)初始條件，可得柱形擴(kuò)散的時(shí)間關(guān)系式志巨印一爿等瞄呱爭(zhēng)爿等，式，漿液在粉細(xì)砂地層中的劈裂滲透在飽水砂層中進(jìn)行滲透注漿漿液在充滿多孔介質(zhì)過程中，只要保持泵壓和漿液的粘度值不變，漿液在固結(jié)之前都是符合上述滲透理論的。但是進(jìn)漿量都隨著時(shí)間的推移，漿液運(yùn)動(dòng)距離的增加而逐步遞減。直到停止進(jìn)漿。漿液的粘度越大，這段時(shí)間越短。當(dāng)漿液粘度超過一定限度時(shí)，即使增大泵壓，漿液也不會(huì)產(chǎn)生滲透，會(huì)形成層間劈裂，并使飽水砂

44、層不能整體固結(jié)，漿液在較密實(shí)的粉細(xì)砂地層中將不再是滲透擴(kuò)散。漿液在粉細(xì)砂地層中的劈裂滲透過程粉細(xì)砂具有顆粒粒徑小、天然空隙比較大、滲透系數(shù)低、排水條件差、超北京交通大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章粉組砂地層注漿機(jī)理和特點(diǎn)靜水壓力不易消散等特點(diǎn)，它能在很小盼滲透流量或周期應(yīng)力作用下產(chǎn)生液化。當(dāng)水泥類漿液以脈沖的形式作用于粉細(xì)砂地層時(shí)，由于砂體顆粒問的孔隙太小水泥類顆粒直徑大而灌不進(jìn)去，導(dǎo)致漿液周圍局部砂體中孔隙壓力上升，使砂體顆粒間接觸點(diǎn)所傳遞的有效應(yīng)力減小。當(dāng)注漿壓力超過一定值時(shí)，砂體顆粒間接觸點(diǎn)所傳遞的有效應(yīng)力全部消失，砂體失去抗剪強(qiáng)度而產(chǎn)生局部液化。隨著注漿壓力的繼續(xù)增長(zhǎng)，液化區(qū)的超靜水壓力將迫使水

45、流涌向砂體周圍的薄弱點(diǎn)，使其間的砂體受到由漿液作用點(diǎn)至薄弱點(diǎn)的滲透水流作用。若水流梯度達(dá)到臨界值警式（）式中：丫齜一砂粒飽和重度（），。一水的重度（）則這部分砂體顆粒間的有效應(yīng)力等于零，構(gòu)成間接液化條件，此時(shí)注漿壓力再繼續(xù)增大，液化的砂體將產(chǎn)生滲透變形，水泥漿液就會(huì)及時(shí)補(bǔ)充而灌入砂層。同時(shí)，由于漿液凝固時(shí)間很短，在注漿過程中漿液逐漸凝固，那些首先受到漿液作用的砂土，將隨著漿液凝固而形成有一定粘結(jié)強(qiáng)度的砂漿土，但由于砂漿土在阿形成時(shí)強(qiáng)度很低，滲透性又極差，而注漿管口的脈沖射流依然存在，勢(shì)必在剮形成的砂漿土中應(yīng)力薄弱的地方產(chǎn)生進(jìn)一步的破壞，即產(chǎn)生劈裂而形成漿液向外擴(kuò)展的滲流通道。漿液將沿著這個(gè)滲流

46、通道逐漸向外擴(kuò)展。另一方面由于漿液的注漿凝固，滲流通道也逐漸縮小流動(dòng)阻力逐漸增大，因此，注漿壓力也將隨之增大，增大的注漿壓力將再次克服地應(yīng)力的抗拉強(qiáng)度，對(duì)滲流通道進(jìn)行劈裂。根據(jù)實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)注漿試驗(yàn)，我們可以推定出漿液在粉細(xì)土層注漿過程，為清楚的表達(dá)出較大注漿壓力下漿液在粉細(xì)砂地層中的注漿過程，可以把漿液在粉細(xì)砂地層中的流動(dòng)過程分為以下五個(gè)階段；第貝北京交通人學(xué)頌學(xué)位論史第一章粉細(xì)砂地層注漿機(jī)理和特點(diǎn)。嘗蚓糕甜芏漿時(shí)間）圖注漿壓力、注漿速率時(shí)間曲線第階段充填滲透階段由于粉細(xì)砂的物理特性，漿液將在不大的注漿壓力下沿著孔隙滲透擴(kuò)散。漿液在壓力的作用下進(jìn)入土體后首先填充土體中的空隙，如果土體中局部有空

47、穴，則漿液會(huì)充填固結(jié)起到加固作用。注漿丌始，漿液充填注漿管、注漿孔并滲透到細(xì)砂層中較大的孔、裂隙，這階段實(shí)際是無壓注漿階段（圖，段），持續(xù)時(shí)間短，甚至只有幾十秒。填充在粉細(xì)砂孔隙中的漿液凝固后，因其具有不同程度的剛性改變了土層及土體對(duì)外力的抵抗能力，使巖土的變形受到約束。第二階段擠密階段剛開始注漿，漿液所具備的能量不大，不能劈裂地層，漿液聚集在注漿管孔附近，形成橢球形泡體擠壓土體，使得空隙比有所減小。其壓力和流量曲線如圖，曲線中的第一個(gè)峰值壓力（點(diǎn)壓力）即為啟裂壓力（見式）。第三階段劈裂流動(dòng)階段當(dāng)壓力達(dá)到一定程度時(shí)（啟裂壓力），漿液在砂層中產(chǎn)生劈裂流動(dòng)。漿液在砂層中的劈裂首先發(fā)生存應(yīng)力最弱的部

48、位（特別是結(jié)構(gòu)疏松的粉細(xì)砂擾動(dòng)帶），漿液的流動(dòng)也將發(fā)生在阻力最小的應(yīng)力面上。一般對(duì)于幣常固結(jié)和欠固結(jié)的均勻粉細(xì)砂地層，其最小主應(yīng)力是水平向的，因此初始劈裂面是垂直的。但對(duì)于土質(zhì)不均勻的粉細(xì)砂層，土體內(nèi)部往往存有很多密實(shí)度較差且長(zhǎng)度和寬度也不一的砂土帶，因而初始的劈裂面的方向也將是很不規(guī)則的。銷】爿北京交通大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章粉細(xì)砂地層注漿機(jī)理和特點(diǎn)劈裂流動(dòng)階段的基本特征是，壓力值先是很快降低，維持在一低壓值左右擺動(dòng)，但是由于漿液在劈裂面上形成的壓力推動(dòng)裂縫迅速?gòu)堥_，而在裂縫的最前端出現(xiàn)應(yīng)力集中，所以這時(shí)壓力雖然低，卻是裂縫迅速發(fā)展。第四階段被動(dòng)土壓力階段裂縫發(fā)展到一定程度，注漿壓力又重新上升

49、，地層中大小主應(yīng)力方向發(fā)生變化，水平向主應(yīng)力轉(zhuǎn)化為被動(dòng)土壓力狀態(tài)（即為最大主應(yīng)力），這時(shí)需要有更大的注漿壓力才能使裂縫加寬或產(chǎn)生新的裂縫，出現(xiàn)有更大的注漿峰值（圖。段，由于此時(shí)水平向應(yīng)力大于垂直向應(yīng)力，地層出現(xiàn)水平向裂縫（即二次劈裂）。漿液在劈裂過程中，只要四周的砂土體中稍有強(qiáng)度較弱的部分，漿液就進(jìn)入其問。漿液劈裂途徑是斜向的基本上是按。以產(chǎn)生劈裂；水平向大都是土體較軟弱的部分；垂直向的大都是土體受到外界擾動(dòng)有了縫隙。被動(dòng)土壓力階段是劈裂注漿加固砂土地基的關(guān)鍵階段，漿液在砂土體中將形成主漿脈，即產(chǎn)生劈裂而形成漿液向外擴(kuò)展的滲流通道。第五階段再滲透階段粉細(xì)砂層在經(jīng)過劈裂注漿后，漿液沿著主漿脈和裂縫向四周滲透擴(kuò)散（圖，段以后），大量吸漿，使得漿脈四周的砂土體得到加固。如此反復(fù)，經(jīng)過漿液不斷滲透、液化、劈裂和滲透使加固區(qū)不斷發(fā)展，這就是漿液對(duì)粉細(xì)砂地層的劈裂滲透過程。漿液在糟細(xì)砂地層中形成劈裂面的形狀注漿材料經(jīng)注漿管進(jìn)入地層，一段時(shí)間后在地層中變成圃結(jié)體。周結(jié)體在地層中存在四種方式：滲透。主脈下的滲透，多支脈劈裂和少支脈劈裂。漿液注入地層后，隨著劈裂的產(chǎn)生，呈脈狀，有主劈裂面也有次劈裂面，縱橫交叉形成了錯(cuò)綜復(fù)雜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。如圖所示。漿脈網(wǎng)可以提高土體的法向應(yīng)力之和，并提高土體的剛度。由于注漿固結(jié)體的強(qiáng)