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1、 注浆法的研究现状与展望 汇报人 目录 HereismyContent 1 回顾 2 化学注浆法 3 水泥注浆法 简要回顾 1 注浆 通过钻孔向含有裂隙 空洞或不稳定的地层注入水泥浆或其他浆液 以堵水或加固地层的技术 通过注浆可以起到防渗 堵水 固结 防止滑坡 降低地表下沉 提高地基承载力 回填 加固等作用 注浆法的定义 注浆法的分类 材料 水泥注浆法化学注浆法混合注浆法 处理加固对象 岩石注浆法砂砾注浆法黏土注浆法 注浆功能 防渗注浆法加固注浆法基础托换注浆法 加固机理 充填注浆法挤密注浆法劈裂预埋装注浆法基岩裂缝注浆法渗透注浆法界面注浆法混凝土裂缝注浆法 注浆压力 静压注浆法高压注浆法 化
2、学注浆法的研究现状及展望 2 化学注浆起源与发展简介 最早的化学浆液专利发表于1887年 Jeziorski开发了硅酸钠 Sodiumsilicate 化学浆液 这种浆液可以在施工现场调配及注入 然而由于该浆液凝固时间过快 注浆过程中浆液在注浆泵或管路中就己经凝固 限制了该方法的应用 1909年 Lemaire和Dumont开发了一种单液注浆系统并取得了专利 荷兰的矿业工程师Joosten受此启发在1925年发明了双液注入系统并取得了美国的专利 1945年 第二次世界大战结束 欧洲战后大量的修复重建工程需要注浆技术 以法国的袖阀管注浆技术和德国的注浆托底技术为代表 此后 在Terzaghi提出
3、了土力学概念上 注浆改性土的工程性质得以进行初步研究 此时 有美国学者Warne 首次提出了压密注浆方法 化学注浆起源与发展简介 50年代后期 化学注浆材料在美国迅速发展 美国Cyanamid公司 AmericanCyanamidCompany 推出了一款名为AM 9的化学浆液 该化学浆液由多种有机单体材料组成 可以在施工现场经过简单的聚合反应生成凝固时间可调的注浆材料 该产品销量迅速上升 这也促成该公司成立了全球第一个化学注浆研究中心 60年代 日本研制了丙烯酞胺浆液 acrylamidegrout 此后推出的聚氨醋 polyurethane 类浆材 该类浆材以水为反应剂 使得该类型浆材应用
4、范围更广 然而到了1974年 有多例报告指出地下水管道施工中使用丙烯酞胺浆液污染了地下水 日本政府迅速颁布禁令禁止使用任何化学浆液 但基于硅酸盐的浆液除外 化学注浆起源与发展简介 80年代开始 美国化学注浆材料的使用量呈现逐年递增的态势 以丙烯酞胺Cacrylamide 类浆液为代表 欧洲方面酚醛类 氨基类 镀铬木质素和丙烯酞胺类的化学注浆材料都在使用 我国的化学注浆早期主要以硅酸钠 水玻璃 浆材为主 50年代后期开学习国外相关经验 柳大纲教授翻译出版了 土壤矽 硅 化 曾昭抡的 访苏日记 记录了苏联硅酸钠加固建筑基础 此后 由于水利工程建设需要 陈宗基关于三峡水利枢纽中规划了坝基防渗的固结灌
5、浆 我国化学灌浆奠基人叶作舟教授最早进行了高分子灌浆材料的研究 1979年 标志着当时国内最高水平的中化一798浆材研发并量产 此后 进行了环氧树脂和甲基丙烯酸酷类浆材研究 80年代后逐步引入丙烯酞胺类浆材 90年代后随着大规模经济建设发展 由引进浆材向自主研发改性浆材转变 化学注浆的研究现状 如前所述 化学注浆起源于工程实践 因此 化学浆液的工程性质是国内外研究的主要方向 具体包括 浆液的黏度 凝胶时间 耐久性 固结体强度 安全性等 浆液黏度是度量黏滞性的物理指标 物理含义是在浆液流动时 相邻液体之间流动速度不同而发生内摩擦 摩擦力的大小是黏度值 内摩擦力与沿接触面法线方向n的速度梯度成正比
6、 与接触面上的压力无关 式中 为剪切应力 Pa v为剪切速率 u为黏度系数 Pa s 化学注浆的研究现状 化学注浆过程中常见两种流体为牛顿流体和宾汉姆流体 其中牛顿流体的黏度不随剪切速率的变化而变化 而宾汉姆流体存在一个初始的屈服值 即施加的剪切应力首先要到了屈服应力后流体才开始运动 如下图 牛顿流体和宾汉姆流体剪切应力对比 化学注浆法现有研究不足 1 隐蔽性注浆工程无法实时观测 2 注浆过程的控制参数有待系统研究 3 现有渗透注浆理论存在局限性 4 现有劈裂注浆理论有待深入研究 化学注浆法的研究展望 采用透明土试验技术对化学注浆过程中的渗透扩散 水力劈裂和凝胶固结过程进行观测研究为深入认识化
7、学注浆机理提供了一条崭新的途径 然而 化学注浆具有较强的工程实践性 地质因素的千差万别使得基于多种假设条件的理论模型在应用中准确率低 因此 开展结合工程实际的相似模型模拟将更具有实践意义 实际工程中 可应用的化学浆液种类繁多 本文只采用煤矿较常用的脉醛树脂一种化学浆液进行了研究 存在一定的局限性 另一方面 化学浆液自身的凝胶性质等影响着浆液的扩散模式及效果 本文并未侧重研究化学浆液自身的凝胶特性及其影响 化学注浆法的研究展望 透明土模拟方法的研究最早起源于美国 近年来在国内发展迅速 随着摄影仪器工业技术的不断发展 采用的图像采集仪器从最早使用的低分辨像机逐步发展到现今高速高分辨率像机只经历了十
8、余年的时间 将摄影测量技术中的新仪器新方法逐步引进到土力学试验中或透明土试验中是今后的发展方向之一 目前 透明土模型研究正经历着从最初的二维可视化扩展到现今的三维可视化过程 国内外透明土相关研究工作体现了透明土的适用范围广 应用前景可期 然而透明土试验技术依然还存在着诸多研究不足 如透明材料的透明性随模型尺寸增大而减小 现有相似模型的模拟准则并不能完全满足 大模型尺寸且满足应力条件的模型有待重点研究 水泥注浆法 3 水泥注浆法加固地基的特点 1 经济效益和社会效益好 2 处理方法灵活简单 3 对周围环境干扰小 4 工期短 施工工艺简单 5 适用范围广 研究现状 3 研究现状 为了研究浆液对岩石
9、节理强度的影响 韩国的J S Lee等人向由合成材料制作而成的岩体模型中注入浆液来模拟浆液在岩体空隙中渗透过程 分别对无节理岩体 一组平行节理岩体和两组互相垂直节理的岩体进行渗透注浆试验 对试验结果研究分析得出 岩体的节理强度相比注浆前提高6倍 杨坪首次将浆液在砂砾石中的流动当做是宾汉姆流体来考虑 在达西定律的基础上考虑宾汉姆流体的本构关系 经推导得出了浆液在砂砾石的渗透扩散公式 给出了各个注浆参数间的定量关系 对指导注浆施工工程和预测注浆效果有很大的意义 研究现状 郑玉辉通过利用计算机模拟在数学模型的基础上建立起来的牛顿流体和宾汉姆流体注浆扩散模型 并考虑了地下水影响半径 粘度随时间的变化
10、流核等诸多影响因素 用于指导注浆施工 郑玉辉利用计算机所建立的数学柱状模型考虑的较为全面 因此其计算公式可以算是初步总结了注浆扩散理论 孙锋 陈铁林等假设浆液在光滑平行板裂缝做宾汉姆流体扩散 推导出了劈裂注浆中浆液扩散半径的计算公式 经分析得出了在水灰比越小的情况下 想要得到一定劈裂缝长度 需要的注浆压力就越大 研究现状 阮文军指出在注浆过程中 各种浆液的扩散不是按照一种流体扩散 而是多种流体扩散同时存在 阮文军以此做了大量的试验 并总结得到水泥浆液的粘度是随时间变化而变化的 其变化规律为指数函数 动切力是不随时间变化而变化的 基于这个结论建立了稳定的浆液在土体裂缝中的扩散模型 研发了与此相关
11、的计算机模型 冯志强等认为 浆液在岩体孔隙中的渗流服从达西定律 即岩体的渗流特征取决于岩体的渗透系数 渗透系数决定了岩体介质对于水的渗透能力 并通过注浆渗透模拟试验 研究了破碎煤岩体的围压和浆液粘度对渗透性的影响 通过试验成功地模拟了围压的存在 并得出 随着围压的增加浆液对煤岩体的渗透性将减弱 并呈线性关系 影响浆液渗透性的主要因素是浆液粘度 粘度增加则渗透性降低 且渗透系数与液体粘度呈反比关系 展望 1 新型注浆材料的研究 伴随着注浆技术的快速发展 现有的注浆材料不能满足工程要求 新型注浆材料的研发非常有必要 2 浆液浓度的研究 浆液浓度太大或太小都不好 浓度太大 会造成浪费 浓度太小会达不到注浆效果 需要作进一步的研究 3 浆液在土体中的扩散过程 利用有限元软件模拟浆液在土体中的扩散过程 详细的分析浆液在土体中扩散过程中的影响因素 4 注浆加固体本构关系 需要对注浆材料与土体结合后的固结体的本构关系进一步的研究 谢谢 此课件下载可自行编辑修改 供参考 感谢您的支持 我们努力做得更好
