單管單孔滲透注漿實驗研究

孔魯志 李小芳

摘要：注漿技術在水利水電工程建設中有巨大的應用價值，但是人們對注漿擴散機理認識水平的差異。這使得注漿設計和施工存在很大程度的盲目性和局限性。基于上述問題，設計一套小型單管單孔注漿模型裝置，得到流量（Q）、水灰比（W/C）、注漿壓力（P）、滲透系數（K）及擴散半徑等參數之間的關系，并通過對實驗數據回歸分析得到5組擴散方程，本試驗所得結果可以為注漿工程提供一定的技術支持。

Abstract： Grouting technology has great application value in the construction of water conservancy and hydropower projects， but people have different understanding level of grouting diffusion mechanism， which makes grouting design and construction have a large degree of blindness and limitations. Based on the above problems， a small single-tube single-hole grouting model device was designed to obtain the relationship among the parameters such as flow rate （Q）， water-cement ratio （W/C）， grouting pressure （P）， permeability coefficient （K） and diffusion radius and through the regression analysis of the experimental data， five sets of diffusion equations are obtained. The results obtained in this experiment can provide some technical support for the grouting project.

關鍵詞：注漿；水泥漿液；多元回歸分析；擴散方程

Key words： grouting； cement slurry； multiple regression analysis； diffusion equation

中圖分類號：TV543 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）27-0133-02

0 引言

注漿是將某些能固化的漿液注入巖土地基的裂縫或孔隙中，通過置換等方式以改善其物理力學性質的方法。但是，相比于注漿施工技術在工程建設各領域日新月異的發展，注漿擴散加固機理研究則相對滯后。一方面，人們在進行注漿工程實踐時，依舊將其視為一門經驗技術，忽視漿液滲透擴散規律對實際工程的科學指導意義；另一方面，現有的漿液擴散加固理論公式還遠未成熟，部分經驗公式又往往是針對某些特定漿液總結的，不具有代表性。本研究旨在設計一套室內注漿模型，深入研究漿液在被注介質中的流動擴散機理；以期研究成果對有關工程予以理論支撐，提高施工質量及工程經濟效益。[1-6]

1 注漿模擬試驗研究

為了觀測到注漿時漿液的擴散規律，研究水泥漿液在被注介質中的擴散機理，設計了一套小型注漿試驗裝置。

1.1 試驗材料

本試驗中所采用的注漿材料為水灰比W/C=0.8的純水泥漿液，漿液粘度為30·103·Pa·s，密度1.59g/cm3，初凝時間11h10min，被注介質為碎石（采用2cm～5cm，5cm～10cm，10cm～16cm三種單一連續級配）。如圖1。

1.2 注漿試驗裝置

注漿試驗壓力由有壓氮氣提供，為方便觀察，試驗箱選用有機玻璃，試驗箱和有壓氮氣之間由儲漿容器連接，見圖2。注漿系統由儲漿容器、供壓裝置、試驗箱三部分組成，試驗原理構造圖見圖3。

1.3 注漿試驗設計方案

為全面研究注漿壓力P、注漿量Q、漿液擴散半徑R、漿液水灰比W等參數之間定量的關系，開展正交實驗，制定出單管單孔注漿試驗方案，詳見表1。

2 試驗分析與討論

2.1 注漿過程分析

在單管單孔注漿過程中，觀察到漿液在被注介質中從注漿管口向四周均勻擴散，初始階段主要表現為軸向擴散，隨著注漿時間的延續，以徑向擴散為主，結石體總體呈橢球形；本次注漿試驗共得到9組試樣，選取部分代表性注漿結石體及流型圖，見圖4。

2.2 結果及分析

通過對注漿結石體形狀分析可知，結石體形狀近似為一個橢球體[7]，可用幾何圖形圖5表示。并對9組試驗結束后的形態進行量測，統計結果見表2。

將表2試驗結果進行回歸分析，即可得到注漿量Q、半軸長a、半軸長b、半軸長c及理論擴散半徑R與注漿壓力P、礫石土滲透系數K、水灰比W間的數學模型：

由以上公式可知：影響注漿量最為顯著因素是注漿壓力，其次是水灰比，而被注介質的滲透系數對注漿量影響相對較小；影響半軸長a最為顯著的因素是注漿壓力，其次是水灰比，被注介質的滲透系數對半軸長a影響相對較小。影響半軸長b最為顯著的因素是注漿壓力，其次是水泥漿液的滲透系數水泥漿液水灰比；影響半軸長c最為顯著的因素是注漿壓力，其次是水泥漿液的水灰比，而被注介質的滲透系數對半軸長c影響相對較小；影響擴散半徑最顯著的因素為水泥漿液的水灰比，其次是注漿壓力和滲透系數。

4 結論

本文重點研究了水泥漿在被注介質中的擴散規律，并通過數據分析得到流量、水灰比、注漿壓力、滲透系數及擴散半徑等參數之間的關系，具體如下結論：

①在單管單孔注漿過程中，漿液在被注介質中的擴散規律為：初始階段主要表現為軸向擴散，隨著注漿時間的延續，以徑向擴散為主，結石體總體呈橢球形。

②通過結石體橢球形態數據分析可知，在影響漿液擴散的眾多因數中，注漿壓力對注漿量、擴散半徑及半軸長的影響最為顯著；而被注介質的滲透系數和漿液水灰比對注漿量、擴散半徑及半軸長的影響相對較小。本文所得結果，可為注漿施工過程提供了一定的理論支持，減少注漿現場施工的隱蔽性和不確定性對工程安全帶來的影響。

參考文獻：

[1]王國際.注漿技術理論與實踐[M].北京：中國礦業大學出版社，2000.

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