粉細(xì)砂土地層注漿加固模型試驗(yàn)研究

李夢茹

摘要：文章以粉細(xì)砂土地層注漿為背景，圍繞其注漿效果開展室內(nèi)試驗(yàn)，得到其注漿形式以滲透注漿為主，且擴(kuò)散半徑主要影響因素為地層圍壓與砂體孔隙率，最終驗(yàn)證了滲透注漿理論。

Abstract： In this paper， the grouting of fine sand soil layer is taken as background， and the indoor test is carried out around the grouting effect. The grouting form is mainly infiltration grouting， and the main influencing factors of the diffusion radius are formation confining pressure and sand body porosity. The theory of osmotic grouting is verified.

關(guān)鍵詞：粉細(xì)砂土;滲透注漿;地層圍壓;孔隙率

Key words： fine sand;osmotic grouting;formation confining pressure;porosity

中圖分類號：TD353? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）26-0151-02

0? 引言

注漿技術(shù)自1950年起在我國應(yīng)用，現(xiàn)已取得多方面的成果，目前已遍及水利、建筑、鐵路和礦業(yè)等多個領(lǐng)域[1]。奧地利學(xué)者[2]通過三種模型模擬了漿液在單裂隙中的流動。張偉杰[3]等提出了漿液以U形的形式在裂隙中擴(kuò)散的規(guī)律。楊米加[4]等通過大量的模擬實(shí)驗(yàn)，討論了裂隙裂隙幾何特征對巖體宏觀滲透性的影響。

注漿技術(shù)已遍及我國多個領(lǐng)域，注漿模型模擬也做過很多試驗(yàn)[5-8]，但多數(shù)僅模擬單一地層的工程地質(zhì)情況，無法較好模擬多種工程地質(zhì)情況下注漿效果。因此，有必要對其施加圍壓，則漿液流動情況更符合實(shí)際情況。

1? 注漿試驗(yàn)設(shè)計

為研究注漿材料在不同的圍壓工況條件下注漿壓力P、注漿流量Q和漿液的擴(kuò)散半徑R之間的關(guān)系，以及灌漿材料在不同圍壓條件下在粉細(xì)砂土地層中的注漿效果，以滲透注漿理論為主要理論依據(jù)，結(jié)合實(shí)際情況，自行設(shè)計了一套模擬注漿試驗(yàn)裝置，該裝置的注漿壓力易于控制、受注砂層易于模擬、注漿效果易于檢測。

在現(xiàn)存實(shí)驗(yàn)裝置無法利用的情況下，本文設(shè)計了粉細(xì)砂室內(nèi)注漿模型試驗(yàn)系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)裝置由注漿系統(tǒng)、流量壓力檢測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)4個部分組成，如圖1所示。

應(yīng)用此試驗(yàn)裝置，采用正交試驗(yàn)設(shè)計，以超細(xì)水泥為主要注漿材料，以焦作市城鄉(xiāng)一體化示范區(qū)沙河沿岸粉細(xì)砂為受注介質(zhì)，對滲透注漿進(jìn)行研究。該裝置包括四個部分：注漿泵、電磁流量計與壓力測量儀器、模型箱體及電腦采集系統(tǒng)。如圖1設(shè)備簡圖所示。

為研究灌漿材料在粉細(xì)砂地層中的注漿效果，采用代表性較強(qiáng)的五組試驗(yàn)方案，利用少數(shù)篩選的試驗(yàn)方案，通過對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)地分析統(tǒng)計，可以得出比較符合實(shí)際的試驗(yàn)結(jié)果。

2? 結(jié)果與分析

2.1 試驗(yàn)1漿液滲透特性

從試驗(yàn)1數(shù)據(jù)繪制出的P-Q-T曲線可以非常直觀的看出圖像曲線雖然比較雜亂，但是也具有一定的規(guī)律：當(dāng)注漿流量較大時，注漿軟管內(nèi)的壓力也會有較為明顯的變化。試驗(yàn)1的條件為K0狀態(tài)下，是作為空白試驗(yàn)組與后面的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比，得出圍壓的存在與大小對于漿液擴(kuò)散形式的影響。

2.2 試驗(yàn)2漿液滲透特性

第二次注漿結(jié)石體整體形狀如圖4所示，結(jié)石體的主體部分是一個空間分布較為規(guī)則的“樹杈”狀結(jié)石體，漿液沿著多個不同的空間方向進(jìn)行滲透（或劈裂）注漿，從第二次注漿漿液結(jié)石體的三視圖可以看出，第二次注漿效果較為顯著。

試驗(yàn)2的試驗(yàn)條件為低圍壓狀態(tài)。試驗(yàn)二得出的P-Q-T曲線較試驗(yàn)一具有一定的規(guī)律，具有明顯的波峰與注漿特點(diǎn)。從整個注漿試驗(yàn)來看，從波峰1到波峰5，注漿過程的最大瞬時注漿流量和最大瞬時注漿壓力整體呈下降趨勢。

2.3 試驗(yàn)3漿液滲透特性

第三次注漿結(jié)石體整體形狀如圖6所示，結(jié)石體是一個直徑稍大于注漿鋼花管外徑的柱狀，漿液幾乎沒有進(jìn)入試驗(yàn)介質(zhì)，第三次注漿效果較差。

第三組試驗(yàn)是在高圍壓狀態(tài)下的注漿實(shí)驗(yàn)。從曲線圖中可以直觀的看出，注漿流量在42s達(dá)到流量的第一個波峰，此時漿液已經(jīng)充滿整個注漿管道;當(dāng)注漿流量達(dá)到波谷時，此時壓力到達(dá)最大值，在現(xiàn)場注漿時漿液即將達(dá)到突破砂層的臨界值，當(dāng)漿液持續(xù)對注漿管道施加壓力后，壓力突破閥值，漿液沿著鋼花管與砂層的縫隙噴涌出箱體，漿液噴出后停止注漿試驗(yàn)。

3? 結(jié)論

①試驗(yàn)?zāi)Ｐ湍軌蛱峁┓€(wěn)定的圍壓，可以近似地模擬地層的真實(shí)條件，注漿試驗(yàn)在有圍壓的條件下，注漿流量壓力有著較為明顯的規(guī)律;②在注漿材料、試驗(yàn)介質(zhì)相同的條件下，對箱體施加的圍壓越大，漿液的擴(kuò)散半徑也就越小，相應(yīng)的注漿壓力也就會越大;③在注漿材料、試驗(yàn)介質(zhì)相同的條件下，圍壓對于注漿半徑和注漿壓力的影響大大顯現(xiàn);圍壓越大，注漿壓力也更大，漿液的擴(kuò)散半徑也會大大減小。

參考文獻(xiàn)：

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