目前是我國西北、西南基礎(chǔ)建設(shè)飛速發(fā)展階段,貫穿東西的基礎(chǔ)交通建設(shè)工程是發(fā)展西部的關(guān)鍵,在大力發(fā)展鐵路和公路的過程中需要開挖大量的隧道工程,并呈現(xiàn)“大埋深、長洞線、高應(yīng)力、強巖溶、高水壓、構(gòu)造復(fù)雜、災(zāi)害頻發(fā)”的特征,注漿是改變地層的物理力學(xué)性質(zhì)、加固圍巖的主要方法。但現(xiàn)有設(shè)備和方法存在以下問題,注漿常用的柱塞式注漿泵由于每沖程產(chǎn)生不同程度的循環(huán)壓力,輸出壓力的波動范圍可達幾兆帕至十幾兆帕,注漿脈沖對脆弱圍巖會造成二次破壞,還會影響試驗數(shù)據(jù)、工程數(shù)據(jù)的記錄和精確性控制;現(xiàn)有的注漿理論模型都是基于穩(wěn)定壓力作用下研究的,理論曲線中的壓力只隨被注介質(zhì)及漿液特性改變而改變,而實際施工過程中漿液壓力劇烈波動,很難得到理論擴散結(jié)果;使用柱塞泵進行模型試驗時較大的注漿脈沖并不能與穩(wěn)壓注漿理論相符合,使用空壓機保持氣缸恒壓來實現(xiàn)穩(wěn)壓注漿可以與理論研究相結(jié)合,但與實際工程不相符,不能得到切合實際的試驗結(jié)果;目前所做的劈裂注漿模型試驗中的試驗結(jié)果普遍為單方向水平劈裂或豎直劈裂,而非理論上所推導(dǎo)的單方向劈裂漿脈會改變地應(yīng)力方向;目前的滲透注漿理論公式?jīng)]有考慮重力及漿液慣性的影響。因此本文研發(fā)了基于勒洛三角形原理可以實現(xiàn)穩(wěn)壓注漿的Wankel注漿泵,并取得了以下成果:(1)結(jié)構(gòu)原理研究:基于勒洛三角形原理研究Wankel泵的機構(gòu)原理,建立了 Wankel泵轉(zhuǎn)子型線及缸體內(nèi)腔型線的數(shù)學(xué)模型,深入研究了其結(jié)構(gòu)和基本原理,得到了不同Wankel泵的參數(shù)設(shè)計規(guī)則。(2)結(jié)構(gòu)工藝研究:分別設(shè)計了單缸與雙缸Wankel泵的缸體、轉(zhuǎn)子、曲軸、中隔板、蓋板、齒輪座等零部件的構(gòu)造、尺寸、選材及加工工藝,研究了密封系統(tǒng)及單向閥的結(jié)構(gòu)、選材及選型。(3)輸出性能研究:提出了 Wankel泵理論流量、實時容積、機械效率、水力效率、容積效率及總效率的數(shù)學(xué)模型,通過數(shù)值模擬以及室內(nèi)試驗測試了 SDU-1.25D-44的性能參數(shù)及空化特性。(4)控制系統(tǒng)開發(fā):基于Fuzzy-PID復(fù)合控制方法研發(fā)了適用于Wankel泵的SDUZJ智能注漿系統(tǒng),實現(xiàn)了 Wankel泵無極穩(wěn)壓調(diào)速,并擁有方案查詢、數(shù)據(jù)記錄、危險報警、階段數(shù)據(jù)查詢、智能穩(wěn)壓控制等功能,應(yīng)用TIA Portal軟件編寫SDUZJ主控程序。(5)最優(yōu)化注漿控制方法:得到了穩(wěn)壓控制下的最優(yōu)化劈裂注漿和滲透注漿漿液擴散控制理論,提出了劈裂方向與劈裂距離可控的劈裂注漿控制方程,以及考慮漿液重力及慣性作用下分別研究豎向和橫向恒壓滲透注漿的漿液擴散規(guī)律。(6)模型試驗:設(shè)計了附加豎直和水平地應(yīng)力的劈裂注漿模型架與分層可視化滲透注漿模型架,通過模型試驗及SDUZJ單液控制系統(tǒng)驗證了最優(yōu)化注漿控制理論。
【學(xué)位單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：U455
【部分圖文】：

?注漿呆ｔ??圖１－１靜壓注楽設(shè)備系統(tǒng)??Ｆｉｇ．．?１－１?Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ?ｓｙｓｔｅｍ?ｏｆ?ｓｔａｔｉｃ?ｐｒｅｓｓｕｒｅ?ｇｒｏｕｔｉｎｇ??ｆ■?ａ?一＿?—＿麟??卜＿路?雙丨ｂＢｉ??＝〇水線路?二：Ｉ空壓機??＾?ＳＡ?？？？？■？？空氣線路?多；??Ｊ?＼?一＿?，??１?ｖ?Ｊ??單Ｕ＊多?］｜［水泵?棑出泥漿??混合器?＂ｄｓ?ｉ?ｉ?Ｊ????數(shù)辦儲設(shè)備?ｔｔ機?Ｐ?士泥菜栗??ｆ?ｄ?—??圖１－２高壓噴射注楽設(shè)備系統(tǒng)??Ｆｉｇ．

圖１－１靜壓注楽設(shè)備系統(tǒng)??Ｆｉｇ．．?１－１?Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ?ｓｙｓｔｅｍ?ｏｆ?ｓｔａｔｉｃ?ｐｒｅｓｓｕｒｅ?ｇｒｏｕｔｉｎｇ??

缸體內(nèi)往復(fù)運動一次，在一側(cè)吸入漿液并在另一側(cè)排出，完成一次吸漿和排漿工作即為單??作用泵；而柱塞在缸體內(nèi)往復(fù)運動一次，在兩側(cè)都可以進行吸入和排除工作，完成兩次吸??漿和排漿工作，為雙作用泵，其工作原理如圖１－３所示。目前市場主要應(yīng)用的柱塞式注漿??泵有手動柱塞泵、２ＴＧＺ系列泵（雙液調(diào)速高壓注漿泵）、ＹＧＺ系列（液動高壓注漿泵）、??ＫＢＹ系列（全液壓單缸雙作用注漿泵）、ＢＷ系列（臥式單作用注漿泵）、ＳＮＳ系列（單缸??單作用臥式注漿泵）等，各種柱塞泵如圖１－４所示。??蘭Ｌ丄丨丄??Ｖ??＜ａ＞單作用桿寒泵?（ｂ）雙作用柱塞鉍??圖１－３柱塞栗工作原理??Ｆｉｇ．?１－３?Ｗｏｒｋｉｎｇ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏｆ?ｐｌｕｎｇｅｒ?ｐｕｍｐ??＜ａ）手動注漿泵?《＞＞２ＴＣＺ系列?（ｄ?ＹＧＺ系列??（ｄ）ＫＢＹ系列?（ｅ＞ＢＷ系列?（ｆ＞ＳＮＳ系列??圖１－４多種柱塞式注裝栗??Ｆｉｇ．?１－４?Ｓｅｖｅｒａｌ?ｐｌｕｎｇｅｒ?ｇｒｏｕｔｉｎｇ?ｐｕｍｐｓ??６??
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本文編號：2863811