本文關鍵詞：基于物理模擬試驗的斷層帶分層介質(zhì)注漿擴散及加固機理研究

  更多相關文章： 斷層破碎帶 分層介質(zhì) 漿液擴散 骨架結構 動水環(huán)境

【摘要】：隨著我國經(jīng)濟與社會建設飛速發(fā)展,基礎設施建設尤其是交通運輸領域的建設腳步急劇加快。而大量隧道的修建以及地質(zhì)條件的復雜多變,致使隧道修建經(jīng)常穿越砂層、斷層、巖溶等不良地質(zhì)條件,施工過程極易誘發(fā)突水突泥災害。根據(jù)資料分析,突水突泥災害頻發(fā)且危害巨大,導致施工設備沖毀、大量人員傷亡、經(jīng)濟嚴重損失甚至工期延誤、隧址改線或廢棄,嚴重制約著經(jīng)濟發(fā)展和社會穩(wěn)定。富水斷層破碎帶是誘發(fā)隧道突水突泥災害的主要地質(zhì)災害源之一,治理此類災害通常采用注漿法。然而由于地質(zhì)環(huán)境復雜、被注介質(zhì)不可見性、注漿擴散不確定性以及注漿材料注漿設備落后,注漿技術遠遠不能滿足注漿治理的需求,所以,本文采用理論分析推導,室內(nèi)物理模擬試驗以及COMSOL數(shù)值軟件模擬等研究方法綜合探究動水條件下多層被注介質(zhì)的注漿加固機制,以及不同介質(zhì)分層界面處的加固機理。具體研究成果如下：(1)通過研究分析永蓮隧道F2斷層破碎帶水文地質(zhì)條件和構造機理,初步得出突水突泥災害發(fā)生原因,并以F2斷層帶為地質(zhì)背景,建立超前帷幕注漿、臨災帷幕注漿、災后帷幕注漿三種工程治理地質(zhì)模型。(2)建立土—石分層介質(zhì)注漿模型,開展分層注漿擴散理論研究,將注漿過程簡化為土石交界面開裂、交界面劈裂通道擴展、土體介質(zhì)壓密劈裂、礫石介質(zhì)滲透充填四種漿液擴散形式展開理論分析和公式推導,修正了傳統(tǒng)壓力理論,提出了適用于該問題的注漿壓力控制公式,分析了各階段的啟動機制,研究了土石交界軟弱地層的漿液擴散機制,為土石交界軟弱地層的注漿理論研究及工程應用提供了一定借鑒意義。(3)以永蓮隧道F2斷層破碎帶帷幕注漿治理為背景,研發(fā)了斷層帶模擬分層注漿系統(tǒng),被注介質(zhì)條件與注漿材料均與永蓮隧道地質(zhì)條件與施工方法相似。通過試驗,注漿對被注介質(zhì)的加固作用主要有充填、擠密、劈裂形式,在此三種形式作用下,被注介質(zhì)滲透率不斷降低,被注能力不斷減弱,強度不斷增高。不同介質(zhì)層交接面之間的加固主要通過寬漿脈連接、微細漿脈連接和界面聯(lián)接層三種形式。(4)通過試驗反饋的抗剪能力、土壓力及滲透壓力數(shù)據(jù)分析研究注漿過程對加固體各部分的強度、孔隙率、滲透性及被注能力的影響,進而從局部到整體宏觀分析分層注漿過程漿液擴散規(guī)律。(5)建立分層介質(zhì)填埋復合漿液擴散數(shù)值模型,引入達西兩項滲流方程,通過COMSOL數(shù)值模擬,模擬了不同工況下的漿液擴散全過程。對漿液在橫向分層填埋,縱向分層填埋兩種工況中漿液的擴散全過程進行模擬,總結了漿液擴散過程中的壓力場,體積分數(shù),固定界面的壓力等參數(shù)的變化規(guī)律,提出了優(yōu)勢滲透現(xiàn)象；模擬過程中引入動水環(huán)境,通過漿液擴散體積分數(shù)規(guī)律總結了不同工況下的動水條件對漿液擴散的影響。(6)提出“連續(xù)鉆進,深孔雙液高壓分段”綜合注漿加固技術治理永蓮隧道F2斷層帶突水突泥災害,并通過注漿P-Q-T曲線分析、檢查孔分析方法檢驗注漿效果,注漿質(zhì)量控制總體達到設計要求,對圍巖起到了較大的改善作用,加固效果良好。
【關鍵詞】：斷層破碎帶 分層介質(zhì) 漿液擴散 骨架結構 動水環(huán)境
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U457.3
【目錄】：

• 摘要12-14
• ABSTRACT14-17
• 第一章 緒論17-29
• 1.1 研究背景與意義17-18
• 1.2 注漿研究現(xiàn)狀18-23
• 1.2.1 注漿理論研究現(xiàn)狀18-21
• 1.2.2 注漿物理模擬試驗研究現(xiàn)狀21-23
• 1.2.3 注漿數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀23
• 1.3 注漿技術發(fā)展現(xiàn)狀23-24
• 1.4 研究中存在的問題及發(fā)展趨勢24-26
• 1.4.1 研究中存在的問題24-25
• 1.4.2 發(fā)展趨勢25-26
• 1.5 本文研究內(nèi)容及創(chuàng)新點26-29
• 1.5.1 研究內(nèi)容26-27
• 1.5.2 技術路線圖27
• 1.5.3 創(chuàng)新點27-29
• 第二章 工程地質(zhì)背景29-39
• 2.1 永蓮隧道F2斷層帶概況29
• 2.2 突水突泥災害29-33
• 2.2.1 隧道突水突泥災害發(fā)生29-31
• 2.2.2 災害發(fā)生機制分析31-33
• 2.3 富水斷層破碎帶帷幕注漿治理33-34
• 2.4 斷層注漿加固工程地質(zhì)模型34-39
• 2.4.1 地下工程突泥災害模式分析及地質(zhì)力學模型建立34-35
• 2.4.2 永蓮隧道斷層注漿加固工程地質(zhì)模型建立35-39
• 第三章 基于土—石分層介質(zhì)模型的分層注漿機制研究39-46
• 3.1 引言39
• 3.2 土-石分層介質(zhì)注漿模型39-40
• 3.3 分層注漿擴散理論研究40-45
• 3.3.1 土—石界面開裂40-42
• 3.3.2 交界面劈裂通道擴展42-43
• 3.3.3 土體介質(zhì)壓密劈裂43-44
• 3.3.4 礫石介質(zhì)滲透充填44-45
• 3.3.5 小結45
• 3.4 本章小結45-46
• 第四章 斷層帶分層介質(zhì)注漿加固物理模擬試驗研究46-67
• 4.1 試驗系統(tǒng)設計46-49
• 4.1.1 注漿設備46-47
• 4.1.2 斷層分層注漿模擬試驗系統(tǒng)47-48
• 4.1.3 模擬動水條件供水系統(tǒng)48
• 4.1.4 實時數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)48-49
• 4.2 斷層破碎帶分層介質(zhì)注漿加固試驗設計49-51
• 4.2.1 被注介質(zhì)條件49
• 4.2.2 注漿材料49-50
• 4.2.3 注漿試驗設計方法選擇50
• 4.2.4 注漿試驗設計方案50-51
• 4.3 試驗過程及控制步驟51-53
• 4.3.1 注漿試驗步驟51-52
• 4.3.2 注漿過程參數(shù)采集52-53
• 4.4 試驗現(xiàn)象分析53-61
• 4.4.1 介質(zhì)橫向填埋注漿現(xiàn)象分析53-55
• 4.4.2 介質(zhì)豎向填埋注漿現(xiàn)象分析55-59
• 4.4.3 漿液對巖層界面處連接加固作用分析59-60
• 4.4.4 動水因素對漿液擴散形態(tài)的影響60-61
• 4.5 介質(zhì)加固體界面剪切強度特征研究61-66
• 4.5.1 未加固介質(zhì)剪切強度特征61-62
• 4.5.2 注漿加固體分層界面剪切強度特征62-66
• 4.5.3 小結66
• 4.6 本章小結66-67
• 第五章 斷層破碎帶分層介質(zhì)注漿數(shù)值模擬67-87
• 5.1 計算原理與方法67-68
• 5.1.1 軟件介紹67
• 5.1.2 控制方程67-68
• 5.2 計算模型與參數(shù)68-71
• 5.2.1 計算模型與網(wǎng)格劃分68-70
• 5.2.2 材料參數(shù)70-71
• 5.3 橫向填埋注漿模擬71-78
• 5.3.1 橫向填埋單孔注漿模擬71-77
• 5.3.2 橫向填埋群孔注漿模擬77-78
• 5.4 縱向填埋注漿模擬78-86
• 5.4.1 縱向填埋單孔注漿模擬78-85
• 5.4.2 縱向填埋多孔注漿模擬85-86
• 5.5 本章小結86-87
• 第六章 研究結論對注漿設計的建議及工程應用87-94
• 6.1 對注漿設計的建議87
• 6.2 永蓮隧道帷幕注漿治理應用87-89
• 6.3 注漿效果檢查89-93
• 6.4 工程應用結論93-94
• 第七章 結論與展望94-97
• 7.1 結論94-95
• 7.2 展望95-97
• 參考文獻97-107
• 致謝107-108
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術論文及參與的項目108-109
• 學位論文評閱及答辯情況表109

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 白凈,祁文康;一維分層介質(zhì)的聲阻抗圖重建系統(tǒng)[J];應用聲學;1993年01期

2 陶玉明，，方大綱;平面分層介質(zhì)結構全波分析綜述[J];電子學報;1995年10期

3 程崇虎,陳抗生;分層介質(zhì)結構介質(zhì)剖面重建的唯一性問題[J];南京理工大學學報;1998年04期

4 鄭奎松;葛德彪;;周期性分層介質(zhì)高反射區(qū)范圍的分析與估計[J];物理學報;2006年06期

5 劉永強;張睿娟;撒玉寶;劉殿書;;分層介質(zhì)動態(tài)力學性能的實驗研究[J];工程爆破;2008年02期

6 龐晨;李健兵;王濤;董健;王雪松;;分層介質(zhì)球內(nèi)場計算的一種改進算法[J];微波學報;2010年06期

7 段方勇，黃載祿，蔡德鈞，屈萬里;利用超聲回波識別分層介質(zhì)結構[J];華中科技大學學報;1994年11期

8 楊河林;程用志;;平面分層介質(zhì)的有效電磁參數(shù)[J];大學物理;2009年12期

9 方大綱;分層介質(zhì)中并矢格林函數(shù)的一般表示形式[J];南京理工大學學報(自然科學版);1984年01期

10 湯進龍,洪偉;屏蔽同軸圓柱分層介質(zhì)的靜態(tài)格林函數(shù)[J];東南大學學報(自然科學版);2002年04期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 徐琰;梁昌洪;;關于介質(zhì)交界面的介電常數(shù)問題[A];2001年全國微波毫米波會議論文集[C];2001年

2 程崇虎;陳抗生;;分層介質(zhì)結構介質(zhì)分布重建的一種新算法[A];1997年全國微波會議論文集(下冊)[C];1997年

3 許飛龍;胡恒山;宋永華;;有限聲束超聲波在分層介質(zhì)上的反射特性[A];中國力學大會——2013論文摘要集[C];2013年

4 宋江杰;張振宇;;土壤-混凝土分層介質(zhì)中爆炸數(shù)值模擬一些問題的討論[A];中國力學學會學術大會'2005論文摘要集（上）[C];2005年

5 韓磊;崔占忠;陳方;林蔚;;平面分層介質(zhì)靜電探測技術研究[A];中國物理學會靜電專業(yè)委員會第十二屆學術年會論文集[C];2005年

6 崔寒茵;張碧星;;固體柱狀分層介質(zhì)中導波的傳播[A];2008年全國聲學學術會議論文集[C];2008年

7 崔寒茵;張碧星;;柱狀固體分層介質(zhì)中的斯東利波[A];泛在信息社會中的聲學——中國聲學學會2010年全國會員代表大會暨學術會議論文集[C];2010年

8 安俊英;徐海亭;;分層介質(zhì)中目標散射的T矩陣方法[A];中國聲學學會水聲學分會2011年全國水聲學學術會議論文集[C];2011年

9 周桂蓉;馮寧寧;方大綱;;Davidenko方法在搜尋分層介質(zhì)表面波極點中的應用[A];1999年全國微波毫米波會議論文集(上冊)[C];1999年

10 吳迪;王小民;李明軒;;分層介質(zhì)方波調(diào)制長脈沖反射波數(shù)值模擬[A];中國聲學學會2005年青年學術會議[CYCA'05]論文集[C];2005年

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 林國華;含有單軸介質(zhì)時的分層介質(zhì)中電磁場解析解的研究[D];南京郵電大學;2015年

2 莊偉;平面分層介質(zhì)結構的快速電磁算法研究[D];南京理工大學;2009年

3 徐利明;分層介質(zhì)中三維目標電磁散射的積分方程方法及其關鍵技術[D];電子科技大學;2005年

4 王鵬;電磁場中的電大尺寸輻射和散射問題研究[D];西安電子科技大學;2007年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 于海洋;基于物理模擬試驗的斷層帶分層介質(zhì)注漿擴散及加固機理研究[D];山東大學;2016年

2 劉金權;分層介質(zhì)中目標的電磁特性研究[D];南京理工大學;2008年

3 許飛龍;有限聲束超聲波在分層介質(zhì)上的反射[D];哈爾濱工業(yè)大學;2013年

4 張胤;分層介質(zhì)中目標的成像與反演方法研究[D];電子科技大學;2013年

5 田延峰;分層介質(zhì)中目標電磁特性算法與應用研究[D];西安電子科技大學;2006年

6 王鵬;復雜分層介質(zhì)中的電磁場特性研究及應用[D];西安電子科技大學;2006年

7 檀朝滿;分層介質(zhì)上天線性能分析[D];中國科學技術大學;2010年

8 徐益輝;分層介質(zhì)中的頻域場和時域場[D];浙江大學;2008年

9 李小雷;土壤混凝土分層介質(zhì)中爆炸的數(shù)值模擬[D];國防科學技術大學;2006年

10 陳聰;分層介質(zhì)格林函數(shù)的快速計算和目標電磁散射特性研究[D];電子科技大學;2011年

本文編號：717110