本文關(guān)鍵詞：地鐵穿越砂層注漿擴(kuò)散與加固機(jī)理及工程應(yīng)用

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【摘要】：隨著我國(guó)地鐵進(jìn)入大規(guī)模建設(shè)時(shí)期,地鐵建設(shè)過(guò)程中的不良地質(zhì)災(zāi)害控制已成為重要研究課題。地鐵隧道修建過(guò)程中經(jīng)常穿越的第四系富水砂層,是影響地鐵建設(shè)安全的主要地質(zhì)災(zāi)害源之一,該地層具有含水豐富、膠接強(qiáng)度低、自穩(wěn)能力差的顯著特點(diǎn),在施工擾動(dòng)及地下水作用下極易誘發(fā)隧道塌方、涌水潰砂等工程災(zāi)害事故。注漿方法是控制富水砂層地質(zhì)災(zāi)害的最常用方法,受砂層孔隙結(jié)構(gòu)及地應(yīng)力狀態(tài)的影響,砂層注漿往往呈現(xiàn)出不同的擴(kuò)散加固模式,本文針對(duì)工程中最常見的兩種砂層注漿模式(滲透模式與劈裂-壓密模式),通過(guò)理論分析、室內(nèi)試驗(yàn)、模擬試驗(yàn)等方法,以實(shí)現(xiàn)砂層注漿擴(kuò)散過(guò)程與加固效果的定量描述為目標(biāo),深入研究砂層注漿擴(kuò)散與加固機(jī)理,建立了注漿擴(kuò)散范圍與注漿加固效果的定量計(jì)算方法,最終形成針對(duì)砂層的注漿設(shè)計(jì)方法,并進(jìn)行了工程應(yīng)用。本文主要工作及創(chuàng)新成果如下:(1)砂層注漿擴(kuò)散加固模式主要取決于砂層可注性及注漿壓力大小,在砂層可注性試驗(yàn)的基礎(chǔ)上建立了考慮砂層結(jié)構(gòu)特征及漿液粒徑大小的可注性判據(jù),基于圓孔擴(kuò)張理論建立了注漿起劈判據(jù),在此基礎(chǔ)上闡述了滲透注漿模式與劈裂-壓密注漿模式各自的發(fā)生條件。(2)分析不同注漿方式對(duì)漿液粘度空間分布的影響,建立了考慮粘度空間分布不均勻性的砂層滲透注漿擴(kuò)散理論模型,并開展一維可視化滲透注漿擴(kuò)散模擬試驗(yàn),通過(guò)理論與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比驗(yàn)證,獲得了砂層滲透注漿擴(kuò)散范圍與注漿參數(shù)、漿液流變參數(shù)之間的定量關(guān)系。(3)開展了砂層滲透注漿加固效果室內(nèi)試驗(yàn),研究漿液性質(zhì)、砂層特征及注漿壓力對(duì)注漿效果的影響,研究發(fā)現(xiàn)漿液水灰比是影響注漿效果的主控因素,不同水灰比漿液對(duì)應(yīng)的砂層滲透注漿加固體表現(xiàn)出截然不同的破壞模式,通過(guò)擬合試驗(yàn)數(shù)據(jù)獲得了砂層滲透注漿加固效果與漿液水灰比及養(yǎng)護(hù)時(shí)間的定量關(guān)系。(4)通過(guò)側(cè)限壓縮試驗(yàn)研究了不同黏性土含量及含水率條件下的砂層壓密特性,建立了可描述砂層非線性壓密過(guò)程的數(shù)學(xué)模型,在此基礎(chǔ)上建立了考慮漿液流場(chǎng)與砂層應(yīng)力場(chǎng)耦合效應(yīng)的劈裂-壓密注漿擴(kuò)散過(guò)程理論模型,并基于步進(jìn)式計(jì)算原理提出了劈裂通道動(dòng)態(tài)擴(kuò)展過(guò)程計(jì)算算法,實(shí)現(xiàn)了砂層劈裂-壓密注漿擴(kuò)散過(guò)程的完整描述,揭示了注漿擴(kuò)散過(guò)程中劈裂通道開度的時(shí)空分布規(guī)律。(5)通過(guò)一系列力學(xué)性能試驗(yàn)獲得了砂層壓密注漿效果與所受壓力的定量關(guān)系,以及漿液結(jié)石體性能與漿液配比、養(yǎng)護(hù)齡期的定量關(guān)系。綜合考慮漿脈骨架與壓密砂層對(duì)砂層注漿加固體整體性能的貢獻(xiàn),建立了可描述砂層注漿加固體整體性能的簡(jiǎn)化物理模型,并提出了砂層劈裂-壓密注漿加固效果定量估算方法,獲得了砂層劈裂-壓密注漿效果的各向異性及空間分布特征,系統(tǒng)分析了注漿壓力、單孔注漿量、注漿孔間距、砂層壓密特性對(duì)砂層劈裂-壓密注漿加固效果的影響。(6)研發(fā)了可視化砂層注漿模擬試驗(yàn)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了砂層劈裂-壓密注漿過(guò)程的可視化模擬,獲得了試驗(yàn)條件下砂層應(yīng)力場(chǎng)、位移場(chǎng)及劈裂通道擴(kuò)展過(guò)程的動(dòng)態(tài)演化特征,通過(guò)與劈裂-壓密注漿擴(kuò)散加固理論的對(duì)比驗(yàn)證,進(jìn)一步揭示了砂層劈裂-壓密注漿擴(kuò)散加固機(jī)理。(7)在砂層注漿擴(kuò)散加固機(jī)理研究成果的基礎(chǔ)上提出了針對(duì)砂層的注漿設(shè)計(jì)方法,研究成果在青島地鐵2號(hào)線啤～苗區(qū)間富水砂層注漿加固工程中進(jìn)行了成功應(yīng)用,取得了良好的效果,可為類似工程提供一定借鑒。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：U231.3
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本文編號(hào)：1283659