88801字博士毕业论文基于渗透效应的水泥浆介质灌浆原理及工程应用

论文类型：博士毕业论文

论文字数：88801字

论点：浆液,渗滤,水泥

论文概述：

本文是工程博士论文，开展了相应的渗透试验，重点研究深层渗滤对注聚过程中的渗流压力和注桨流量的空间分布及其随时间的变化规律，分析了深层渗滤效应对注浆效果的影响。

论文正文：

第一章绪论

山东大学岩土中心地下工程水害防治研究组多年来一直致力于地下工程地质灾害灌浆防治的研究与开发。针对复杂地质条件下地下工程灾害的防治，作者开展了饱和多孔介质中水泥液的渗流效应和粘性调剖液的充填机理研究，并参与了多项国家和省级项目的充填机理研究。主要包括国家自然科学基金重点项目“高压大流量岩溶裂隙水超前预报与治理研究”和湖北省交通厅“高风险岩溶隧道灾害控制关键技术研究”项目。受企业委托，项目包括“重庆中梁山隧道轻轨一号线破碎带治理关键技术”、“古龙煤矿二级巷道堵水勘探设计信息化建设关键技术研究”、“堵水帷幕渗漏检测及高压动态注水关键技术研究”。在横向课题方面，作者有幸参与了内蒙古长城煤矿沙涌治理工程和沪蓉西道隧道、古龙煤矿、漳马铁矿、重庆中梁山隧道的涌治理工程，并负责现场实际工作。在理论研究和现场实践过程中，深入认识到研究群众理论和深化理论适用性的重要性和紧迫性。
........

第二章水泥榧子液体颗粒渗透机理研究

2.1水泥榧液多孔介质可注入性研究
当浆液颗粒尺寸大于或等于多孔介质渗透过程中多孔介质的孔径时，不注入液体。当浆料颗粒小于并接近多孔介质的孔径时，多孔介质颗粒骨架将充当过滤网，导致浆料颗粒积聚并停留在多孔介质内，即渗透效应。许多液体彼此靠近，无法注射。此时，根据渗流效应的重要性，液体填充对应于1号可注射性判定标准中的注射不足和注射更充分两个阶段。当颗粒尺寸远小于多孔介质的孔径时，颗粒尺寸易于注射。现有的灌浆理论和研究基本上都是这种渗透，忽略了渗透效应的影响。考虑渗流效应的注射和大众传媒研究很少，因此开展这项研究是非常有价值和必要的。

2.2考虑渗透作业要求的泥浆渗透和扩散研究渗透和扩散试验及其分析
灌浆加固和防渗效果与灌浆后多孔介质中残留的泥浆颗粒量直接相关。泥浆颗粒残留越多，灌浆效果越好，反之亦然。传统的注质理论主要研究注柴过程中注浆参数之间的关系，建立渗透系数、注浆压力和水灰比等参数对注质强度、扩散半径和注浆量等因变量的函数关系。一般认为，在灌浆扩散范围内，加固和防渗效果没有差异。木材注入效应仅与填充介质的孔隙率和孔隙中许多流体的浓度有关。当渗流效应不明显时，上述理论是合理的。考虑渗流效应时，必须增加灌浆效应的决定性因素，即多孔介质渗流对残留浆液颗粒的影响。考虑到多孔介质渗流效应对灌浆效果的影响，注入介质的加固强度与注入后渗透系数在灌浆扩散方向上存在显著差异。扩散距离越远，增强强度越低，渗透系数越大，如图2-9所示。基于以上分析，在悬浮单液齿条注射过程中，在某些特定条件下，渗流效应是不可忽视的。在不同浆料应用范围的边界附近，填充注射性不是绝对的，而是渐进的过程。可注入性指数没有考虑注入拱扩散半径和灌浆效果等因素的影响。因此，在设计注入工程时，必须考虑将特定液体固定在注入介质中的有效可行性，并确定合理的加固有效注入半径或渗透有效注入半径。此外，可根据灌浆目的定义有效喷射范围。在保证注浆处理效果的前提下，最终达到优化注浆工程设计、降低工程造价的目的。

第三章水泥浆多孔介质表面渗透性研究……29
3.1水泥浆多孔介质表面渗透率试验.......29
3.2基于渗透率试验的表面渗透率研究.......33
第四章水泥浆体多孔介质深层渗透率研究........47
4.1水泥浆多孔介质表面渗透试验......47
4.2基于试验数据的深层渗透研究……53
第五宇水泥浆多孔介质纤维试验........77
5.1模型试验设计……77
5.2测试过程分析....81

第6章水泥基液体的工程应用和分析

6.1
破碎带涌水注浆工程概况涉及动态堵水、注浆加固和深部涌水封堵等。条件相对复杂，因此选择合理的注射材料和相应的聚合物注射工艺成为关键因素。本章结合中梁山隧道岩溶角朔岩体破碎带涌水注浆治理工程。为了给蔬菜注浆工程的材料选择提供科学依据，减少注浆施工的盲目性，本章对不同注浆材料的力学性能、粘度性能、施工可控性、涌水封堵性能和围岩稳定性进行了评价分析，综合评价了注浆材料的适用性，对类似工程具有一定的参考意义。

6.2破碎带综合治理方案
涌水后的治理是地下水灾害治理中最困难的，而注射架材料的性能是注射封堵的关键因素。常见的速凝灌浆材料主要是化学灌浆和水泥基速凝填充液，在灌浆工程中经常根据现场条件选择最合适的填充材料。化学灌浆在特定条件下可以达到良好的灌浆效果，但由于其价格高且具有一定的毒性，其应用受到限制。水泥基速凝剂主要包括水泥水玻璃浆液和聚合物改性水泥浆液，由于其原料来源广泛、价格低廉、无毒环保，在灌浆工程中得到了广泛应用。然而，目前水泥基速凝剂的研究主要集中在材料改性、灌浆技术和灌浆效果上。基础研究相对滞后，速凝剂灌浆施工缺乏科学指导。注聚压力、扩散半径、注浆量等关键参数一般由工程经验确定。关于水泥基速凝液粘度随时间变化的研究报道很少。水泥水玻璃浆液和聚合物改性水泥蔬菜液的粘度变化很大，从拌料到最终凝固通常需要几十秒到几十分钟。因此，在建立水泥基速凝泥浆注入理论和数值计算时，必须考虑注入材料粘度的时变特性，研究注入材料粘度的时变特性具有重要意义。本节通过室内试验对水泥水玻璃和聚合物改性水泥浆的粘度时变特性进行了测量和分析，对快速凝固水泥浆在动态注水处理中的理论分析、数值模拟和工程应用具有一定的参考价值。
……

第七章结论和前景

本文的主要研究内容是水泥浆的注聚特性及其工程应用。水泥浆有大量的灌浆研究。因此，水泥浆研究只有两个方面，即水泥浆颗粒的表面渗透现象和介质内部的深层渗透现象。进行了相应的渗透试验，重点研究了注聚过程中渗透压力和叶轮流量的空分布及其随时间的变化，分析了深层渗透效应对灌浆效果的影响。研制了三维注射模型试验台，进行了水泥奖励液砂体注浆渗透试验。监测系统对灌浆过程中的渗透压力和土压力进行监测，得到两个参数随时间的变化情况。注入完成后，通过去除模型填料，获得浆液在砂层中的注浆扩散。对不同位置的注浆岩体进行了取心和抗压强度测试，得出了抗压强度在水平面上的分布规律。最后，通过室内试验并结合相关文献，从粘度、抗压强度、扩散性能和施工可控性等方面研究了水泥填充液、水泥基速凝填充液和化学填充液的填充性能，总结了不同填充材料的适用性。结合重庆中梁山隧道涌水治理工程，分析了充填液的优化和充填架的控制。
……

参考文献(省略)