粉細砂土地層注漿加固模型試驗研究

李夢茹

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

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? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：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散的規(guī)律。楊米加[4]等通過大量的模擬實驗，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[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際情況。

1? 注漿試驗設(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)合實際情況，自行設(shè)計了一套模擬注漿試驗裝置，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)存實驗裝置無法利用的情況下，本文設(shè)計了粉細砂室內(nèi)注漿模型試驗系統(tǒng)，實驗裝置由注漿系統(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。

應用此試驗裝置，采用正交試驗設(shè)計，以超細水泥為主要注漿材料，以焦作市城鄉(xiāng)一體化示范區(qū)沙河沿岸粉細砂為受注介質(zhì)，對滲透注漿進行研究。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砂地層中的注漿效果，采用代表性較強的五組試驗方案，利用少數(shù)篩選的試驗方案，通過對試驗數(shù)據(jù)進行科學地分析統(tǒng)計，可以得出比較符合實際的試驗結(jié)果。

2? 結(jié)果與分析

2.1 試驗1漿液滲透特性

從試驗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1的條件為K0狀態(tài)下，是作為空白試驗組與后面的試驗結(jié)果進行對比，得出圍壓的存在與大小對于漿液擴散形式的影響。

2.2 試驗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2的試驗條件為低圍壓狀態(tài)。試驗二得出的P-Q-T曲線較試驗一具有一定的規(guī)律，具有明顯的波峰與注漿特點。從整個注漿試驗來看，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，漿液幾乎沒有進入試驗介質(zhì)，第三次注漿效果較差。

第三組試驗是在高圍壓狀態(tài)下的注漿實驗。從曲線圖中可以直觀的看出，注漿流量在42s達到流量的第一個波峰，此時漿液已經(jīng)充滿整個注漿管道;當注漿流量達到波谷時，此時壓力到達最大值，在現(xiàn)場注漿時漿液即將達到突破砂層的臨界值，當漿液持續(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。

3? 結(jié)論

①試驗模型能夠提供穩(wěn)定的圍壓，可以近似地模擬地層的真實條件，注漿試驗在有圍壓的條件下，注漿流量壓力有著較為明顯的規(guī)律;②在注漿材料、試驗介質(zhì)相同的條件下，對箱體施加的圍壓越大，漿液的擴散半徑也就越小，相應的注漿壓力也就會越大;③在注漿材料、試驗介質(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，漿液的擴散半徑也會大大減小。

參考文獻：

[1]戰(zhàn)玉寶，宋曉輝，陳明輝.巖土注漿理論研究進展[J].路基工程，2010（02）：20-22.

[2]P Y Q Z. Properties of concrete with a new type of saponinair-entraining agent[J].2016（07）：28-29.

[3]張偉杰，李術(shù)才，魏久傳，等.三維注漿模型試驗系統(tǒng)研制及應用[J].巖土力學，2016（03）：902-911.

[4]楊米加.隨機裂隙巖體注漿滲流機理及其加固后穩(wěn)定性分析[J].巖石力學與工程學報，2000（04）：416.

[5]張家柱.袖閥管注漿法在雜填土地基防滲加固中的應用[J]. 人民黃河，2013（11）：3-5.

[6]李旺雷，程鵬達.壓密式注漿在地基防滲堵漏中的應用[C].地下空間工程防水與滲漏治理技術(shù)研討會，中國新疆烏魯木齊，2012.

[7]Li F， Jin H， Hu D， et al. Influence of temperature and roughness of surrounding rocks on mechanical behavior of rock bolts[J]. SOIL DYNAMICS AND EARTHQUAKE ENGINEERING， 2017，103：55-63.

[8]戚厚羿.巖溶管道涌水注漿封堵機理研究及配套注漿裝備研發(fā)[D].山東大學，2017.