注浆浆液扩散规律及其对盾构隧道抬升作用研究

发布时间：2022-07-22 15:22

　　运营期间的盾构隧道在长期荷载作用下可能产生不均匀沉降,通过向地层注浆是恢复盾构隧道沉降的有效措施之一。然而注浆抬升理论远远滞后于工程实践,这使注浆抬升技术的应用与发展受到了一定的限制。因此,本文利用理论研究、室内模型试验和数值模拟等手段开展了水泥浆液扩散和盾构隧道注浆抬升方面的研究。主要研究内容和成果如下:（1）基于球形扩散理论,建立了考虑自重作用时幂律型、宾汉型、牛顿型浆液的渗透扩散理论公式,并且探讨了注浆压力的分布规律。（2）通过开展流变试验,分析了水灰比对水泥浆液流变性能的影响,并且分别建立了水泥浆液屈服应力、粘度与水灰比之间的关系式,可用于各水灰比（0.6~2.0）水泥浆液屈服应力和粘度的预测。基于筛分试验、渗透试验以及GDS三轴试验,获得了砂土的相关物理力学指标,从而为盾构隧道注浆抬升数值模拟分析奠定基础。（3）自主研发了一套注浆模型试验系统,并开展了水泥浆液注浆扩散模型试验,重点分析了注浆方向、水灰比、注浆压力等因素对注浆量和结石体尺寸的影响规律。基于考虑自重作用的宾汉姆型浆液的渗透扩散模型,建立了结石体平均尺寸预测模型,并且与试验结果进行验证分析。发现结石体平均尺寸理论值... 

【文章页数】：124 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 注浆材料及其性能研究
        1.2.2 浆液渗透扩散机制研究现状
        1.2.3 注浆抬升理论研究现状
        1.2.4 注浆室内模型试验研究现状
        1.2.5 注浆数值模拟研究现状
    1.3 目前研究工作的不足
    1.4 本文研究内容及技术路线
        1.4.1 主要研究内容
        1.4.2 技术路线
        1.4.3 创新点
第2章 砂层注浆浆液扩散理论研究
    2.1 引言
    2.2 砂层浆液扩散理论基础
        2.2.1 渗流定律
        2.2.2 浆液流变特性
        2.2.3 注浆可注性理论
    2.3 浆液扩散的经典模型
        2.3.1 牛顿型浆液的扩散
        2.3.2 宾汉姆型浆液的扩散
        2.3.3 幂律型浆液的扩散
    2.4 考虑自重作用的浆液扩散模型
        2.4.1 考虑自重作用的幂律型浆液渗透扩散模型
        2.4.2 考虑自重作用的宾汉姆型浆液渗透扩散模型
        2.4.3 考虑自重作用的牛顿型浆液渗透扩散模型
    2.5 本章小结
第3章 注浆浆液及土体特性研究
    3.1 引言
    3.2 浆液性能评价指标
        3.2.1 稳定性
        3.2.2 渗透性
        3.2.3 凝胶凝结时间
        3.2.4 结石率
        3.2.5 强度
    3.3 水泥浆液流变性能研究
        3.3.1 试验材料及仪器
        3.3.2 试验方案
        3.3.3 试验步骤
        3.3.4 试验结果分析
    3.4 砂土物理力学特性研究
        3.4.1 颗粒级配分析
        3.4.2 渗透测试
        3.4.3 GDS三轴试验
    3.5 本章小结
第4章 砂层水泥浆液扩散模型试验研究
    4.1 引言
    4.2 模型试验系统研发
        4.2.1 研制思路
        4.2.2 试验系统概况
        4.2.3 试验系统特点
    4.3 注浆试验方案及试验步骤
        4.3.1 试验方案设计经典方法
        4.3.2 全面试验设计法
        4.3.3 基于全面试验设计法的注浆试验方案
        4.3.4 试验材料及相关参数
        4.3.5 试验步骤
    4.4 水平注浆试验结果及分析
        4.4.1 注浆试验结果
        4.4.2 注浆量分析
        4.4.3 结石体尺寸分析
    4.5 竖向注浆试验结果及分析
        4.5.1 注浆试验结果
        4.5.2 注浆量分析
        4.5.3 结石体尺寸分析
    4.6 结石体平均尺寸预测模型与验证分析
        4.6.1 预测模型
        4.6.2 验证分析
    4.7 结石体水泥颗粒含量分布
        4.7.1 测点选择
        4.7.2 试验方法
        4.7.3 试验结果及分析
    4.8 本章小结
第5章 盾构隧道注浆抬升模型试验及数值模拟研究
    5.1 引言
    5.2 试验方法
        5.2.1 试验装置
        5.2.2 试验方案
        5.2.3 测点布置
    5.3 注浆抬升结果及分析
        5.3.1 各工况下的注浆抬升结果
        5.3.2 隧道位移变化规律
        5.3.3 地表位移变化规律
    5.4 注浆抬升数值模拟
        5.4.1 软件简介
        5.4.2 模型参数
        5.4.3 建模方法及过程
        5.4.4 模拟结果分析
    5.5 本章小结
第6章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间的研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]多种注浆材料耐久性能对比试验研究[J]. 夏军武,张龙,杨远征,郁林利.  华中科技大学学报(自然科学版). 2018(11)
[2]高温下水泥基注材料性能试验研究[J]. 史志杰,范利丹,宋妍,余永强,李开放.  地下空间与工程学报. 2018(04)
[3]砂土层注浆引起地表隆起机制分析及试验研究[J]. 张世杰,刘人太,李术才,张连震,姜鹏.  地下空间与工程学报. 2018(04)
[4]补偿注浆对隧道变形控制试验研究与数值分析[J]. 白如冰,郑刚,刁钰,杜一鸣,程雪松.  中国港湾建设. 2018(03)
[5]异形盾构同步注浆扩散模式的SPH数值模拟及大型模型试验验证[J]. 李培楠.  中国市政工程. 2017(03)
[6]考虑浆液扩散路径的多孔介质渗透注浆机理研究[J]. 张庆松,王洪波,刘人太,李术才,张乐文,朱光轩,张连震.  岩土工程学报. 2018(05)
[7]砂土介质后注浆原理室内模拟试验研究[J]. 杨伟军,周洁,陈维超.  福建建材. 2017(04)
[8]注浆处治盾构下穿建筑物渗水沉降的效果分析[J]. 郑刚,张晓双.  现代隧道技术. 2017(02)
[9]盾构隧道注浆抬升效率数值与试验分析[J]. 王玉秋.  建筑技术开发. 2016(11)
[10]考虑浆液黏度时空变化的速凝浆液渗透注浆扩散机制研究[J]. 张连震,张庆松,刘人太,李术才,王洪波,李卫,张世杰,朱光轩.  岩土力学. 2017(02)

博士论文
[1]地下工程注浆抬升机理及效果研究[D]. 张晓双.天津大学 2016
[2]砂性地层渗透注浆试验及工程应用研究[D]. 李慎刚.东北大学 2010
[3]静动力作用下浆液扩散理论与试验研究[D]. 杨秀竹.中南大学 2005
[4]砂卵（砾）石层模拟注浆试验及渗透注浆机理研究[D]. 杨坪.中南大学 2005

硕士论文
[1]注浆抬升的数值模拟及抬升规律研究[D]. 董葳.北京交通大学 2014
[2]渗流条件下砂砾石层浆液扩散规律及其可视化模型试验研究[D]. 王丽影.河北工程大学 2013
[3]砂土地层隧道小导管注浆模型试验研究[D]. 倪伟伟.郑州大学 2009
[4]水泥浆液在小粒径砂石体中注浆理论及模拟实验研究[D]. 杨志全.昆明理工大学 2008
[5]压密注浆作用机理与顶升效应关系的研究[D]. 冯旭海.煤炭科学研究总院 2003



本文编号：3664857