岩溶管道型突涌水封堵材料研发及其应用研究
发布时间：2023-11-23 21:09
随着我国国民经济的迅速发展,资源开发与交通基础设施建设的步伐持续加快,在矿山、水利水电、公路、铁路等工程领域,地下工程建设项目日益增多。地下工程建设过程中,持续抽排地下水也造成地表塌陷、农田破坏、水源枯竭等次生灾害。在地下隧洞开挖中,若遭遇地下水丰富地区时,尤其在岩溶地区,往往开挖受阻,甚至造成工程失败、人员伤亡。岩溶区突发性水害的控制已成为制约地下工程安全建设的关键问题。本文针对岩溶管道型突涌水封堵材料及技术难题,紧密结合工程实践,研发了一种适用于岩溶管道型突涌水封堵的超高膨胀型高分子注浆材料(WIS-1),该材料具有膨胀倍率高达300倍以上,环保无毒等优势。深入研究了新型注浆材料在静水下膨胀参数变化和动水条件下的运移膨胀规律,系统分析了超高膨胀材料涌水封堵机理,并进行了工程应用研究,取得了一系列原创性研究成果。(1)依据高聚物结构与性能间的关系,从高聚物的组成、分子结构、物理结构等几方面入手,研发出了膨胀倍率高达300倍以上,适用于岩溶管道型涌水封堵的新型膨胀注浆材料WIS-1。(2)设计并搭建了可视化岩溶管道型突涌水模拟装置及超大岩溶管道型突涌水模拟装置。验证了 WIS-1材料优...
【文章页数】：113 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 选题的背景及意义
1.1.1 研究背景
1.1.2 研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 岩溶环境的构成特点、类型及水文系统
1.2.2 注浆材料研究现状
1.2.2.1 普通注浆材料研究现状
1.2.2.2 岩溶地区注浆材料研究现状
1.2.3 动水注浆方法发展现状
1.3 材料研发迫切性及现存问题
1.4 研究内容、技术路线、创新点
1.4.1 研究内容
1.4.2 研究技术路线
1.4.3 创新点
第二章 材料性能分析及研发设计
2.1 材料性能需求分析
2.1.1 材料超高膨胀倍率设计
2.1.2 材料膨胀速率可控设计
2.1.3 新型注浆材料研发的预期目标
2.2 高聚物灌浆材料分子结构设计
2.3 材料研发
2.3.1 注浆材料基体组成
2.3.2 高分子聚合物颗粒合成方法
2.3.3 携带液优选
2.3.4 技术路线
2.4 本章小结
第三章 新型膨胀材料合成及微宏观表征分析
3.1 材料合成方法
3.1.1 试剂与仪器
3.1.2 实验步骤
3.2 材料性能技术指标
3.2.1 微观表征方法
3.2.1.1 热重测试
3.2.1.2 红外光谱测试
3.2.1.3 扫描电镜测试
3.2.2 宏观测试方法
3.2.2.1 膨胀倍率性能测试
3.2.2.2 膨胀速率性能测试
3.2.2.3 体积安定性能测试
3.2.2.4 反复膨胀性能测试
3.2.2.5 环保性测试
3.3 实验结果
3.3.1 微观表征分析
3.3.1.1 热重分析
3.3.1.2 红外光谱分析
3.3.1.3 扫描电镜分析
3.3.2 宏观测试分析
3.3.2.1 膨胀倍率优势分析
3.3.2.2 膨胀速率优势分析
3.3.2.3 体积安定性能分析
3.3.2.4 反复膨胀优势分析
3.3.2.5 环保性分析
3.4 本章小结
第四章 模型试验与堵水机理研究
4.1 可视化岩溶管道型突涌水模拟装置
4.1.1 模型试验装置简介
4.1.1.1 模型试验意义与目的
4.1.1.2 水源供给系统
4.1.1.3 浆液注入系统
4.1.1.4 可视化管道模拟系统
4.1.1.5 实时信息采集系统
4.1.1.6 承压能力测试系统
4.1.2 实验步骤及结果分析
4.1.2.1 岩溶管道型突涌水封堵实验步骤
4.1.2.2 涌水封堵实验结果分析
4.1.2.3 承压测试实验结果分析
4.2 工程尺度突涌水模拟装置
4.2.1 模型试验装置简介
4.2.1.1 供水系统
4.2.1.2 注浆系统
4.2.1.3 岩溶模拟系统
4.2.1.4 监测系统及蓄浆系统
4.2.2 实验步骤及结果分析
4.2.2.1 模拟装置实验步骤
4.2.2.2 模拟装置实验结果
4.3 本章小结
第五章 工程应用与现场试验
5.1 广西平南华润水泥厂露头矿坑水文地质
5.1.1 矿区气候及水系分布
5.1.2 矿区水文地质
5.2 现场注浆方案设计
5.2.1 治理难度分析
5.2.2 注浆钻孔设计
5.2.3 注浆参数选取
5.3 注浆过程及效果评价
5.3.1 WIS-1注浆材料注浆过程
5.3.2 现场试验结果及分析
5.3.2.1 现场试验结果
5.3.2.2 现场试验结果分析
5.4 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 主要结论
6.2 展望及后续研究
参考文献
致谢
研究生期间已授权或公开的专利
研究生期间录用或在审的论文
研究生期间获得的荣誉称号及奖励
攻读学位期间参与的项目情况
学位论文评阅及答辩情况表
本文编号：3866217
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【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 选题的背景及意义
1.1.1 研究背景
1.1.2 研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 岩溶环境的构成特点、类型及水文系统
1.2.2 注浆材料研究现状
1.2.2.1 普通注浆材料研究现状
1.2.2.2 岩溶地区注浆材料研究现状
1.2.3 动水注浆方法发展现状
1.3 材料研发迫切性及现存问题
1.4 研究内容、技术路线、创新点
1.4.1 研究内容
1.4.2 研究技术路线
1.4.3 创新点
第二章 材料性能分析及研发设计
2.1 材料性能需求分析
2.1.1 材料超高膨胀倍率设计
2.1.2 材料膨胀速率可控设计
2.1.3 新型注浆材料研发的预期目标
2.2 高聚物灌浆材料分子结构设计
2.3 材料研发
2.3.1 注浆材料基体组成
2.3.2 高分子聚合物颗粒合成方法
2.3.3 携带液优选
2.3.4 技术路线
2.4 本章小结
第三章 新型膨胀材料合成及微宏观表征分析
3.1 材料合成方法
3.1.1 试剂与仪器
3.1.2 实验步骤
3.2 材料性能技术指标
3.2.1 微观表征方法
3.2.1.1 热重测试
3.2.1.2 红外光谱测试
3.2.1.3 扫描电镜测试
3.2.2 宏观测试方法
3.2.2.1 膨胀倍率性能测试
3.2.2.2 膨胀速率性能测试
3.2.2.3 体积安定性能测试
3.2.2.4 反复膨胀性能测试
3.2.2.5 环保性测试
3.3 实验结果
3.3.1 微观表征分析
3.3.1.1 热重分析
3.3.1.2 红外光谱分析
3.3.1.3 扫描电镜分析
3.3.2 宏观测试分析
3.3.2.1 膨胀倍率优势分析
3.3.2.2 膨胀速率优势分析
3.3.2.3 体积安定性能分析
3.3.2.4 反复膨胀优势分析
3.3.2.5 环保性分析
3.4 本章小结
第四章 模型试验与堵水机理研究
4.1 可视化岩溶管道型突涌水模拟装置
4.1.1 模型试验装置简介
4.1.1.1 模型试验意义与目的
4.1.1.2 水源供给系统
4.1.1.3 浆液注入系统
4.1.1.4 可视化管道模拟系统
4.1.1.5 实时信息采集系统
4.1.1.6 承压能力测试系统
4.1.2 实验步骤及结果分析
4.1.2.1 岩溶管道型突涌水封堵实验步骤
4.1.2.2 涌水封堵实验结果分析
4.1.2.3 承压测试实验结果分析
4.2 工程尺度突涌水模拟装置
4.2.1 模型试验装置简介
4.2.1.1 供水系统
4.2.1.2 注浆系统
4.2.1.3 岩溶模拟系统
4.2.1.4 监测系统及蓄浆系统
4.2.2 实验步骤及结果分析
4.2.2.1 模拟装置实验步骤
4.2.2.2 模拟装置实验结果
4.3 本章小结
第五章 工程应用与现场试验
5.1 广西平南华润水泥厂露头矿坑水文地质
5.1.1 矿区气候及水系分布
5.1.2 矿区水文地质
5.2 现场注浆方案设计
5.2.1 治理难度分析
5.2.2 注浆钻孔设计
5.2.3 注浆参数选取
5.3 注浆过程及效果评价
5.3.1 WIS-1注浆材料注浆过程
5.3.2 现场试验结果及分析
5.3.2.1 现场试验结果
5.3.2.2 现场试验结果分析
5.4 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 主要结论
6.2 展望及后续研究
参考文献
致谢
研究生期间已授权或公开的专利
研究生期间录用或在审的论文
研究生期间获得的荣誉称号及奖励
攻读学位期间参与的项目情况
学位论文评阅及答辩情况表
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