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《西安建筑科技大学》 2018年
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采用水玻璃及水泥浆单液的黄土注浆加固问题研究

张松林  
【摘要】:在黄土工程沉陷病害治理、既有建筑地基加固等工程项目中,注浆方法应用广泛。出于经济性考虑,黄土工程注浆浆液基本上采用水泥浆或水玻璃浆液,对其注浆效果已有较多试验研究,验证了水泥浆或水玻璃浆液加固黄土的有效性。但针对黄土注浆的机理性研究尚缺乏,注浆工程设计疑难问题较多。针对此本文开展了有关研究工作,基于现场试验和理论分析,以重塑黄土和原状黄土为介质,以水玻璃和水泥浆两种单液为注浆材料,探究注浆压力与浆液扩散半径、注浆总量、有效注浆时间的关系及各个压力下注浆量随时间的变化规律,对水玻璃和水泥浆两种浆液的扩散机理进行理论分析。具体研究成果如下:1.配置并完善了一套现场注浆设备,解决了浅层黄土注浆封孔问题,设计记录质量的实时流量监测设备,配置相应的管材设备,具备工程实用价值;考虑注浆加固特点,提出有效注浆时间、单位体积土体含浆量的概念,便于描述水泥和水玻璃浆液注浆能力。2.基于现场注浆试验,分析了水玻璃与水泥浆两种浆液形成的结石体的差异。观察到水泥浆液在重塑和原状黄土中以劈裂的形式进行扩散,随着压力增加到一定程度,两种土体中都会出现大裂缝从而使注浆半径增加;水玻璃浆液在两种土体中主要以渗透的形式进行扩散,当压力增加到一定程度,在两种土体中均出现细小劈裂裂缝,但以渗透注浆为主。分析了浆液扩散半径、注浆总量、有效注浆时间与注浆压力的关系及各个压力下注浆量随时间的变化规律。3.大孔隙土体(含粗粒土)中水泥浆液多以渗透形式扩散。以大孔隙土体为注浆介质,考虑多孔介质的渗滤效应,在稳态平面平行流理论基础上,考虑水泥浆液在压力作用下对孔隙中水及空气的活塞驱替效应,建立了水泥浆液扩散的物理模型,以此推导了等压注浆条件下水泥浆液锋面的扩散速度、注浆量、扩散距离与时间的关系。4.黄土中水泥浆液多以劈裂形式扩散。基于现场试验结果建立了考虑水泥浆液中自由水向土体入渗的劈裂扩散模型。土体中拉应力超过土体抗拉强度时即发生裂缝扩展,结合泊肃叶层流方程、平面应变的弹性方程及裂缝尖端的应力边界条件,考虑水泥浆中自由水的入渗效应,得出了线状主裂缝的扩展方程;注入主裂缝的水泥浆液压缩影响范围内的土体,改变了黄土弹性模量,推导了模量变化与黄土体积压缩量的关系,并应用主裂缝的计算方法推导了次裂缝的扩展方程。对比分析黄土中水泥浆的劈裂扩散模型与现场试验结果,初步验证了模型的合理性。5.黄土中水玻璃浆液以渗透形式扩散。基于现场试验结果在稳态渗流理论基础上,考虑水玻璃浆液在压力作用对孔隙水及空气的活塞驱替效应,建立了水玻璃扩散的物理模型,以此推导了水玻璃浆液在黄土中扩散时各注浆变量的关系式;在上述稳态注浆模型的基础上,考虑实际注浆过程的非稳态性,进一步推导了水玻璃浆液在黄土中的非稳态二维注浆模型。对比分析黄土中水玻璃的渗透扩散模型与现场试验结果,初步验证了模型的合理性。
【学位授予单位】:西安建筑科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TU753.8

【参考文献】
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