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富水断裂带优势劈裂注浆机制及注浆控制方法研究 被引量：142
1
作者 李术才 张伟杰 +5 位作者 张庆松 张霄 刘人太 潘光明 李志鹏 车宗原 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第3期744-752,共9页
注浆是处治隧道塌方、突水突泥等地质灾害的有效手段,但对于岩体结构多样、结构面发育的富水断裂带,注浆理论及控制技术尚不成熟。基于富水断裂带内部岩体结构,建立了注浆概念模型,提出了优势劈裂注浆概念。基于广义宾汉流体本构方程,... 注浆是处治隧道塌方、突水突泥等地质灾害的有效手段,但对于岩体结构多样、结构面发育的富水断裂带,注浆理论及控制技术尚不成熟。基于富水断裂带内部岩体结构,建立了注浆概念模型,提出了优势劈裂注浆概念。基于广义宾汉流体本构方程,建立单一平板优势劈裂注浆扩散模型,推导了考虑浆液流变特征的优势劈裂注浆扩散控制方程。由方程可知,注浆速率、注浆压力及浆液黏度是影响注浆扩散的3个主控因素。深入分析了优势劈裂注浆过程中3个主控因素对注浆扩散的影响规律,基于此提出优势劈裂注浆控制方法,形成了注浆压力差异控制、控制液动态调节及注浆速率梯度控制3项关键技术,促使浆液在优势结构面内控制性扩散。研究成果成功应用于江西省某隧道断裂带塌方处治工程中,取得良好治理效果,对隧道断裂带地质灾害控制理论研究和工程实践具有一定指导意义。 展开更多
关键词 富水断裂带 广义宾汉体浆液 优势劈裂注浆机制 注浆控制方法
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富水破碎岩体帷幕注浆模型试验研究 被引量：43
2
作者 张伟杰 李术才 +3 位作者 魏久传 张庆松 张霄 谢道雷 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第9期1627-1634,共8页
利用自主研制的三维注浆模型试验系统,开展富水破碎岩体多孔分序帷幕注浆试验,获得注浆扰动下岩体多物理场演化规律:1被注岩体总压力及孔隙水压力变化强烈,历经急剧增长—峰值波动—渐进衰减—趋于稳定的变化阶段;2破碎岩体内部,浆液在... 利用自主研制的三维注浆模型试验系统,开展富水破碎岩体多孔分序帷幕注浆试验,获得注浆扰动下岩体多物理场演化规律:1被注岩体总压力及孔隙水压力变化强烈,历经急剧增长—峰值波动—渐进衰减—趋于稳定的变化阶段;2破碎岩体内部,浆液在隧洞拱顶和拱底位置发生优势劈裂扩散,同时引起洞周收敛位移;3注浆作用下破碎岩体压缩释水导致渗透性能显著降低,表现为分序注浆试验中超孔隙水压力激发程度逐次大幅提高。帷幕注浆试验结束后,揭露、分析了加固体内部特征,研究破碎岩体加固范围非均匀变化规律,归纳总结松散破碎岩体及泥质软弱岩体对应的渗透–劈裂型及微劈裂型两类注浆加固模式,揭示了劈裂浆脉形成的多重注浆叠加机制。基于以上研究工作,利用扫描电子显微镜(SEM)分析固结岩体微观特征,研究表明浆脉–黏土界面具有三维结构,可划分为渗透型和微劈裂型两种类型,网络状微型浆脉的锚固作用增大了界面粗糙度和强度;界面靠近黏土一侧发育损伤裂纹,推测为固结岩体物理力学条件突变位置,为加固岩体潜在破坏环节。研究成果补充和完善了室内注浆模拟试验方法,探索了多孔分序帷幕注浆试验中浆液扩散规律及注浆加固机理,为类似地质环境下岩体注浆提供了理论支撑与技术指导。 展开更多
关键词 富水破碎岩体 帷幕注浆试验 物理场特征 浆脉–黏土界面
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破碎围岩注浆加固体开挖稳定性及水压超载试验研究 被引量：10
3
作者 张伟杰 李术才 +3 位作者 魏久传 张庆松 张霄 李鹏 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第6期2083-2090,共8页
利用三维注浆模型试验系统,开展帷幕注浆加固体开挖稳定性试验,研究位移、总压力及孔隙水压力时空演化规律。研究结果表明:加固体内部位移、土压力及孔隙水压力随开挖步序推进,经历缓慢增长—急剧增加—逐渐稳定3个阶段;开挖对注浆加固... 利用三维注浆模型试验系统,开展帷幕注浆加固体开挖稳定性试验,研究位移、总压力及孔隙水压力时空演化规律。研究结果表明:加固体内部位移、土压力及孔隙水压力随开挖步序推进,经历缓慢增长—急剧增加—逐渐稳定3个阶段;开挖对注浆加固体影响范围约3倍洞径,且拱顶位置扰动最大。6级水压超载试验过程中,隧洞拱顶持续沉降,注浆加固体渐进破坏;超载水头压力与初始水头比值h/h0<3时,涌水速率qw呈线性增大;h/h0≥3后,qw非线性急剧增长;涌出物(水、泥沙)形式经历渗水—滴水—股状涌水—溃水—涌泥的发展阶段;总压力和孔隙水压力均呈现快速增大-稳定-再增大特征,并于破坏时刻附近突跳,且孔隙水压力响应灵敏度更高。注浆加固体渗透性测试试验表明,注浆后泥质软弱区(SCZ)渗透系数k减小3个数量级,破碎区(FZ)k减小2个数量级。基于注浆薄弱区短板效应的认识,提出加固安全度K作为注浆综合效能评判指标,破碎岩体加固后综合性能提高10.3倍。 展开更多
关键词 开挖稳定性 水压超载试验 物理场演化特征 渗透性 加固安全度
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磷酸盐缓凝剂对水泥基速凝类浆液影响机制的研究与应用 被引量：6
4
作者 赵鹏 张庆松 +2 位作者 郑东柱 朱明听 李鹏 《硅酸盐通报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第4期989-994,共6页
水泥基速凝类浆液是目前广泛应用的注浆材料,开展关于外加剂对于水泥基速凝类浆液影响机制的研究具有重要意义。针对水泥基速凝类浆液中的水泥-水玻璃浆液,开展室内试验分析与研究磷酸盐缓凝剂对浆液黏度时变特性的影响机制。试验结果... 水泥基速凝类浆液是目前广泛应用的注浆材料,开展关于外加剂对于水泥基速凝类浆液影响机制的研究具有重要意义。针对水泥基速凝类浆液中的水泥-水玻璃浆液,开展室内试验分析与研究磷酸盐缓凝剂对浆液黏度时变特性的影响机制。试验结果表明水泥-水玻璃浆液凝胶过程分为3个阶段,并分析发现添加磷酸盐缓凝剂后水泥-水玻璃浆液初凝期持续时间显著增加,在该时期浆液呈固液混合的糊状,浆液黏度稳定于40 Pa·s以下。初凝期持续时间主要受浆液混合体积比影响。将研究结论应用于指导注浆处治工程实践,效果良好,为相关注浆工程提供了一定的借鉴作用。 展开更多
关键词 注浆工程 水泥-水玻璃浆液 缓凝剂 黏度时变性
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高地应力-化学侵蚀耦合作用下炭质板岩蠕变试验及非线性蠕变损伤模型 被引量：1
5
作者 陈秋南 贺泳超 +2 位作者 陈湘生 谢云鹏 黄小城 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期789-798,共10页
为克服高程障碍并降低施工风险,可采用长大隧道穿越崇山峻岭,但这些隧道往往处于深埋高地应力环境,并受到化学侵蚀影响。为了解决此问题,以丽江—香格里拉炭质板岩大变形隧道为研究对象,采用室内试验和理论推导,研究深埋炭质板岩隧道受... 为克服高程障碍并降低施工风险,可采用长大隧道穿越崇山峻岭,但这些隧道往往处于深埋高地应力环境,并受到化学侵蚀影响。为了解决此问题,以丽江—香格里拉炭质板岩大变形隧道为研究对象,采用室内试验和理论推导,研究深埋炭质板岩隧道受化学侵蚀作用下的围岩变形特性。在Poyting-Thomson体蠕变体的基础上,根据模型元件的力学特性,叠加了损伤元件、化学损伤元件和非线性元件,提出高地应力-化学侵蚀耦合作用下炭质板岩非线性蠕变损伤本构关系。研究结果表明:1)炭质板岩试样受化学侵蚀影响显著,侵蚀90 d试样所产生的轴向蠕变应变为侵蚀0 d试样的2.02倍,侵蚀60 d试样所产生的径向蠕变为侵蚀0 d试样的1.85倍;2)受侵蚀的炭质板岩试样在三轴压缩状态下破裂以斜向贯通裂隙为主,并产生一定的滑移错动裂隙,且沿轴线的拉伸劈裂破坏受围压作用抑制明显,未产生竖向贯通裂隙。 展开更多
关键词 炭质板岩隧道 高地应力 化学侵蚀 耦合作用 蠕变试验 非线性蠕变损伤本构模型
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流-固耦合模型试验用的新型相似材料研制及应用 被引量：29
6
作者 王凯 李术才 +4 位作者 张庆松 张霄 李利平 张乾青 刘聪 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第9期2521-2533,共13页
为研究隧道突水、突泥过程中断层及围岩各物理场变化规律,根据地质力学模型试验相似原理,通过大量多组别配比试验,研制出适用于流-固耦合模型试验的新型断层及围岩相似材料。其中,断层相似材料以砂为粗骨料,滑石粉为细骨料,石膏、膨润... 为研究隧道突水、突泥过程中断层及围岩各物理场变化规律,根据地质力学模型试验相似原理,通过大量多组别配比试验,研制出适用于流-固耦合模型试验的新型断层及围岩相似材料。其中,断层相似材料以砂为粗骨料,滑石粉为细骨料,石膏、膨润土作为胶结剂,液态石蜡作为调节剂;围岩相似材料以砂为粗骨料,重晶石粉、滑石粉为细骨料,白水泥及乳胶作为胶结剂。通过大量室内试验,对比分析原岩及相似材料变形特征及强度破坏特性,重点对单轴抗压强度、渗透系数、重度、泊松比、弹性模量等重要变形及水理特性参量进行调控,系统研究不同配比对材料参数的影响规律。试验结果表明:该材料力学参数变化范围广、性能稳定、操作工艺简单,可用来模拟不同渗透系数的低、中等强度岩体材料。将该相似材料应用于吉莲高速公路永莲隧道断层突水、突泥三维地质力学模型试验中,力学性能及水理特性均达到试验要求,能够有效地模拟突水、突泥的发展演变过程,真实反映断层灾变过程中各物理场响应规律。 展开更多
关键词 地质力学模型试验 流-固耦合 相似材料 胶结剂 岩石力学
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三维注浆模型试验系统研制及应用 被引量：21
7
作者 张伟杰 李术才 +4 位作者 魏久传 张庆松 张霄 李志鹏 谢道雷 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第3期902-911,共10页
为研究注浆扩散规律和加固机制,研制了三维注浆模型试验系统,该系统由承载试验台、伺服稳压供水单元、注浆单元、多元信息监测单元及图像采集单元组成。该系统主要功能包括不同岩体介质中参数灵活可调的多孔注浆、多序次注浆模拟试验及... 为研究注浆扩散规律和加固机制,研制了三维注浆模型试验系统,该系统由承载试验台、伺服稳压供水单元、注浆单元、多元信息监测单元及图像采集单元组成。该系统主要功能包括不同岩体介质中参数灵活可调的多孔注浆、多序次注浆模拟试验及被注岩体内部物理场信息实时采集,其主要优势体现在:(1)试验腔设计为组合桶式结构,密封性强,拆卸方便,利于注浆加固体细部研究;(2)多腔气动联合控制水压加载方式可提供持续稳压的地下水环境;(3)多元信息并行实时监测系统可同时采集被注岩体内不同空间位置的总压力、孔隙水压力及位移等信息,实现注浆过程中物理参量时空变化规律的研究。利用该试验系统进行黏土介质单孔注浆和多孔分序次注浆模拟试验,获得注浆压力p变化特征及土体内部力学响应规律:p-t曲线呈多个波峰-波谷旋回,表征劈裂注浆为主的加固模式;注浆荷载作用下,总压力、孔隙水压力、有效应力与注浆压力基本同步变化,注浆结束点达到峰值,其后开始衰减并逐渐趋于稳定;与单孔注浆相比,多孔、多序次注浆可显著提高土体有效应力,黏土逐渐压缩固结,力学性质改善。试验表明,黏土介质以劈裂注浆为主,不同序次浆脉间接触关系复杂,可划分为剪切劈裂、原位顺层劈裂及入侵劈裂3种基本模式;采用多孔、小注浆速率试验方法,可减小围岩扰动,增大注浆量及土体压缩固结程度,提高注浆加固效果。研究成果对揭示黏土介质注浆机制具有一定的科学价值。 展开更多
关键词 三维注浆模型试验系统 黏土介质 单孔注浆试验 多孔注浆试验 实时监测
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