注浆加固原理.doc
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1、3 注浆作用机理 注浆理论根底3.1.1 浆液的可注性 根据尺寸效应定理,进展渗透注浆的前提是满足浆材对空隙的尺寸效应,即假定粒状浆材的颗粒尺寸为 d,地层的空隙尺寸为 Dp ,那么浆液渗入空隙的前提 条件为DR =p 1Ed式中: RE 净空比。一种迄今流行的理论认为,当净空比 RE 3 时,用下式作为渗入性注浆设计 注浆材料的根底。DR =p 3Ed3.1.2 砂砾石注浆目前尚无有效方法可以测出 Dp 值,需采用数学方法加以估算,有效孔隙比 的计算公式如下:De =pED式中: eE 砂砾石的有效孔隙比;D 砂砾石的颗粒直径。 由于河床砂砾石一般都受过比拟充分的摩擦。试验证明,河床砂砾由于
2、颗粒大小混合而堆积得比拟严密,其有效孔隙比多变化在 0.215 之间,计算时 取平均值 ,于是上式可以简化为:Dp = D因此,评价砂砾石可注性的简化公式为:第 10 页N = D =rd( D15 )( D85 ) 15该式被国内外广泛采用。3.1.3 裂隙岩石注浆 在岩层中钻孔取样虽然比在砂砾石层中容易,但想从岩芯中得到有关空隙尺寸的准确资料目前仍很困难。以下为根据一般水文地质资料估算空隙尺寸的近似方法,可供注浆时参考。设一宽度为 d 的平面裂隙被半径为 r0 的钻孔垂直地穿过并用压力 p 进展压 水,那么该裂隙的吸水量可按下式进展计算:p pd 3q1 =6h lg(R / r0 )式中
3、: q1 裂隙吸水量, L / min ; d 裂隙宽度,mm;h 水的粘度,厘泊; R 水的扩散距离,m; p 压水压力,MPa; r0 钻孔半径,cm; 可注比值 Nr 的估算公式Mtchell J.K.给出以下可注比值 Nr 的估算公式见下表 影响渗入注浆可注性的主要因素还有浆液的粘度。粘度越大,流动阻力也越大,能灌注的影响半径也越小,或需要用较高的压力以克制其流动阻力。可注比 Nr 的估算公式土层岩层Nr = (D15 )s /(D85 )gNr = (D10 )s /(D95 )gNr = d /(D95 )g24持续可注性11持续可注性5持续可注性11不可注6不可注2不可注注: (
4、D) 、 (D) 土体颗粒分析试验求得的粒径级配曲线中 15%与 10%的颗粒直径;15 s10 s(D85 )g 、 (D95 )g 根据将材颗粒分析试验求得的粒径级配曲线中 85%与 95%的颗粒直径;d 岩层裂隙的宽度。3.1.4 浆液在岩层中的运动形式与规律 浆液在岩土层的运动与凝胶规律是根据地层性质及其导浆构造、浆液类型及流线特性、注浆方式与参数选取而决定的,一般浆液运动形式与规律分两大类。1孔隙性岩土层渗透注浆 孔隙性岩土层是由许多相互连通的网状孔隙而形成的导浆系统。当浆液材料与孔隙通路相适应,在注浆压力不大的条件下,浆液以渗透方式注入孔隙。这时, 浆液的运动形式是渗透扩散胶凝,最
5、后将松散的固体颗粒胶结成整体。这种 注浆,浆液流动符合液体渗流定律,浆液是以注浆孔为中心向外扩散。在注浆过程中,注浆压力克制浆液流动的粘滞阻力与自身的凝胶阻力,随着 浆液扩散距离的延长与注浆时间的延续,阻力增加,注浆压力逐渐升高,直到浆 液的扩散范围到达设计要求时,即可停顿注浆。注浆压力与扩散半径、浆液粘度、 松散岩土的颗粒直径与形状、级配等因素有关。2裂隙岩层渗透注浆 由几组裂隙相互切割连成网状裂隙而形成的导浆系统,根据浆液性质不同,运动可分为:溶液类与胶体类浆液的运动规律 这种浆液的流动规律符合渗透定律,浆液的流动、扩散与凝胶规律与前述相似。悬浊浆液的运动规律 从整体上看它仍服从渗流定律,
6、但从微观上看,悬浊浆液在裂隙中的流动可以认为是固体颗粒的水力运输。 浆液逐渐凝固硬化成结合体,由于结石率小于,故岩层内仍有一定间隙,因此,加大注浆压力,这会使原有裂隙有所扩大,注浆后扩大的裂隙回缩,能使 裂隙完全封闭。而且由裂隙回弹产生的压力是大面积的法向正应力,它能在厚度 仅为 1mm 左右的浆层中造成巨大的压力梯度,对浆液的排水固结特别有效。萨巴得提出,在平均注浆压力 pa 作用于裂隙面为半无限弹性介质的岩体上, 注浆孔荷载作用中心位置的岩石弹性变形,可依下式计算:4 (1 -n 2 )d0 =Epa R 在注浆方向上的裂隙边缘变形量为:8(1 -n 2 )dr =p Epa R 式中:
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