粉细砂地层声频振动钻进注浆机理研究

发布时间：2020-06-17 14:51

【摘要】：粉细砂地层是一种常见的软弱不良地层,常见于地下综合管廊、地铁、隧道等工程,其结构松散,自稳能力差,容易突发性变形,诱发事故,该地层的加固防渗处理一直是工程研究的热点。声频振动钻进注浆技术是一种新型的注浆方法,利用一对反向偏心旋转轴产生以人耳能听见的频率为50~200Hz的激振力,使粉细砂土层液化,同时浆液注入地层进行防渗加固处理,可有效的提高浆液的扩散区域和固结体的质量。本文针对粉细砂地层开展了声频振动钻进注浆技术的研究,通过建立数学模型和实验的方法,开展了振动液化特性、浆液扩散规律等加固机理的研究,建立了包括振动参数、浆液参数及土体参数三者之间的浆液扩散模型,通过室内实验验证了扩散模型,并在此基础上提出了声频注浆工艺的研究,以指导注浆加固防渗工程,为解决粉细砂地层的加固防渗问题提出了新思路。论文主要研究内容和结论如下:(1)利用FLAC~(3D)软件研究了在振动作用下的土体特性。得出不同深度处节点的孔隙水压力变化规律:振动开始后有孔隙水压力急剧变化区,表现为钻杆附近区域先急剧上升又急剧下降,其它地方则相反。不同深度节点位移的变化规律:在大约0.018秒时,孔隙水压力消散的速度已经很慢了,同时土体已基本稳定几乎没有位移变化了。(2)通过Fluent软件求解了流动阻力系数及流动阻力,研究了不同振动条件(振幅、频率、持时)下流动阻力的变化规律。对于土颗粒的物理直径为0.08mm、浆液密度为1400kg/m~3、振幅0.3mm、频率80Hz、振动持时0.1s的工况,进行了流动阻力的计算,流动阻力随时间是周期性变化的,最大流动阻力为3.4×10~(-7)N,浆液在振动作用下流动阻力降低,振动频率的提高能降低浆液的流动阻力,流动阻力的减小增加了浆液的扩散距离。(3)基于计算流体力学理论和方法,利用Fluent软件模拟计算了浆液在地层中的扩散距离,提出了声频振动注浆效果的仿真预测,由C语言编程的振动参数、注浆压力、浆液及土体参数的UDF数学模型,建立了三者之间与注浆扩散规律的关系。并根据仿真计算结果优化了注浆孔的间距,证明40mm注浆孔间距是合理的。(4)室内振动注浆实验表明保证实验的顺利进行的浆液硅氟酸、水玻璃(35°Bé)及水的体积配比为1:8:4,通过静压注浆实验确定浆液的最大容许注浆压力为5.75×10~4Pa,实验得出浆液的扩散半径随振幅、频率、振动持时的增大而增大;浆液轴向扩散距离达到一定数值后变化不再显著,砂性土由于受到的流动阻力小于粘性土,无论扩散半径还是轴向扩散距离上都比粘性土的扩散距离大。(5)振动注浆预测模型的数值仿真计算结果与室内实验结果的表现出了一致的趋势和规律:在相同的工况下,不同频率和不同振幅的注浆距离相对误差最大均为13.5%,振动持时的注浆距离相对误差最大为24.3%,验证了声频振动注浆仿真预测的准确性。
【学位授予单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU753
【图文】：

中需要照浆高压，国要达，孔土遍在够中国地质大学要加固防水浆液在地层压喷射注浆国内外学者达到最优的孔隙水压力土层中快速在 15~50Hz够广泛，难以学（北京）博水满足开挖要层中运动的方浆。国内振动者在这方面做的浆液扩散效升高，土体的扩散并与z 区间范围以在实际工博士学位论文要求的地层方式分成四动注浆的概做了很多的效果，需要体强度降低，与砂土一起形围内，与土体工程中不同的文 层。四类概念的研要振，形体的

13 1 1sin 2c 力达到 0.53c 时加载的周数。是克服阻力消耗能量的过程，主要完成过程主要包括浆液材料的凝胶和与土体动力学主要研究土体颗粒对浆液的的关系对浆液扩散距离的影响。当前，的渗透扩散理论，如球形扩散理论、柱的劈裂渗透理论等，但这些理论都没有于 50Hz 的机械振动下浆液的扩散规律的球形扩散模型，浆液扩散模型如图

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 马成伟;王贵和;肖晓阳;王瑜;刘宝林;;粉细砂地层条件下声频振动注浆的试验研究[J];探矿工程(岩土钻掘工程);2017年03期

2 刘方远;李清斌;;新型注浆材料及注浆工艺的研究和应用[J];煤矿机械;2017年02期

3 王强;冯志强;王理想;唐德泓;冯春;李世海;;裂隙岩体注浆扩散范围及注浆量数值模拟[J];煤炭学报;2016年10期

4 王小龙;王起才;张戎令;张亚昆;巫茂寅;;水泥-水玻璃双液注浆力学特性的试验研究[J];铁道科学与工程学报;2016年10期

5 李召峰;李术才;刘人太;蒋宇静;沙飞;;富水破碎岩体注浆加固实验与机制研究[J];岩石力学与工程学报;2017年01期

6 金炜枫;张力友;程泽海;邓陈艳;;微生物超声波振动注浆法加固饱和砂土的研究[J];科技通报;2016年05期

7 杨志全;牛向东;侯克鹏;郭延辉;梁维;周宗红;;幂律型流体柱形渗透注浆机制[J];哈尔滨工业大学学报;2016年03期

8 李芳;;L型钻孔地面预注浆单液水泥基复合注浆材料研究[J];煤矿安全;2015年10期

9 秦朝辉;邓检良;彭加强;刘世明;陈龙珠;;饱和砂土振动液化特性受振动频率影响试验研究[J];建筑结构;2015年19期

10 张庆松;张连震;刘人太;韩伟伟;朱明听;李相辉;郑东柱;徐咸辉;;水泥-水玻璃浆液裂隙注浆扩散的室内试验研究[J];岩土力学;2015年08期

相关博士学位论文 前5条

1 刘人太;水泥基速凝浆液地下工程动水注浆扩散封堵机理及应用研究[D];山东大学;2012年

2 张霄;地下工程动水注浆过程中浆液扩散与封堵机理研究及应用[D];山东大学;2011年

3 李慎刚;砂性地层渗透注浆试验及工程应用研究[D];东北大学;2010年

4 周松;大型泥水盾构近距离穿越运营地铁的扰动位移特性及施工风险研究[D];上海交通大学;2009年

5 孔恒;城市地铁隧道浅埋暗挖法地层预加固机理及其应用研究[D];北京交通大学;2003年

相关硕士学位论文 前7条

1 张康康;超细硫铝酸盐水泥基注浆材料外加剂的研究[D];河南理工大学;2011年

2 李晓广;高频机械振动下的砂土液化特性及其应用[D];上海交通大学;2011年

3 于学敏;先注浆后冻结综合方法加固粉细砂地层的试验研究[D];北京交通大学;2009年

4 李力;粉细砂地层注浆管棚作用机理及在暗挖隧道施工中的应用[D];北京交通大学;2007年

5 叶正茂;硫铝酸盐水泥基防渗堵漏材料的研究[D];南京工业大学;2004年

6 刘红卫;地基加固的复合注浆技术及应用研究[D];重庆大学;2003年

7 李河玉;小导管注浆技术及在隧道和地下工程中的应用[D];西南交通大学;2002年

本文编号：2717768