基于小孔扩张理论的注浆起始劈裂研究
发布时间：2021-11-24 07:22
小孔扩张理论广泛应用于解释一些现场试验结果以及实际工程现象,如锥体贯入和旁压试验,分析静压沉桩引起的应力和变形,以及模拟隧道的开挖和收缩等。在注浆方面的应用中,其理论研究落后于工程实践。因此,本文通过理论分析、室内模型试验验证、工程实例应用等方法开展了超固结黏土中不排水小孔扩张弹塑性理论解及应用、以及小孔扩张理论在注浆方面研究。主要取得成果如下:（1）提出了一种新的球形扩张理论模型,该模型克服“干面”屈服应力被高估,破坏应力偏大的现象。采用了两个状态参数的屈服面,基于非相关联流动法,建立了考虑超固结黏土应变软化现象的球形扩张理论模型,推导了应力、位移理论解。（2）基于CASM屈服准则,采用了经典的应力剪胀关系,考虑了小孔扩张周围土体单元三维特性以及不同固结程度的影响规律。通过将应力空间转换的方法,基于非相关联流动法则,建立了柱形小孔扩张应力与位移的关系,运用拉格朗日求方法把问题转化为求解一阶偏微分方程组,再根据不排水条件,体积不变原理求解小孔扩张弹塑性边界的位移变化,最后通过数值求解得到柱形小孔扩张的精确解答。（3）结合CPTU现场试验数据分析结果表明:该理论模型较好的解释了CPTU在...
【文章来源】：深圳大学广东省
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
佛山地铁事故现场
基于小孔扩张理论的注浆起始劈裂研究1第1章绪论1.1研究背景及意义近年来，随着我国经济高速发展，城市化进程加快，各种社会问题逐渐凸显出来。其中，最为明显的是，仅靠地面交通设施难以缓解日益增长的交通压力。因此，为了解决这一问题，发展地下空间地铁建设成为我们主要的手段之一。但在盾构隧道施工过程中，城市高楼密布，可利用空间有限，难以避免会穿越现有的建筑物和已建成的地铁线等建筑物或构筑物，对周围土体产生较大的扰动，破坏土体本身的结构性，从而导致地表沉降、甚至塌陷。特别在不良地质该问题尤为突出，一旦发生，就会带来巨大的生命和财产损失。如2018年2月，佛山地铁2号线施工现场突发透水，导致隧道管片变形和破坏。引起地面30多米路段坍塌，事故造成8人遇难，3人失联，9人受伤。2017年10月德国莱茵河谷运输扩建工程，盾尾管片衬砌发生位移、水土渗入。引起铁轨下陷500mm，造成的铁路停运，当地货运物流链全面破坏，经济损失总计超过20亿欧元。图1-1佛山地铁事故现场图1-2德国莱茵河谷运输扩建工程根据地质勘察资料，在我国软土广泛分布在长三角、珠三角、渤海湾等沿江沿海地区。然而在地铁施工过程中，难免会遇到淤泥、淤泥质黏土等软弱地层，地铁盾构隧道最突出的问题是容易发生沉降。对于隧道施工引起的地层、建筑物或构筑物沉降，目前所进行的沉降恢复主要通过注浆补充来实现郑刚（2015）[58]。注浆补充也是目前应用最广泛的盾构隧道沉降纠偏方法之一，通常在施工过程中或者工后对既有地铁进行注浆补偿，
基于小孔扩张理论的注浆起始劈裂研究9（a）0K1竖向劈裂（b）0K1水平劈裂图1-4不同侧向土压力系数K0劈裂扩展方向示意图但是，Lefebvre等[45]（1991）和Massarsch[46]（1978）认为即使0K1也会发生竖向劈裂。此外，Massarsch[31]（1978）认为，在黏土起始劈裂试验中，沿垂直方向可能会发生裂缝，而与侧向土压力系数K0无关。Au[47]（2001）建议主应力方向可能在射注射过程中发生旋转，而且劈裂的方向可能与初始应力条件有关。另外，裂缝的扩展除了与侧向土压力系数K0有关还可能取决于注入速率，如图1-5和图1-6分别显示了在0K1时，不同注入速率诱导的起始劈裂发生的方向。由于土体的多相性和边界条件的复杂性，研究起始劈裂压力和劈裂扩展是比较困难的。图1-5低注入速率试验造成垂直裂缝[9]图1-6高注入速率试验产生的水平裂缝[9]1.2.4黏土劈裂注浆室内模型试验研究现状国内外关于劈裂注浆的模型试验研究主要分为两大部分，一部分是浆液在土层中扩散的模型试验，另外一部分关于劈裂注浆加固效果的模型试验。从逻辑关系上来讲，前者是后者的研究基础，后者是前者的具体应用。目前在劈裂浆液力学机理模型试验方面的研究主要集中在建立劈裂注浆机理与注浆参数、土体参数和注浆条件等影响因素间的
【参考文献】：
期刊论文
[1]裂隙注浆浆液浓度分布试验研究与机制探讨[J]. 王晓晨,刘人太,张春雨,李修浩. 煤炭学报. 2020(08)
[2]基于流体体积法的劈裂注浆有限元分析[J]. 朱旻,龚晓南,高翔,刘世明,严佳佳. 岩土力学. 2019(11)
[3]结构性黄土劈裂注浆力学机理分析[J]. 周茗如,卢国文,王腾,王晋伟. 工程力学. 2019(03)
[4]基坑开挖引起隧道水平变形的被动与注浆主动控制研究[J]. 郑刚,潘军,程雪松,白如冰,杜一鸣,刁钰. 岩土工程学报. 2019(07)
[5]土体劈裂注浆加固主控因素模拟试验[J]. 朱明听,张庆松,李术才,李卫,随海通,杨红鲁. 浙江大学学报(工学版). 2018(11)
[6]全风化花岗岩加固特性注浆模拟试验[J]. 王凯,李术才,杨磊,张庆松,李召峰,袁敬强. 天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2017(11)
[7]K0固结天然饱和黏土中柱孔扩张弹塑性解[J]. 李林,李镜培,龚卫兵,张凌翔. 哈尔滨工业大学学报. 2017(06)
[8]剪胀性砂土中球孔扩张弹塑性解[J]. 李林,李镜培,孙德安,李险峰. 岩土工程学报. 2017(08)
[9]饱和黏土中球(柱)孔瞬时扩张及超孔隙水压力研究[J]. 张鹏远,白冰,蒋思晨,贾尚华. 应用基础与工程科学学报. 2016(01)
[10]饱和粘土中球孔扩张问题弹塑性解析[J]. 李镜培,唐剑华,张亚国,钟光玉. 哈尔滨工业大学学报. 2014(12)
本文编号：3515499
【文章来源】：深圳大学广东省
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
佛山地铁事故现场
基于小孔扩张理论的注浆起始劈裂研究1第1章绪论1.1研究背景及意义近年来，随着我国经济高速发展，城市化进程加快，各种社会问题逐渐凸显出来。其中，最为明显的是，仅靠地面交通设施难以缓解日益增长的交通压力。因此，为了解决这一问题，发展地下空间地铁建设成为我们主要的手段之一。但在盾构隧道施工过程中，城市高楼密布，可利用空间有限，难以避免会穿越现有的建筑物和已建成的地铁线等建筑物或构筑物，对周围土体产生较大的扰动，破坏土体本身的结构性，从而导致地表沉降、甚至塌陷。特别在不良地质该问题尤为突出，一旦发生，就会带来巨大的生命和财产损失。如2018年2月，佛山地铁2号线施工现场突发透水，导致隧道管片变形和破坏。引起地面30多米路段坍塌，事故造成8人遇难，3人失联，9人受伤。2017年10月德国莱茵河谷运输扩建工程，盾尾管片衬砌发生位移、水土渗入。引起铁轨下陷500mm，造成的铁路停运，当地货运物流链全面破坏，经济损失总计超过20亿欧元。图1-1佛山地铁事故现场图1-2德国莱茵河谷运输扩建工程根据地质勘察资料，在我国软土广泛分布在长三角、珠三角、渤海湾等沿江沿海地区。然而在地铁施工过程中，难免会遇到淤泥、淤泥质黏土等软弱地层，地铁盾构隧道最突出的问题是容易发生沉降。对于隧道施工引起的地层、建筑物或构筑物沉降，目前所进行的沉降恢复主要通过注浆补充来实现郑刚（2015）[58]。注浆补充也是目前应用最广泛的盾构隧道沉降纠偏方法之一，通常在施工过程中或者工后对既有地铁进行注浆补偿，
基于小孔扩张理论的注浆起始劈裂研究9（a）0K1竖向劈裂（b）0K1水平劈裂图1-4不同侧向土压力系数K0劈裂扩展方向示意图但是，Lefebvre等[45]（1991）和Massarsch[46]（1978）认为即使0K1也会发生竖向劈裂。此外，Massarsch[31]（1978）认为，在黏土起始劈裂试验中，沿垂直方向可能会发生裂缝，而与侧向土压力系数K0无关。Au[47]（2001）建议主应力方向可能在射注射过程中发生旋转，而且劈裂的方向可能与初始应力条件有关。另外，裂缝的扩展除了与侧向土压力系数K0有关还可能取决于注入速率，如图1-5和图1-6分别显示了在0K1时，不同注入速率诱导的起始劈裂发生的方向。由于土体的多相性和边界条件的复杂性，研究起始劈裂压力和劈裂扩展是比较困难的。图1-5低注入速率试验造成垂直裂缝[9]图1-6高注入速率试验产生的水平裂缝[9]1.2.4黏土劈裂注浆室内模型试验研究现状国内外关于劈裂注浆的模型试验研究主要分为两大部分，一部分是浆液在土层中扩散的模型试验，另外一部分关于劈裂注浆加固效果的模型试验。从逻辑关系上来讲，前者是后者的研究基础，后者是前者的具体应用。目前在劈裂浆液力学机理模型试验方面的研究主要集中在建立劈裂注浆机理与注浆参数、土体参数和注浆条件等影响因素间的
【参考文献】：
期刊论文
[1]裂隙注浆浆液浓度分布试验研究与机制探讨[J]. 王晓晨,刘人太,张春雨,李修浩. 煤炭学报. 2020(08)
[2]基于流体体积法的劈裂注浆有限元分析[J]. 朱旻,龚晓南,高翔,刘世明,严佳佳. 岩土力学. 2019(11)
[3]结构性黄土劈裂注浆力学机理分析[J]. 周茗如,卢国文,王腾,王晋伟. 工程力学. 2019(03)
[4]基坑开挖引起隧道水平变形的被动与注浆主动控制研究[J]. 郑刚,潘军,程雪松,白如冰,杜一鸣,刁钰. 岩土工程学报. 2019(07)
[5]土体劈裂注浆加固主控因素模拟试验[J]. 朱明听,张庆松,李术才,李卫,随海通,杨红鲁. 浙江大学学报(工学版). 2018(11)
[6]全风化花岗岩加固特性注浆模拟试验[J]. 王凯,李术才,杨磊,张庆松,李召峰,袁敬强. 天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2017(11)
[7]K0固结天然饱和黏土中柱孔扩张弹塑性解[J]. 李林,李镜培,龚卫兵,张凌翔. 哈尔滨工业大学学报. 2017(06)
[8]剪胀性砂土中球孔扩张弹塑性解[J]. 李林,李镜培,孙德安,李险峰. 岩土工程学报. 2017(08)
[9]饱和黏土中球(柱)孔瞬时扩张及超孔隙水压力研究[J]. 张鹏远,白冰,蒋思晨,贾尚华. 应用基础与工程科学学报. 2016(01)
[10]饱和粘土中球孔扩张问题弹塑性解析[J]. 李镜培,唐剑华,张亚国,钟光玉. 哈尔滨工业大学学报. 2014(12)
本文编号：3515499
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