高聚物注浆的数值模拟及应用研究

发布时间：2020-06-11 10:51

【摘要】：高聚物注浆技术是一种有别于传统水泥注浆的新型化学注浆技术,该技术具备突出优势,被广泛用于建筑纠偏、地基补偿、公路脱空、机场道面修复以及防渗补漏等诸多领域。现阶段国内针对高聚物注浆的研究主要集中于材料的各项性能参数上,但对注浆模型、工作机理、注浆量预判、注浆抬升地面等系列问题仍然缺乏深入研究。为此本文开展了聚氨酯高聚物材料注浆的数值模拟和注浆施工工艺研究,主要结论如下:(1)首先建立了高聚物注浆渗透扩散模型。将聚氨酯在岩土中的注浆扩散视为在多孔介质下的两相流动过程,浆液密度下降对应体积的膨胀,完成高聚物各项物性参数及多孔介质下的孔隙率、平均粒径、惯性阻力和粘滞阻力的定义,使用VOF模型追踪空气相与聚氨酯浆液的两相流交界面。基于摩尔库伦准则,由复合地基规律以及圆孔扩张理论推导了土体劈裂时对应的极限扩张压力,以某一种反应物消耗殆尽或膨胀力下降至低于土体劈裂压力作为聚氨酯膨胀扩散的结束标志。(2)对注浆扩散范围的影响因素进行了敏感性分析。根据数值计算结果,注浆扩散范围影响因素中,被注介质的平均粒径影响程度最大,注浆压力次之,孔隙率影响相对较小,但显著大于注浆孔孔径和注浆深度的影响。因此注浆前需要关注土体类型或级配组成,当被注介质较为密实且细小颗粒时,需要采用高压注浆。由于注浆孔孔径影响较小,在通过调整注浆压力可以满足要求时,尽量取用低值,以起到“微创”目的。(3)随后,探讨了注浆抬升地面的工艺流程特点。注浆工艺注浆抬升需要建立基层脱空松散等填充加固完成的基础上,根据数值计算结果,单次注浆量过长易导致注浆孔附近温度过高,管口堵塞,浆液积聚,孔隙填充不充分等情况,因此宜采用少量多次的注浆方式。单次注浆时间宜控制在10s左右,且后续注浆压力应较前值提高25%~40%。在不同深度分段进行高聚物注浆,可形成高聚物异型桩,起到换填加固等作用,逐段调整注浆压力或注浆量,可形成期望形态的桩体,恒定压力时,桩体呈倒锥形。(4)经过回归分析,得到注浆扩散半径R关于注浆压力P、注浆孔径r、孔隙率n、平均粒径d及极限扩张压力f的回归方程为:R(28)716.23P.~(0394)r.~(0193)n.~(1205)d.~(0786)f~(-.0268);注浆量V回归方程为V(28)2440.6P~(1.175)r~(0.585)n~(4.654)d~(2.356)。结合扩散范围计算结果,基于随机介质理论,研究了高聚物注浆的抬升效应,实现了不同注浆量下,地表位移抬升量的预测。(5)最后,通过某高速公路服务区水泥砼路面的加固和实体工程,实测了注浆量、扩散范围及抬升量,检测结果表明本文建立的理论模型和计算方法是有效的,计算结果可供相关单位参考使用
【图文】：

示意图,扩散理论,注浆,球形

形成一定的塑形变形带，较远的区域则产生弹性变别于渗透注浆，压密注浆的考虑的是浆液稠度高于被仅起到挤压和置换作用，而不会渗透进被注区域。压，认为施加的压力只使影响区域的土体发生塑形变形浆理论常注浆压力较低，不出现明显水力劈裂，而主要呈透注浆的首要条件是选用的浆液中的颗粒体积能够由于其大都不存在颗粒，因此可注性普遍强于水泥更强的适应性。渗透注浆的浆液一般均匀地扩散到土时对土颗粒进行胶结，完成了对土体防渗能力的提升（Maag）假定注浆源为点源，将注浆扩散定为牛顿浆液在砂层中的渗透公式进行了推导[11]。扩散模式如

示意图,重力影响,球形,示意图

图 1-2 考虑重力影响下的球形扩散示意图的推导基于水通过多孔介质的试验结果和达西，对于水来说是合适的。但是对于溶液型的化考虑惯性阻力和粘滞阻力将会带来较大系统性论较高注浆压力对弱透水性地层进行注浆，当注压力）时，土体发生水力劈裂，即在土体中出力面上[9]。通常情况下，劈裂注浆会经历从压，，第一阶段鼓泡压密，第二阶段产生劈裂流动的浆液量较小，集中在注浆口附近，注浆压力进行压密来为注入的浆液提供空间。浆液的足以使土体产生劈裂的峰值时，土体就会出现
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U418

【参考文献】