覆岩隔离注浆充填浆体压缩特性实验与应用

发布时间：2019-11-07 23:23

【摘要】：为确定覆岩主注浆层位内充填浆体的应力-变形特征,采用电液伺服万能试验机及自行设计的粉煤灰浆体压缩仪,开展了不同压力下粉煤灰浆体的压缩特性实验研究。结果表明:在覆岩应力的作用下,粉煤灰浆体体积不断减小,减小速率逐渐降低,最终趋于稳定;粉煤灰当量压缩系数随着压力增加而减小,二者近似呈对数关系。基于实验结果,建立了不同注浆充填深度条件下干粉煤灰质量与压实灰体体积的换算关系,进而改进了注采比计算公式,导出了注浆充填干灰质量极限值的计算公式,并进行了工程验证,从而为注浆充填参数设计提供了合理依据。
【图文】：

压缩仪,粉煤灰,工作原理

］、混凝土泌水特性［15－16］，但并未开展覆岩隔离注浆充填粉煤灰浆体压缩特性的实验研究。本文利用了自行设计的粉煤灰浆体压缩仪，并从注浆充填现场取样，在实验室开展了浆体的应力－变形研究，并基于实验研究，形成了注采比计算与注灰量预计方法，并进行了工程验证。1实验方法与方案1.1实验原理与方法覆岩注浆充填过程中，尽管充填体是以浆体形式在采动离层空间内流动，但水在压力作用下不断滤失，最后呈现压实灰体状态［5］。根据粉煤灰浆体在覆岩离层所处的封闭环境，设计出了粉煤灰浆体压缩仪(图1)，充分类比充填浆体在岩层中的受力与泌水情况。浆体压缩仪主体为密封的圆筒状，内径为130mm，外径为140mm，，用于装粉煤灰浆体，模拟充填浆体在覆岩内所处的三维应力环境;灰浆筒上部为活塞及立杆，压力机通过向下压缩立杆及活塞对浆体加压，模拟实际注浆充填层位上方地层的作用力;灰浆筒底座有连通内腔的流道，之上加筛板与滤网，在压力作用下仅能透过水而不透过灰颗粒，所滤出的水能够通过底座上的阀门放出至量杯内。所用压力机为MTSC64.106电液伺服万能试验机［17］(图1)，最大压力为1000kN。在实验过程中，首先将配制好的图1粉煤灰压缩仪及工作原理Fig.1Pressurevesselforcompressiontestanditsworkingprinciple1—立杆;2—顶盖;3—螺栓;4—灰浆桶;5—放气螺栓;6—活塞;7，9—密封胶圈;8—粉煤灰浆体;10—筛板和滤网;11—放水阀;12—导水槽;13—导水管;14—底座;15—量筒;16—电子秤粉煤灰浆体加入压缩仪内，并盖好顶盖，连接立杆与压力机，进行加压。加压过程中，保持底座上的阀门开启，压力机将自动记录不同时间的压力、位移。为了减小活塞与筒壁之间的摩擦，筒壁内涂抹润滑油。1.2实验方案?

粉煤灰,样品,压缩系数,当量

第5期张亮等:覆岩隔离注浆充填浆体压缩特性实验与应用同试验区域开展覆岩隔离注浆充填工程时，由于注浆钻孔深度以及钻孔上方岩层容重均有差异，因而充填浆体所受到的压力是不同的，故本方案选取了7个具有代表性的阈值压力(4，6，8，10，12，14，16MPa)进行实验，分别对应于注浆钻孔深度160，240，320，400，480，560，640m(以覆岩密度2500kg/m3计)。其中，阈值压力为16MPa的实验进行7次，其他阈值压力各进行1次。图2粉煤灰样品Fig.2Flyashsamples图3恒速与恒速+恒压加载示意Fig.3Schematicdiagramofpressureloading2实验结果及分析2.1恒速加载下当量压缩系数变化规律方案1的实验共进行3次，得出其恒速加载时粉煤灰当量压缩系数与应力的关系曲线(图4)。由于应力达到4MPa之前，粉煤灰当量压缩系数对工程的指导意义不大，故不予比较。图4恒速加载时当量压缩系数与应力的关系曲线Fig.4Relationshipcurvesbetweenequivalentcoefficientofcompressibilityandstressatconstantrateloading由图4可以看出，3组实验结果曲线虽未完全重合，但处于允许误差范围内。在恒速加载时，随着压力的增大，粉煤灰当量压缩系数减小，且减小速率逐渐降低。当压力达到阈值16MPa时，当量压缩系数达到0.828m3/t，但是，曲线并未呈平，即未达当量压缩系数极限值。2.2恒速+恒压加载下当量压缩系数变化规律方案2分为2个阶段，即先恒速后恒压。恒速阶段实验结果与方案1类似(图5(a))，且设计阈值压力越低，当量压缩系数越大。例如，6，14MPa压力所对应的压缩系数分别为0.896，0.832m3/t。图5恒速+恒压加载时当量压缩系数变化曲线Fig.5Variationcurvesofequivalentcoefficientofcompre-ssibilityatconstantrateloading+constantpressurelo

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