裂隙巖體復(fù)合防滲堵水漿液試驗(yàn)及作用機(jī)理研究.pdf

1、隨著現(xiàn)階段地下工程建設(shè)發(fā)展的規(guī)模不斷擴(kuò)大和水利工程的不斷興起，注漿技朱在國內(nèi)外得到越來越廣泛的應(yīng)用。注漿的主要目的是將不符合工程要求的巖土改良為高品質(zhì)的符合工程要求的巖土，使即有資源得到充分利用。由于注漿工程屬于隱蔽工程，使得注漿技術(shù)的發(fā)展至今為止還很不成熟，在注漿實(shí)踐運(yùn)用過程中有時(shí)還存在著理論落后于實(shí)踐的情況。注漿材料及漿液性能的研究是注漿技術(shù)中不可缺少的一個(gè)重要組成部分。注漿之所以能夠起到防滲堵水或加固的作用，主要是由于注漿材料在注

2、漿過程中發(fā)生由液相到固相的轉(zhuǎn)變的結(jié)果。而注漿漿液的性能關(guān)系著漿液注入裂隙巖體后的注漿效果，對注漿工程來講是至關(guān)重要的。 論文通過采用收集前人資料、室內(nèi)試驗(yàn)、理論分析以及現(xiàn)場工程應(yīng)用等研究方法，對裂隙巖體注漿效果的影響因素作了歸納和總結(jié)，對裂隙巖體復(fù)合防滲堵水漿液的漿材成分、漿材配比、漿液性能、漿液固結(jié)機(jī)理、漿液防滲堵水機(jī)理及漿液滲透機(jī)理做了研究，并在此基礎(chǔ)上探討了該漿液在裂隙巖體防滲堵水工程中的運(yùn)用。 對于裂隙巖體防滲堵

3、水注漿來說，不管使用的是何種注漿材料，其注漿效果最主要的影響因素是注漿材料本身的性質(zhì)、裂隙巖體的工程力學(xué)性質(zhì)、注漿設(shè)計(jì)參數(shù)及現(xiàn)場注漿工藝等。 經(jīng)過室內(nèi)試驗(yàn)，初步確定裂隙巖體復(fù)合防滲堵水漿液由粘土、水泥、水玻璃、NH<,4>H<,2>PO<,4>、水等成分組成。該漿液配比經(jīng)試驗(yàn)確定有一個(gè)大概最佳范圍，但在應(yīng)用于具體工程時(shí)還應(yīng)根據(jù)工程現(xiàn)場的實(shí)際情況進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)及現(xiàn)場試驗(yàn)，以確定該工程各注漿段的最優(yōu)配方。漿液的性能測試結(jié)果表明，漿液具

4、有良好的穩(wěn)定性、可控性及可注性，其漿液注入巖層后形成的結(jié)石體具有很好的防滲堵水效果及耐久性，且漿液的性能與漿液各組份的含量有關(guān)。 通過采用掃描電鏡觀察等試驗(yàn)方法對裂隙巖體復(fù)合防滲堵水漿液固結(jié)過程進(jìn)行進(jìn)一步研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該漿液的固結(jié)過程即是漿液各組成成分之間互相發(fā)生一系列物理化學(xué)反應(yīng)的過程，包括水泥的水化反應(yīng)、粘土的水化、NH<,4>H<,2>PO<,4>對水泥水化反應(yīng)的阻滯作用、水泥水化物與粘土顆粒之間的反應(yīng)、水泥與水玻璃之間的

5、反應(yīng)及粘土與水玻璃之間的反應(yīng)等。而漿液固結(jié)過程的熱力學(xué)分析表明上述反應(yīng)中晶體和膠體生成過程是新相形成、生長的過程，其推動(dòng)力可以用自由能差來描述；漿液動(dòng)力學(xué)分析則表明反應(yīng)進(jìn)行程度系數(shù)a<,b>有增大的趨勢，說明上述反應(yīng)具有自發(fā)性。裂隙巖體復(fù)合防滲堵水漿液的結(jié)構(gòu)形成過程與水泥漿液的結(jié)構(gòu)形成過程不上樣。根據(jù)漿液塑性強(qiáng)度曲線的結(jié)構(gòu)特征可將漿液的結(jié)構(gòu)形成過程分為以下三個(gè)狀態(tài)：液態(tài)、凝膠態(tài)及固態(tài)，在上述“三態(tài)”中漿液均能進(jìn)入防滲堵水狀態(tài)，只是其防滲

6、堵水方式和能力有很大的不同。而漿液結(jié)石體在注漿孔內(nèi)可沿裂隙方向分為三個(gè)區(qū)：密實(shí)區(qū)、穩(wěn)定區(qū)及松散區(qū)。在裂隙巖體防滲堵水注漿過程中，松散區(qū)、穩(wěn)定區(qū)及密實(shí)區(qū)等“三區(qū)”是隨著注漿時(shí)間交互變化的。 在裂隙巖體中采用注漿方法防滲堵水，漿液能夠起防滲堵水的作用機(jī)理就是漿液對地下水的流動(dòng)有一個(gè)與水流方向相反的阻擋作用，即漿液的流動(dòng)應(yīng)是水滲流的逆過程。若將漿材按與水類似的牛頓流體來考慮，裂隙滲流與注漿運(yùn)動(dòng)過程的本質(zhì)是一致的，牛頓流體漿材的流動(dòng)應(yīng)當(dāng)

7、符合有關(guān)的裂隙水力學(xué)公式。論文根據(jù)國內(nèi)外學(xué)者已推導(dǎo)出來的一些裂隙水力學(xué)公式，考慮裂隙巖體復(fù)合防滲堵水漿液屬于賓漢流體，在漿液流動(dòng)時(shí)具有流核，推導(dǎo)建立了該漿液在巖體平面裂隙及傾斜裂隙中的滲流規(guī)律模型。 工程應(yīng)用研究結(jié)果表明，裂隙巖體復(fù)合防滲堵水漿液在裂隙巖體中的注漿工藝與其它注漿漿液的工藝類似。但采用該漿液對裂隙巖體注漿時(shí)，應(yīng)采用三級(jí)攪拌法及大循環(huán)注漿方式，注漿時(shí)還應(yīng)根據(jù)工程現(xiàn)場地層實(shí)際情況進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)漿液注入量及配方，來獲得最