基于物理模擬試驗(yàn)的斷層帶分層介質(zhì)注漿擴(kuò)散及加固機(jī)理研究.pdf

1、隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)與社會(huì)建設(shè)飛速發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)尤其是交通運(yùn)輸領(lǐng)域的建設(shè)腳步急劇加快。而大量隧道的修建以及地質(zhì)條件的復(fù)雜多變，致使隧道修建經(jīng)常穿越砂層、斷層、巖溶等不良地質(zhì)條件，施工過(guò)程極易誘發(fā)突水突泥災(zāi)害。根據(jù)資料分析，突水突泥災(zāi)害頻發(fā)且危害巨大，導(dǎo)致施工設(shè)備沖毀、大量人員傷亡、經(jīng)濟(jì)嚴(yán)重?fù)p失甚至工期延誤、隧址改線或廢棄，嚴(yán)重制約著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)穩(wěn)定。
　　富水?dāng)鄬悠扑閹钦T發(fā)隧道突水突泥災(zāi)害的主要地質(zhì)災(zāi)害源之一，治理此類災(zāi)害通常采用

2、注漿法。然而由于地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜、被注介質(zhì)不可見(jiàn)性、注漿擴(kuò)散不確定性以及注漿材料注漿設(shè)備落后，注漿技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足注漿治理的需求，所以，本文采用理論分析推導(dǎo)，室內(nèi)物理模擬試驗(yàn)以及COMSOL數(shù)值軟件模擬等研究方法綜合探究動(dòng)水條件下多層被注介質(zhì)的注漿加固機(jī)制，以及不同介質(zhì)分層界面處的加固機(jī)理。具體研究成果如下:
　　(1)通過(guò)研究分析永蓮隧道F2斷層破碎帶水文地質(zhì)條件和構(gòu)造機(jī)理，初步得出突水突泥災(zāi)害發(fā)生原因，并以F2斷層帶為地質(zhì)背景，建

3、立超前帷幕注漿、臨災(zāi)帷幕注漿、災(zāi)后帷幕注漿三種工程治理地質(zhì)模型。
　　(2)建立土—石分層介質(zhì)注漿模型，開(kāi)展分層注漿擴(kuò)散理論研究，將注漿過(guò)程簡(jiǎn)化為土石交界面開(kāi)裂、交界面劈裂通道擴(kuò)展、土體介質(zhì)壓密劈裂、礫石介質(zhì)滲透充填四種漿液擴(kuò)散形式展開(kāi)理論分析和公式推導(dǎo)，修正了傳統(tǒng)壓力理論，提出了適用于該問(wèn)題的注漿壓力控制公式，分析了各階段的啟動(dòng)機(jī)制，研究了土石交界軟弱地層的漿液擴(kuò)散機(jī)制，為土石交界軟弱地層的注漿理論研究及工程應(yīng)用提供了一定借鑒意

4、義。
　　(3)以永蓮隧道F2斷層破碎帶帷幕注漿治理為背景，研發(fā)了斷層帶模擬分層注漿系統(tǒng)，被注介質(zhì)條件與注漿材料均與永蓮隧道地質(zhì)條件與施工方法相似。通過(guò)試驗(yàn)，注漿對(duì)被注介質(zhì)的加固作用主要有充填、擠密、劈裂形式，在此三種形式作用下，被注介質(zhì)滲透率不斷降低，被注能力不斷減弱，強(qiáng)度不斷增高。不同介質(zhì)層交接面之間的加固主要通過(guò)寬漿脈連接、微細(xì)漿脈連接和界面聯(lián)接層三種形式。
　　(4)通過(guò)試驗(yàn)反饋的抗剪能力、土壓力及滲透壓力數(shù)據(jù)分析研

5、究注漿過(guò)程對(duì)加固體各部分的強(qiáng)度、孔隙率、滲透性及被注能力的影響，進(jìn)而從局部到整體宏觀分析分層注漿過(guò)程漿液擴(kuò)散規(guī)律。
　　(5)建立分層介質(zhì)填埋復(fù)合漿液擴(kuò)散數(shù)值模型，引入達(dá)西兩項(xiàng)滲流方程，通過(guò)COMSOL數(shù)值模擬，模擬了不同工況下的漿液擴(kuò)散全過(guò)程。對(duì)漿液在橫向分層填埋，縱向分層填埋兩種工況中漿液的擴(kuò)散全過(guò)程進(jìn)行模擬，總結(jié)了漿液擴(kuò)散過(guò)程中的壓力場(chǎng)，體積分?jǐn)?shù)，固定界面的壓力等參數(shù)的變化規(guī)律，提出了優(yōu)勢(shì)滲透現(xiàn)象;模擬過(guò)程中引入動(dòng)水環(huán)境，通