采空区注浆加固治理浆液流动规律研究

论文摘要

目前注浆加固采空区注浆孔间距的布置主要是以工程试验及经验参数确定为主,往往因孔距太大或太小而出现工程质量问题或投资上的浪费,缺乏注浆过程中浆液流动规律的理论指导。论文主要以渗流力学为基础,采用理论分析、室内注浆实验、数值模拟研究水泥粉煤灰浆浆液的流动规律。首先对采空区地基进行了稳定性分析评价和用概率积分法对地表沉陷作了预测;运用均匀设计的实验方法,进行了六组注浆模拟实验,揭示了水泥粉煤灰浆浆液的流动规律,用MATLAB软件回归出浆液扩散半径、注浆量与水灰比、地层特征、注浆压力等之间的关系;其次研究了影响注浆效果的各因素和注浆加固机理和水泥粉煤灰浆液的流变性;并推导了宾汉姆流体柱形扩散规律;最后用COMSOL软件数值模拟工程中水泥粉煤灰浆液的渗透扩散;并将室内实验结果和数值模拟结果应用于注浆加固采空区现场施工中,取得较好效果。这些研究成果对提高注浆加固采空区地基治理技术的应用水平和丰富注浆理论有重要意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 本文的研究背景、目的和意义
• 1.2 采空区注浆加固治理国内外研究现状
• 1.2.1 地下采空区探测研究现状
• 1.2.2 采空区地基稳定性分析评价研究现状
• 1.2.3 注浆技术研究现状
• 1.2.4 渗流理论的发展史和研究现状
• 1.3 研究内容及研究方法
• 1.3.1 研究主要内容
• 1.3.2 研究方法
• 2 采空区探测及地基稳定性分析评价
• 2.1 采空区探测
• 2.1.1 采空区勘察目的
• 2.1.2 勘察方法
• 2.1.3 勘察结果
• 2.2 地基稳定性分析评价
• 2.2.1 采空区的“活化”
• 2.2.2 采空区地基稳定性分析
• 2.3 地表残余沉陷预计
• 2.3.1 数学模型的建立
• 2.3.2 计算参数选择
• 2.3.3 地表残余沉陷预计结果
• 2.4 本章小结
• 3 采空区注浆加固治理室内注浆模拟实验
• 3.1 室内注浆模拟原理
• 3.2 实验准备
• 3.2.1 实验方法
• 3.2.2 实验设备
• 3.2.3 实验材料
• 3.3 室内注浆模拟实验
• 3.3.1 实验方案
• 3.3.2 实验步骤
• 3.4 实验模拟结果
• 3.4.1 地层孔隙率计算结果
• 3.4.2 室内注浆模拟实验结果
• 3.5 浆液流动规律研究
• 3.5.1 试验数据处理的数学模型
• 3.5.2 浆液扩散半径及其影响因素分析
• 3.5.3 注浆量及其影响因素分析
• 3.5.4 浆液流动规律
• 3.5.5 计算现场浆液扩散半径
• 3.6 本章小结
• 4 影响注浆效果因素及注浆加固理论研究
• 4.1 影响注浆效果的主要因素
• 4.1.1 采空区岩体结构面特征
• 4.1.2 水泥类浆材性能
• 4.1.3 注浆参数
• 4.2 采空区注浆加固机理
• 4.3 注浆加固理论
• 4.3.1 浆液流变性
• 4.3.2 渗流基本规律
• 4.3.3 渗透注浆理论分析
• 4.3.4 宾汉姆流体柱形扩散规律研究
• 4.4 本章小结
• 5 浆液流动规律数值模拟
• 5.1 注浆数学模型的建立
• 5.2 COMSOL 软件中的实现
• 5.2.1 COMSOL 软件简要介绍
• 5.2.2 建立几何模型和定义物理场
• 5.2.3 模型求解
• 5.3 本章小结
• 6 现场应用
• 6.1 采空区注浆处理的工程概况
• 6.1.1 注浆处理目的
• 6.1.2 注浆处理的要求
• 6.2 注浆参数设计
• 6.2.1 注浆钻孔的布置
• 6.2.2 注浆工艺
• 6.3 采空区注浆加固治理的效果
• 6.4 本章小结
• 7 结论与展望
• 7.1 研究成果与创新性
• 7.2 问题与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间已发表的学术论文及科研成果