水泥浆液在小粒径砂石体中注浆理论及模拟实验研究

论文摘要

目前,在研究浆液的渗流规律时,大多数情况都把浆液假设简化为牛顿流体,对牛顿流体渗透注浆机理研究取得了很大的成果,然而国内外对宾汉姆、时变性流体的渗流规律研究很少,但宾汉姆、时变性流体的渗流规律对指导实际注浆工程具有有重要的理论指导意义。本文通过对属于宾汉姆、时变性流体的水泥浆液在小粒径砂石体中的注浆扩散及加固机理进行了研究与分析,揭示了宾汉姆、时变性流体的渗流规律。本文开展了如下相关研究：（1）.水泥浆液流变性实验。通过开展对不同水灰比水泥浆液流变性实验的研究,得到：随着水灰比的增大,水泥浆液的屈服应力以及塑性粘度减小,浆液逐渐从宾汉姆流体向牛顿流体转化；并且得出W=1.25是水泥浆液从宾汉姆流体向牛顿流体转化的拐点,丰富了水泥浆液流变性理论；（2）.水泥浆液稳定性实验。通过开展对不同水灰比水泥浆液稳定性实验的研究,得到：较高浓度的水泥浆液,其析水率变化的梯度较小；而对于水灰比的逐渐增大,其析水率变化梯度显著增加；（3）.研究与分析渗透注浆机理。从理论上研究了宾汉姆、时变性流体的水泥浆液在小粒径砂石体中渗透注浆机理,完善了宾汉姆、时变性流体球形、柱形及呈柱-半球形扩散机理、注浆过程中的力学机理及注浆加固后介质力学机理分析；（4）.研究室内注浆模拟实验。自制一套室内小型模拟注浆装置,得到了注浆压力、注浆量、小粒径砂石体特性、浆液水灰比、浆液扩散半径、注浆花管孔径以及花管间孔距等注浆参数之间的定量关系式,为实际注浆工程提供提论指导；（5）.检测及分析注浆结石体效果。开展室内实验,主要从超声波波速、抗压强度及弹性模量三个指标对注浆结石体效果进行检测及分析。本文所研究的室内注浆模拟实验与宾汉姆、时变性流体渗透注浆机理是高度吻合。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 注浆技术概述
• 1.1.1 注浆技术的概念与发展
• 1.1.2 注浆技术的目的与作用
• 1.1.3 注浆技术分类
• 1.1.4 注浆技术应用
• 1.2 注浆理论研究现状及存在的问题
• 1.2.1 注浆理论研究现状
• 1.2.2 存在的问题
• 1.3 注浆技术的发展趋势
• 1.4 本文的研究内容、采用的研究方法及技术路线
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 研究方法
• 1.4.3 采用的技术路线
• 第二章 水泥浆液基本性能研究
• 2.1 注浆材料概述
• 2.2 水泥浆液基本性能
• 2.3 水泥浆液的流变性质的研究
• 2.3.1 流变学简介
• 2.3.2 水泥浆液流变学
• 2.3.3 水泥浆液流变性质的试验研究
• 2.4 水泥浆液的稳定性质的研究
• 2.4.1 水泥浆液的稳定性质概述
• 2.4.2 水泥浆液的析水试验
• 2.5 本章小结
• 第三章 小粒径砂石体的模拟及其特性研究
• 3.1 小粒径砂石体的模拟
• 3.1.1 小粒径砂石体的基本特性
• 3.1.2 模拟试验材料
• 3.1.3 建筑砂石模拟小粒径砂石体的可模拟性
• 3.1.4 地层模拟
• 3.2 建筑砂石的特性研究
• 3.2.1 建筑砂石分级
• 3.2.2 建筑砂石的所属种类
• 3.2.3 建筑砂石的特性
• 3.3 本章小结
• 第四章 水泥浆液在小粒径砂石体中渗透注浆机理研究
• 4.1 Darcy定律
• 4.2 宾汉姆流体渗流机理公式
• 4.2.1 宾汉姆流体球形扩散机理
• 4.2.2 宾汉姆流体柱形扩散机理
• 4.2.3 宾汉姆流体呈柱-半球形扩散机理
• 4.3 时变性流体渗透机理
• 4.3.1 时变性流体球形扩散渗透机理
• 4.3.2 时变性流体柱形扩散渗透机理
• 4.3.3 时变性流体呈柱-半球形扩散渗透机理
• 4.4 浆液在小粒径砂石体中渗透过程的分析研究
• 4.4.1 分析研究所依据的方程的提出
• 4.4.2 注浆压力头分布模型的分析研究
• 4.4.3 注浆压力头梯度分布模型的分析研究
• 4.4.4 渗透过程渗透速度分布模型的分析研究
• 4.4.5 渗透过程的分析研究
• 4.5 浆液在小粒径砂石体中加固效应理论的研究
• 4.5.1 注浆过程与加固效应之间的关系
• 4.5.2 注浆加固效应的力学机理分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 室内注浆模拟实验研究
• 5.1 概述
• 5.2 室内注浆模型的设计、制作及实验数据处理数学模型
• 5.2.1 室内注浆模型的设计思路和试验原理
• 5.2.2 试验装置
• 5.2.3 试验装置的特点
• 5.2.4 试验步骤
• 5.2.5 实验数据处理数学模型
• 5.3 单管单孔注浆模拟实验研究
• 5.3.1 实验设计
• 5.3.2 室内单管单孔正交注浆实验
• 5.3.3 实验结果及数据分析
• 5.3.4 单管单孔正交实验结石体分析
• 5.4 多管单孔注浆模拟实验研究
• 5.4.1 设计室内多管单孔注浆实验目的
• 5.4.2 室内三管单孔注浆实验
• 5.4.3 室内五管单孔注浆实验
• 5.4.4 室内多管注浆实验得到的结论
• 5.5 单管多孔注浆模拟实验研究
• 5.5.1 设计室内单管多孔注浆实验目的
• 5.5.2 实验设计
• 5.5.3 开展顺序
• 5.5.4 室内单管多孔注浆实验
• 5.5.5 实验结果及数据分析
• 5.5.6 实验结论
• 5.5.7 单管多孔实验的理论分析
• 5.6 多管多孔注浆模拟实验研究
• 5.6.1 设计室内多管多孔注浆实验目的
• 5.6.2 实验的开展顺序
• 5.6.3 室内多管多孔注浆实验
• 5.6.4. 室内多管多孔实验结论
• 5.7 本章小结
• 第六章 注浆结石体效果检测及分析
• 6.1 概述
• 6.2 结石体注浆效果检测及分析
• 6.2.1. 检测方法
• 6.2.2 检测结果及分析
• 6.3 本章小结
• 第七章 结论及展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 攻读学位期间发表的论文及参加的科研项目
• 公开发表的论文
• 参加的科研项目
• 附录B 单管单孔正交注浆结石体照片
• 附录C 单管多孔注浆结石体照片
• 附录D 单管单孔正交注浆结石体波形曲线