隧道内定向诱导劈裂注浆机理及其配套检测方法研究

论文摘要

摘要：劈裂注浆是目前应用最为广泛的一种注浆方法,但其理论远远滞后其应用。尤其在隧道工程中,劈裂注浆受地应力和裂隙的随机性影响很大,常使得其劈裂方向难以按照实际需要的方向正确劈裂,文中首先对隧道内劈裂注浆的起裂方向进行了数值解和解析解的对比分析,得出了在隧道内进行劈裂注浆时经常会出现跑浆、漏浆事故的本质原因。鉴于此,提出了一种定向诱导劈裂注浆的新式注浆方法,该方法是通过在注浆孔附进设置诱导孔来使得浆液能够沿指定的方向劈裂。文中利用RFPA2D软件对该方法的实施进行了试探性的模拟,得出了在弹性模量800MPa、抗压强度50MPa、泊松比0.3、拉压比10的地质条件下,不同静止侧向压力下的诱导间距。另一方面,由于该方法的实施需要对土体的原位力学参数有明确的了解,而现有的原位测试方法大多数需要从地面打孔至隧道掌子面进行测量,费时、费力、破坏环境。故结合隧道工程及劈裂注浆的特点,提出了两种新型的原位测试方法,即岩土体表面力学参数检测方法和岩土体水平孔内力学参数检测方法。这两种方法有准确的理论作为支持,可以得到岩土体大多数的力学参数,为定向诱导劈裂注浆的具体方案的制定提供参考。其中岩土体表面力学参数检测方法以弹性理论为依据,可测得岩土体的弹性模量E,其计算公式在文中有详细推导,并利用数值方法对该公式进行了必要的验证。考虑到该方法测得的参数少,并且为近似值,遂提出了岩土体水平孔内力学参数检测方法,该方法紧密配合劈裂注浆的实施方式,具有较强的后续发展潜力。目前,该方法可测得岩土体的静止侧压力系数K0、弹性模量E、泊松比μ、粘聚力c和内摩擦角φ,其中弹性参数（静止侧压力系数K0、弹性模量E和泊松比μ）的计算公式完全以解析弹性理论为依据,其推导过程在文中做了详细的叙述。对于塑性参数（粘聚力c和内摩擦角φ）,采用解析方法和智能优化算法（粒子群算法）相结合的方式来求得。考虑到该方法计算公式的复杂性,采用Visual C++编制了一部配合该方法实施的专用计算软件,岩土体水平孔内力学参数计算软件,简称MechparaHC。对于该方法的弹性理论和塑性理论的正确性,采用数值方法进行了必要的验证。另外,对该方法的具体实施,也进行了相应的数值模拟,得出了一些有益的指导性的结论。总体上看,该方法是一种特定的反分析方法,其可随理论的发展而测得岩土工程中需要的各种参数。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 序
• 1 引言
• 1.1 劈裂注浆概述
• 1.2 问题的提出
• 1.3 本文主要研究内容及成果
• 2 定向诱导劈裂注浆机理研究
• 2.1 劈裂注浆起裂方向研究
• 2.1.1 解析法计算劈裂注浆起劈方向
• 2.1.2 数值法计算劈裂注浆起劈方向
• 2.2 定向诱导劈裂注浆的具体实施方式
• 2.2.1 定向诱导劈裂注浆的概念
• 2.2.2 数值模拟定向诱导劈裂注浆
• 2.3 本章小结
• 3 岩土体表面力学参数检测方法研究
• 3.1 岩土体表面力学参数检测方法简介
• 3.2 岩土体表面力学参数检测方法的理论依据
• 3.3 数值模拟对弹性理论的验证
• 3.3.1 计算模型
• 3.3.2 μ=0.25时的计算结果
• 3.3.3 μ=0.275时的计算结果
• 3.3.4 μ=0.3时的计算结果
• 3.4 本章小结
• 4 岩土体水平孔内力学参数检测方法研究
• 4.1 岩土体水平孔内力学参数检测方法简介
• 4.2 岩土体水平孔内力学参数检测方法的理论依据
• 4.2.1 弹性理论依据
• 4.2.2 塑性理论依据
• 4.3 数值方法和解析理论的对比
• 4.3.1 弹性理论对比
• 4.3.2 塑性理论对比
• 4.4 数值模拟实际应用情况
• 4.4.1 数值模型及计算参数
• 4.4.2 模拟结果及分析
• 4.4.3 结论
• 4.5 本章小结
• 5 结论
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集