太佳高速公路下伏采空区注浆研究

论文摘要

注浆是目前高速公路下伏采空区治理中最常用的工程方法之一,全面地研究注浆具有重要意义。本文以参与的山西太佳高速公路下伏采空区注浆工程为例,系统地研究了采空区注浆的全过程。包括注浆浆液扩散机理,浆材现场试验,注浆全充填数值模拟分析及其注浆实际过程等几部分内容。根据采空区的地质条件和结构特征,作者将采空区分为岩土塌落体堆积区、煤柱和空洞或岩巷巷道三种地质形态。将渗透注浆理论引入浆液在采空区岩土塌落体堆积区的渗透中,又将劈裂注浆理论应用于煤柱注浆,得出相应的浆液扩散特性与规律,而在空洞区或者岩巷中,笔者认为浆液做的是从层流到紊流的运动过程,最终浆液将采空区全部充填,达到注浆的目的。在理论分析的基础上,笔者依托太佳高速下伏采空区注浆工程,对水泥粉煤灰浆液在无水和有水（绝氧）条件下的不同配比进行现场试验,得出两种外界环境下浆液结石体抗压强度随龄期的变化趋势图；同时,对比分析了自然条件下不同水固比时浆液结石体抗压强度的变化曲线,给出水泥-粉煤灰浆液的“最佳配合比区域”推荐值。根据已有采空区资料,本文建立了采空区简化模型,用ansys有限元数值软件逐步模拟了从采空区只受自重影响、采空预留煤柱、上部加载到最终被全充填注浆的过程。结果表明,预留煤柱对采空区的变形有重要影响,上部路基均布荷载的影响却比较小。在此基础上,对太佳高速公路下伏采空区中线剖面建立二维的地质模型,用该软件进行模拟,结果表明,在注浆全充填后采空区的变形明显减小,甚至接近于零,说明注浆效果明显,得出注浆方法合理、可行、有效的结论。据上述理论分析、试验成果和数值模拟结论,结合太佳高速公路下伏采空区注浆工程项目,分析解述了注浆的全过程,包括注浆工艺的优化、注浆参数的选取和注浆效果检测与监测等,使得理论分析、试验研究和实践检验三者形成一个完整体系,对今后的采空区注浆工程具有一定理论意义和实践指导价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 采空区及注浆基本原理
• 1.2 采空区治理技术研究综述
• 1.2.1 国内外采空区治理技术研究现状
• 1.2.2 采空区注浆技术研究现状
• 1.3 本课题的研究内容及意义
• 1.3.1 课题的提出
• 1.3.2 本文的研究内容、方法及技术路线
• 第二章 采空区的工程地质特征及注浆概述
• 2.1 采空区的一般地质条件和围岩力学性质及特征
• 2.2 采空区稳定性分析与评价
• 2.2.1 稳定性分析概述
• 2.2.2 采空区危害程度评价及治理原则
• 2.3 注浆处理的依据及其原理
• 2.3.1 注浆的分类及选择注浆处理的原则与依据
• 2.3.2 注浆处理范围的确定
• 2.4 本章小结
• 第三章 注浆充填加固机理
• 3.1 注浆理论及其研究现状
• 3.1.1 注浆理论
• 3.1.2 研究现状
• 3.2 采空区分带及地质区域划分
• 3.3 宾汉流体的一般特征及其规律
• 3.4 渗透注浆理论在采空区内岩土塌落体堆积区的应用
• 3.5 劈裂注浆理论在采空区煤柱中的应用
• 3.6 浆液在采空区空洞或岩巷巷道的自由扩散式充填注浆
• 3.7 本章小结
• 第四章 注浆材料及其现场配比试验
• 4.1 注浆材料概况
• 4.1.1 注浆材料的发展现状
• 4.1.2 注浆材料的要求及技术指标
• 4.1.3 浆材的主要配比方案和加固机理
• 4.2 水泥-粉煤灰浆液现场配比试验
• 4.2.1 浆液各浆材的选取
• 4.2.2 实验仪器及设备
• 4.2.3 现场试验及其分析
• 4.3 浆材配比试验的应用价值及其现实意义
• 4.4 本章小结
• 第五章 数值模拟注浆充填加固采空区
• 5.1 有限元数值模拟方法介绍及注浆中的应用
• 5.2 用ansys软件模拟采空区注浆充填
• 5.2.1 模型的建立
• 5.2.2 数值模拟结果分析
• 5.3 太佳高速公路下伏采空区及其注浆效果的数值模拟
• 5.3.1 地质模型的建立
• 5.3.2 数值模拟采空区的分析
• 5.3.3 数值模拟注浆充填
• 5.4 本章小结
• 第六章 太佳高速公路东段下伏煤矿采空区注浆治理工程实例
• 6.1 采空区概括
• 6.2 该采空区稳定性评价及其注浆选择
• 6.3 注浆处理技术
• 6.3.1 注浆孔钻探工艺
• 6.3.2 注浆及施工工艺
• 6.3.3 注浆参数研究
• 6.4 注浆质量及效果检测
• 6.4.1 物探检测
• 6.4.2 钻探检测
• 6.4.3 结石体单轴抗压强度检测
• 6.4.4 地表变形观测
• 6.4.5 综合注浆效果分析与评价
• 6.5 本章小结
• 结论、存在的问题及建议
• 1 结论
• 2 仍存在的问题及建议
• 参考文献
• 致谢