路基土体注浆离心模型试验研究及数值模拟分析

论文摘要

本论文以“绵广高速公路路基病害灌浆处治效果结构性评价”项目为依托,结合路基土体注浆加固的工程实例,在大量的文献调查的基础上,以室内离心机模型试验和数值模拟为手段,对路基土体注浆加固效果和注浆过程进行研究分析,取得的成果及创新性总结如下:1.通过文献调查,探讨了现有注浆加固技术、注浆材料以及浆液性质,总结了主要的注浆理论以及基本研究方法。2.设计制造了室内注浆模拟装置,模拟路基土体注浆过程,记录注浆过程中所发生的各种现象;通过离心机模型试验,对土体注浆加固前后沉降进行实时观测分析,并对各阶段土体强度进行测试,分析各注浆参数对注浆加固效果的影响。3.采用真实破裂有限元分析系统RFPA,建立平面应变模型,模拟考虑应力影响下的劈裂注浆过程,再现土体注浆过程,描述了密实性土体劈裂注浆各阶段及其特性,研究了不同注浆阶段水头分布、浆液流动等特点,分析了注浆过程中应力分布状态及其变化规律,并讨论了不同土体强度特性参数对应力分布及浆脉分布规律的影响。4.基于稳定——非稳定渗流理论,利用岩土专业有限元软GEOSLOPE中的SEEP/W模块,建立轴对称模型,对疏松性土体渗透注浆进行模拟分析,讨论了不同注浆方式的浆液渗透路径及其浆液压力分布,分析了不同注浆方式的影响范围及随注浆压力变化的规律,研究了浆液扩散范围及压力分布随时间变化的影响,描述了渗透注浆各阶段压力分布、浆液扩散范围等特点。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 注浆技术概述
• 1.1.1 注浆的主要作用
• 1.1.2 注浆技术在土木工程中的应用范围
• 1.1.3 注浆方法的分类
• 1.2 注浆技术的历史、现状与未来
• 1.2.1 注浆法的历史
• 1.2.2 注浆法的现状
• 1.2.3 注浆法的发展趋势
• 1.2.4 土体注浆研究存在的问题
• 1.3 本文的研究内容、关键问题及技术路线
• 1.3.1 研究的主要内容和关键问题
• 1.3.2 技术路线
• 第2章 岩土体注浆研究基础
• 2.1 浆液的组成及流变特性
• 2.1.1 浆液的材料组成及特点
• 2.1.2 浆液的流变特性
• 2.2 土体注浆扩散理论
• 2.2.1 土体渗透注浆技术的理论
• 2.2.2 土体劈裂注浆技术的理论
• 2.3 土体注浆技术的试验研究
• 2.3.1 现场试验研究
• 2.3.2 室内试验研究
• 2.4 土体注浆技术的数值模拟分析
• 2.5 小结
• 第3章 路基土体注浆离心模型试验研究
• 3.1 概述
• 3.2 试验的目的及试验材料
• 3.2.1 试验的目的
• 3.2.2 试验材料
• 3.3 试验模型及主要设备
• 3.3.1 试验的模型
• 3.3.2 试验的主要设备及其主要参数
• 3.4 试验的方法及注浆过程
• 3.4.1 试验过程
• 3.4.2 注浆模拟过程
• 3.5 试验结果与分析
• 3.5.1 沉降观测
• 3.5.2 土体强度测试
• 3.5.3 浆脉分布状况
• 3.5.4 路表抬升状况统计分析
• 3.5.5 注浆负面影响记录
• 3.6 小结
• 第4章 密实性土体劈裂注浆过程数值模拟分析
• 4.1 概述
• 4.2 软件RFPA-FLOW简介
• 4.2.1 RFPA简介
• 4.2.2 RFPA中材料破坏理论模型
• 4.3 模型选取及边界条件
• 4.3.1 计算材料模型选取假设
• 4.3.2 几何模型及边界条件
• 4.4 密实性土体劈裂注浆过程中的应力分析
• 4.4.1 材料参数及边界条件
• 4.4.2 劈裂过程中的应力分布分析
• 4.5 劈裂过程中的浆液压力分布分析
• 4.6 劈裂过程中的浆液流量分析
• 4.7 劈裂注浆过程描述
• 4.8 均质度对土体劈裂注浆的影响分析
• 4.9 土体强度对劈裂注浆的影响分析
• 4.10 小结
• 第5章 疏松性土体渗透注浆模拟分析
• 5.1 概述
• 5.2 软件geo-slope简介
• 5.2.1 Geo-slope简介
• 5.2.2 SEEP/W模块简介
• 5.2.3 SEEP/W渗流基础理论
• 5.2.4 SEEP/W分析流程
• 5.3 模型的选取及边界条件
• 5.3.1 计算假设
• 5.3.2 计算模型的采取
• 5.3.3 计算参数的确定
• 5.4 计算结果及分析
• 5.4.1 稳定注浆状态模拟结果
• 5.4.2 非稳定注浆状态模拟结果
• 5.5 小结
• 第6章 结论及展望
• 6.1 研究成果与结论
• 6.2 问题与建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果