粘度时变性浆液在断层破碎带防渗加固中的扩散特征研究

摘要

断层产生往往造成断面两侧岩体结构发生破坏，形成断层破碎带，导致岩体结构不稳定，然而破碎体之间的裂隙容易形成连通状态，常常成为与含水层联系的导水通道，使得地层的防渗性能变弱。目前复杂地层防渗加固的方法主要采用灌浆法。灌浆技术是一项技术合理、适应性广泛的防渗加固处理手段，随着科学技术的进步及施工技术条件的改善，地层防渗加固处理的手段呈多样化，出现了许多新型的灌浆材料。
　　本文选取传统的水泥黏土浆液和在水利水电工程中已得到广泛应用的新型浆材SJP-1粘度时变性浆材，并通过浆材基本性能试验、强度测试试验，结合对地层灌浆的模拟实验设计出一种有效的灌浆方案用于指导断层破碎带地层的防渗加固，具体研究内容如下:
　　1)通过室内基本性能试验，验证了水泥黏土浆液与SJP-1粘度时变性浆液均可通过外掺剂加量的改变达到控制浆液的初始流动度、粘度、可泵时间、初凝时间、终凝时间，且对比两种材料的特性，得出SJP-1粘度时变性浆材要优于前者，通过其掺量不仅可以使得浆液在前期具有较好的流动性，同时也降低了后期初、终凝时间;
　　2)通过室内强度试验，表明纯水泥浆、水泥黏土浆液和SJP-1粘度时变浆液强度都是随着水灰比的增加而降低的，而黏土和SJP-1复合材料的加入对水泥浆液强度均呈现降低;在强度测试结果中，0.6∶1水灰比条件下，纯水泥浆、SJP-1粘度时变型浆液均大于水泥黏土浆液。因此在浆材结石强度性能上，SJP-1粘度时变性浆材仍优于水泥黏土浆材;
　　3)在设计的水灰比、灌浆压力、孔隙率以及松散颗粒的不均匀程度条件下模拟地层灌浆，研究浆液扩散半径的影响规律，通过开挖直观方法观测到了浆液在地层中有效扩散半径范围为51～81cm，并观测到浆液在颗粒之间的填充胶结情况，最后对固结体进行强度测试，7天强度大小为4.1～6.4mpa强度;
　　4)并对织金县煤化工程场区两个典型的断层破碎带试验区进行灌浆处理，进一步证明了SJP-1粘度时变浆液的优越性，不仅水泥的用量要小于水泥黏土浆液，而且浆液稳定性和防渗结果也优于水泥黏土浆液。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 选题依据及研究意义

1．1．1 选题依据

1．1．2 研究内容

1．2 灌浆技术的研究现状及存在的问题

1．2．1 概述

1．2．2 灌浆理论研究现状

1．2．3 灌浆材料研究现状

1．2．4 目前存在的问题

1．3 研究内容及技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

第2章 工程概况与地质环境条件

2．1 工程概况

2．2 地形地貌

2．3 地层岩性特征

2．4 地质构造

2．4．1 黔中隆起及区域内复杂褶皱特征

2．4．2 区域地质构造特点

2．4．3 岩体结构特征

2．5 水文地质条件

2．5．1 地表水及地下水

2．5．2 含水层组及导水结构特征

2．6 场区断层破碎带导水性分析

2．7 本章小结

第3章 断层破碎带防渗灌浆的可行性研究

3．1 灌浆渗流机理

3．1．1 牛顿流体的灌浆理论

3．1．2 宾汉流体的灌浆理论

3．1．3 浆液在岩体裂隙中的流动机理

3．2 影响灌浆效果因素

3．2．1 灌浆材料性质对破碎岩体防渗效果的影响

3．2．2 岩体性质对破碎岩体防渗效果的影响

3．2．3 灌浆施工工艺对破碎岩体防渗堵水效果的影响

3．2．4 灌浆设计参数对破碎岩体防渗灌浆效果的影响

第4章 灌浆材料选取及物理模拟试验

4．1 纯水泥浆基本特性

4．2 水泥黏土+XYJ-2聚羧酸性高性能减水剂基本特性

4．2．1 水泥黏土浆液

4．2．2 聚羧酸减水剂

4．3 水泥+S3P-1型粘度时变材料基本特性

4．3．1 SJP-1型粘度时变材介绍

4．3．2 SJP-1粘度时变材水化机理

4．4 浆材基本性能试验研究

4．4．1 测试方法

4．4．2 纯水泥浆基本性能

4．4．3 水泥黏土+XYJ-2聚羧酸性减水剂基本性能正交试验

4．4．4 水泥+SJP-1型粘度时变材料基本性能

4．5 浆液扩散物理模拟试验

4．5．1 试验装置介绍

4．5．2 试验工作原理

4．5．3 灌浆方案设计

4．5．4 试验参数设计以及结果分析

4．5．5 试验现象及结果

4．6 本章小结

第5章 断层破碎带防渗处理工程应用

5．1 防渗灌浆试验区选取

5．2 灌浆设备介绍

5．3 灌浆实验方案与试验步骤

5．3．1 场区原地层渗透性测试

5．3．2 试验孔布置

5．3．3 灌浆材料选取

5．3．4 灌浆方法及灌浆压力控制

5．4 渗透性检测结果及灌浆效果分析

5．4．1 原始地层压水试验步骤及地层渗透结果

5．4．2 检测孔压水试验与灌浆防渗结果分析

5．5 不同浆材灌浆效果及经济效益对比分析

5．5．1 试验区灌浆主要参数及灌浆效果

5．5．2 浆材消耗量分析

5．5．3 施工消耗时间分析

5．6 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果