注漿是一種比較成熟的巖體加固技術(shù),在煤礦井下采煤工作面和巷道的加固、巷道頂板涌水的封堵、壩體壩基防滲堵漏、基坑加固、海底隧道、建筑物抬升或糾偏、邊坡和地基加固等工程中都得到了廣泛的應(yīng)用。與此同時(shí),各種注漿新材料、新工藝和新設(shè)備層出不窮,極大地促進(jìn)了注漿技術(shù)的發(fā)展。與此不對(duì)稱的是注漿理論卻進(jìn)展緩慢,研究水平相對(duì)落后。主要因?yàn)樽�漿是隱蔽性工程,而且是復(fù)雜的系統(tǒng)工程,受制約的影響因素很多,主要有:漿液性質(zhì)、注漿設(shè)計(jì)、注漿工藝及被注煤巖體地質(zhì)力學(xué)性質(zhì)等,甚至還得考慮環(huán)境保護(hù)等要求。 本文論述了注漿的發(fā)展過(guò)程,注漿材料以及注漿的分類,以及詳細(xì)總結(jié)和分析了滲透注漿的基礎(chǔ)理論,主要從漿液的流變性,被注介質(zhì)與漿液的作用關(guān)系,注漿壓力的選取,漿液的擴(kuò)散規(guī)律等方面做了比較深入的研究工作,并取得了一些成果。 (1)開發(fā)了兼有堵水和加固作用的聚氨酯注漿材料。該注漿材料以水為固化劑,消除了因密封件磨損等設(shè)備原因和管路堵塞等其他原因引起的雙組份比例不匹配,造成的漿液固化質(zhì)量下降�？梢詫�(duì)礦井大范圍淋水條件下破碎煤巖體進(jìn)行有效封堵水與加固。 (2)開發(fā)了低粘度強(qiáng)滲透性低毒的脲醛樹脂注漿材料。該材料在環(huán)境溫度15℃～25℃時(shí)的粘度為60Cp～30Cp,固化速度可以根據(jù)固化劑的用量隨施工條件調(diào)節(jié),抗壓強(qiáng)度達(dá)到5MPa以上。適用于煤礦采掘過(guò)程中,結(jié)構(gòu)軟弱、松散,強(qiáng)度極低的煤巖體加固,以保證礦井正常的生產(chǎn),消除礦井的安全隱患。 (3)自行設(shè)計(jì)了恒壓三維滲透注漿模擬試驗(yàn)及裝置,通過(guò)試驗(yàn)得出了滲透系數(shù)與圍壓及漿液的粘度近似成反比。 (4)從巖體中裂隙分布、滲流水力學(xué)特征與化學(xué)注漿堵水機(jī)理出發(fā),詳細(xì)分析了影響滲透水裂隙的形成及分類,破碎煤巖體注漿堵水作用機(jī)理。 (5)在基于漿液粘度的時(shí)變性規(guī)律,并考慮了裂隙傾角和方位角、地下靜水壓力等諸多影響因素,建立了牛頓流體注漿擴(kuò)散模型,發(fā)展了注漿擴(kuò)散理論。隨著注漿時(shí)間的延長(zhǎng),注漿擴(kuò)散半徑不斷增大。注漿半徑在后期的增長(zhǎng)明顯小于注漿前期擴(kuò)散半徑的增長(zhǎng)。注漿前鋒面上的壓力梯度逐漸降低,裂隙通道上各點(diǎn)的壓力急劇減小(但不呈線性關(guān)系),漿液流速和注漿流量逐漸減小,注漿擴(kuò)散半徑存在極限值。 (6)漿液流變性、裂隙產(chǎn)狀和注漿工藝參數(shù)對(duì)擴(kuò)散半徑的影響很大。漿液初始粘度越大,或者粘度時(shí)變性越大,擴(kuò)散半徑越小;擴(kuò)散半徑隨力學(xué)開度的增大而急劇增長(zhǎng),隨注漿壓力的增大也呈增大趨勢(shì),隨地下水靜壓力的增大而減小。 (7)通過(guò)工程實(shí)例進(jìn)行對(duì)比分析,證明本文建立的注漿擴(kuò)散理論反映了注漿擴(kuò)散規(guī)律,試驗(yàn)結(jié)果接近工程實(shí)際。本文注漿擴(kuò)散模型考慮了較多的影響因素,對(duì)有關(guān)假設(shè)和前提作了深入的試驗(yàn)研究和對(duì)比分析后得到了定性規(guī)律和定量結(jié)論,計(jì)算中所需的地質(zhì)參數(shù)和漿液性能也可準(zhǔn)確測(cè)試出來(lái),因而本文建立的擴(kuò)散模型有一定的實(shí)用價(jià)值。 

 

頁(yè)數(shù)：102

 

【學(xué)位級(jí)別】：博士

 

文章目錄

 

摘要

Abstract

第一章 緒論

    1.1 注漿概述

        1.1.1 注漿技術(shù)的發(fā)展過(guò)程

        1.1.2 注漿方法

    1.2 注漿材料

        1.2.1 常見(jiàn)化學(xué)注漿材料

        1.2.2 國(guó)內(nèi)外注漿材料應(yīng)用和研究上存在的問(wèn)題

    1.3 滲透注漿理論綜述

        1.3.1 漿液為牛頓流體型作勻速運(yùn)動(dòng)的滲透理論

        1.3.2 漿液為牛頓流體時(shí)作減速運(yùn)動(dòng)的滲透理論

        1.3.3 界面為球面的非穩(wěn)定雙相流滲透理論公式

        1.3.4 漿液為賓漢姆流體型的滲透理論

        1.3.5 變流體的滲透理論

        1.3.6 基于驅(qū)替機(jī)制的漿液滲透理論

        1.3.7 注漿理論存在的問(wèn)題

    1.4 本論文的主要研究?jī)?nèi)容

第二章 煤巖體滲透注漿的理論基礎(chǔ)

    2.1 漿液的流變性

        2.1.1 牛頓（Newton）流體

        2.1.2 賓漢姆（Bingham）流體

        2.1.3 圓管中牛頓體與賓漢體的區(qū)別及其速度分布

    2.2 化學(xué)漿液與被注介質(zhì)的作用關(guān)系

        2.2.1 漿液與巖土間的潤(rùn)濕性

        2.2.2 化學(xué)注漿中吸濕性及其存在的條件

        2.2.3 被注介質(zhì)強(qiáng)度增長(zhǎng)機(jī)理

    2.3 本章小結(jié)

第三章 化學(xué)注漿材料研制及滲透模擬試驗(yàn)研究

    3.1 聚氨酯堵水兼加固材料研究

        3.1.1 聚氨酯材料的基本反應(yīng)原理

        3.1.2 聚氨酯材料特性

        3.1.3 研制的堵水加固聚氨酯材料性能

    3.2 低粘度脲醛加固材料研究

        3.2.1 脲醛樹脂反應(yīng)機(jī)理

        3.2.2 脲醛材料的性能

    3.3 注漿滲透性模擬試驗(yàn)

        3.3.1 試驗(yàn)裝置

        3.3.2 試驗(yàn)操作步驟

        3.3.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

    3.4 滲透注漿試驗(yàn)的數(shù)值模擬

    3.5 本章小結(jié)

第四章 破碎煤巖體化學(xué)注漿加固堵水作用機(jī)理研究

    4.1 破碎煤巖體注漿堵水機(jī)理研究

        4.1.1 巖體中裂隙分布、滲流水力學(xué)特征與化學(xué)注漿堵水機(jī)理

        4.1.2 注漿堵水參數(shù)研究

    4.2 破碎煤巖體化學(xué)注漿加固機(jī)理研究

        4.2.1 化學(xué)注漿加固機(jī)理

        4.2.2 煤巖體內(nèi)裂隙、孔隙分布

    4.3 本章小結(jié)

第五章 注漿擴(kuò)散模型研究

    5.1 水平單裂隙徑向擴(kuò)散模型

    5.2 傾斜裂隙注漿擴(kuò)散模型

    5.3 本章小結(jié)

第六章 實(shí)例分析

    6.1 注漿加固實(shí)例分析

        6.1.1 試驗(yàn)點(diǎn)基本情況

        6.1.2 工作面地質(zhì)與生產(chǎn)條件

        6.1.3 注漿加固方案

        6.1.4 化學(xué)注漿加固材料及工藝和機(jī)具

        6.1.5 加固效果與巷道圍巖變形分析

    6.2 注漿堵水實(shí)例分析

        6.2.1 試驗(yàn)點(diǎn)基本情況

        6.2.2 注漿堵水方案

        6.2.3 注漿堵水效果分析

    6.3 結(jié)論

第七章 結(jié)論及展望

    7.1 主要結(jié)論

    7.2 展望

參考文獻(xiàn)

致謝

攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文