注漿加固原理

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1、3注漿作用機(jī)理3.1注漿理論基礎(chǔ)3.1.1漿液的可注性根據(jù)尺寸效應(yīng)定理，進(jìn)行滲透注漿的前提是滿足漿材對(duì)空隙的尺寸效應(yīng)，即Dp假定粒狀漿材的顆粒尺寸為d，地層的空隙尺寸為，則漿液滲入空隙的前提條件為DpR1EdRE式中：—凈空比。RE一種迄今流行的理論認(rèn)為，當(dāng)凈空比≥3時(shí)，用下式作為滲入性注漿設(shè)計(jì)注漿材料的基礎(chǔ)。DpR3Ed3.1.2砂礫石注漿Dp目前尚無有效方法可以測(cè)出值，需采用數(shù)學(xué)方法加以估算，有效孔隙比的計(jì)算公式如下：DpeEDeE式中：—砂礫石的有效孔隙比；D—砂礫石的顆粒直徑。由于河床砂礫石一般都受過比較充分的摩擦。試驗(yàn)證明，河床砂礫由于顆粒大小混合而堆積得比較緊密，

2、其有效孔隙比多變化在0.195～0.215之間，計(jì)算時(shí)取平均值0.2，于是上式可以簡(jiǎn)化為：Dp0.2D因此，評(píng)價(jià)砂礫石可注性的簡(jiǎn)化公式為：D1N5Ds15D8g5rd該式被國(guó)內(nèi)外廣泛采用。3.1.3裂隙巖石注漿在巖層中鉆孔取樣雖然比在砂礫石層中容易，但想從巖芯中得到有關(guān)空隙尺寸的準(zhǔn)確資料目前仍很困難。以下為根據(jù)一般水文地質(zhì)資料估算空隙尺寸的近似方法，可供注漿時(shí)參考。r0p設(shè)一寬度為的平面裂隙被半徑為的鉆孔垂直地穿過并用壓力進(jìn)行壓水，則該裂隙的吸水量可按下式進(jìn)行計(jì)算：3pq16lg(R/r0)q1式中：—裂隙吸水量，L/min；—裂隙寬度，mm；—水的粘度，厘泊；R—水的擴(kuò)散距

3、離，pr0m；—壓水壓力，MPa；—鉆孔半徑，Nrcm；可注比值的估算公式NrMtchellJ.K.給出以下可注比值的估算公式（見下表）影響滲入注漿可注性的主要因素還有漿液的粘度。粘度越大，流動(dòng)阻力也越大，能灌注的影響半徑也越小，或需要用較高的壓力以克服其流動(dòng)阻力?？勺⒈萅r的估算公式土層巖層Nr(D15)sNr(D10)sNr/(D95)g>24持續(xù)可注性>11持續(xù)可注性>5持續(xù)可注性<11不可注<6不可注<2不可注注：)、)—土體顆粒分析試驗(yàn)求得的粒徑級(jí)配曲線中15%和10%的顆(D(D粒直徑；15s10s(D85)g、(D95)g—根據(jù)將材顆粒分析試驗(yàn)求得的粒徑級(jí)配曲線

4、中85%和95%的顆粒直徑；—巖層裂隙的寬度。3.1.4漿液在巖層中的運(yùn)動(dòng)形式和規(guī)律漿液在巖土層的運(yùn)動(dòng)和凝膠規(guī)律是根據(jù)地層性質(zhì)及其導(dǎo)漿結(jié)構(gòu)、漿液類型及流線特性、注漿方式和參數(shù)選取而決定的，一般漿液運(yùn)動(dòng)形式和規(guī)律分兩大類。（1）孔隙性巖土層滲透注漿孔隙性巖土層是由許多相互連通的網(wǎng)狀孔隙而形成的導(dǎo)漿系統(tǒng)。當(dāng)漿液材料與孔隙通路相適應(yīng)，在注漿壓力不大的條件下，漿液以滲透方式注入孔隙。這時(shí)，漿液的運(yùn)動(dòng)形式是滲透—擴(kuò)散—膠凝，最后將松散的固體顆粒膠結(jié)成整體。這種注漿，漿液流動(dòng)符合液體滲流定律，漿液是以注漿孔為中心向外擴(kuò)散。在注漿過程中，注漿壓力克服漿液流動(dòng)的粘滯阻力和自身的凝膠阻力，隨著

5、漿液擴(kuò)散距離的延長(zhǎng)和注漿時(shí)間的延續(xù)，阻力增加，注漿壓力逐漸升高，直到漿液的擴(kuò)散范圍達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)，即可停止注漿。注漿壓力和擴(kuò)散半徑、漿液粘度、松散巖土的顆粒直徑和形狀、級(jí)配等因素有關(guān)。（2）裂隙巖層滲透注漿由幾組裂隙相互切割連成網(wǎng)狀裂隙而形成的導(dǎo)漿系統(tǒng)，根據(jù)漿液性質(zhì)不同，運(yùn)動(dòng)可分為：①溶液類和膠體類漿液的運(yùn)動(dòng)規(guī)律這種漿液的流動(dòng)規(guī)律符合滲透定律，漿液的流動(dòng)、擴(kuò)散和凝膠規(guī)律與前述相似。②懸濁漿液的運(yùn)動(dòng)規(guī)律從整體上看它仍服從滲流定律，但從微觀上看，懸濁漿液在裂隙中的流動(dòng)可以認(rèn)為是固體顆粒的水力運(yùn)輸。漿液逐漸凝固硬化成結(jié)合體，由于結(jié)石率小于１，故巖層內(nèi)仍有一定間隙，因此，加大注漿壓力

6、，這會(huì)使原有裂隙有所擴(kuò)大，注漿后擴(kuò)大的裂隙回縮，能使裂隙完全封閉。而且由裂隙回彈產(chǎn)生的壓力是大面積的法向正應(yīng)力，它能在厚度僅為1mm左右的漿層中造成巨大的壓力梯度，對(duì)漿液的排水固結(jié)特別有效。pa薩巴得提出，在平均注漿壓力作用于裂隙面為半無限彈性介質(zhì)的巖體上，注漿孔荷載作用中心位置的巖石彈性變形，可依下式計(jì)算：2410paRE在注漿方向上的裂隙邊緣變形量為：281paRrE式中：0—荷載中心位置裂隙變形，m；E—巖石彈性模量，MPa；pa—巖石泊松比；R—徑向注漿距離，m；—平均注漿壓力，MPa。③管道型注漿1）孔隙性巖層人工壓裂管道型注漿孔隙性巖層內(nèi)，由于漿液材料與孔隙通路不

7、相適應(yīng)或采用了高壓注漿，漿液不能以滲透方式逐漸注入到孔隙中去，而是繼續(xù)在注漿壓力作用下，當(dāng)壓力升高到一定高度，便在地層的薄弱部位形成壓裂脈狀管道導(dǎo)漿系統(tǒng)。漿液的運(yùn)動(dòng)過程是壓裂—流動(dòng)—凝膠，如此反復(fù)多次，直到形成樹枝狀或脈狀切割的膠凝帶而不再被壓裂為止。與此同時(shí)，松散地層被壓密，滲透系數(shù)減小，地層透水能力降低。因此，地層強(qiáng)度有所提高，可起到阻水、防滲、截流、固結(jié)的作用。注漿壓力起著壓裂地層，擴(kuò)大漿液通道及克服流動(dòng)阻力的作用。在實(shí)施過程中其變化規(guī)律是：壓力開始上升，地層壓裂后壓力下降，同時(shí)漿液擴(kuò)散距離受膠凝