孔魯志 李小芳

摘要：注漿技術(shù)在水利水電工程建設(shè)中有巨大的應(yīng)用價(jià)值，但是人們對注漿擴(kuò)散機(jī)理認(rèn)識水平的差異。這使得注漿設(shè)計(jì)和施工存在很大程度的盲目性和局限性?；谏鲜鰡栴}，設(shè)計(jì)一套小型單管單孔注漿模型裝置，得到流量（Q）、水灰比（W/C）、注漿壓力（P）、滲透系數(shù)（K）及擴(kuò)散半徑等參數(shù)之間的關(guān)系，并通過對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸分析得到5組擴(kuò)散方程，本試驗(yàn)所得結(jié)果可以為注漿工程提供一定的技術(shù)支持。

Abstract： Grouting technology has great application value in the construction of water conservancy and hydropower projects， but people have different understanding level of grouting diffusion mechanism， which makes grouting design and construction have a large degree of blindness and limitations. Based on the above problems， a small single-tube single-hole grouting model device was designed to obtain the relationship among the parameters such as flow rate （Q）， water-cement ratio （W/C）， grouting pressure （P）， permeability coefficient （K） and diffusion radius and through the regression analysis of the experimental data， five sets of diffusion equations are obtained. The results obtained in this experiment can provide some technical support for the grouting project.

關(guān)鍵詞：注漿；水泥漿液；多元回歸分析；擴(kuò)散方程

Key words： grouting； cement slurry； multiple regression analysis； diffusion equation

中圖分類號：TV543 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）27-0133-02

0 引言

注漿是將某些能固化的漿液注入巖土地基的裂縫或孔隙中，通過置換等方式以改善其物理力學(xué)性質(zhì)的方法。但是，相比于注漿施工技術(shù)在工程建設(shè)各領(lǐng)域日新月異的發(fā)展，注漿擴(kuò)散加固機(jī)理研究則相對滯后。一方面，人們在進(jìn)行注漿工程實(shí)踐時(shí)，依舊將其視為一門經(jīng)驗(yàn)技術(shù)，忽視漿液滲透擴(kuò)散規(guī)律對實(shí)際工程的科學(xué)指導(dǎo)意義；另一方面，現(xiàn)有的漿液擴(kuò)散加固理論公式還遠(yuǎn)未成熟，部分經(jīng)驗(yàn)公式又往往是針對某些特定漿液總結(jié)的，不具有代表性。本研究旨在設(shè)計(jì)一套室內(nèi)注漿模型，深入研究漿液在被注介質(zhì)中的流動(dòng)擴(kuò)散機(jī)理；以期研究成果對有關(guān)工程予以理論支撐，提高施工質(zhì)量及工程經(jīng)濟(jì)效益。[1-6]

1 注漿模擬試驗(yàn)研究

為了觀測到注漿時(shí)漿液的擴(kuò)散規(guī)律，研究水泥漿液在被注介質(zhì)中的擴(kuò)散機(jī)理，設(shè)計(jì)了一套小型注漿試驗(yàn)裝置。

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)中所采用的注漿材料為水灰比W/C=0.8的純水泥漿液，漿液粘度為30·103·Pa·s，密度1.59g/cm3，初凝時(shí)間11h10min，被注介質(zhì)為碎石（采用2cm～5cm，5cm～10cm，10cm～16cm三種單一連續(xù)級配）。如圖1。

1.2 注漿試驗(yàn)裝置

注漿試驗(yàn)壓力由有壓氮?dú)馓峁?，為方便觀察，試驗(yàn)箱選用有機(jī)玻璃，試驗(yàn)箱和有壓氮?dú)庵g由儲(chǔ)漿容器連接，見圖2。注漿系統(tǒng)由儲(chǔ)漿容器、供壓裝置、試驗(yàn)箱三部分組成，試驗(yàn)原理構(gòu)造圖見圖3。

1.3 注漿試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案

為全面研究注漿壓力P、注漿量Q、漿液擴(kuò)散半徑R、漿液水灰比W等參數(shù)之間定量的關(guān)系，開展正交實(shí)驗(yàn)，制定出單管單孔注漿試驗(yàn)方案，詳見表1。

2 試驗(yàn)分析與討論

2.1 注漿過程分析

在單管單孔注漿過程中，觀察到漿液在被注介質(zhì)中從注漿管口向四周均勻擴(kuò)散，初始階段主要表現(xiàn)為軸向擴(kuò)散，隨著注漿時(shí)間的延續(xù)，以徑向擴(kuò)散為主，結(jié)石體總體呈橢球形；本次注漿試驗(yàn)共得到9組試樣，選取部分代表性注漿結(jié)石體及流型圖，見圖4。

2.2 結(jié)果及分析

通過對注漿結(jié)石體形狀分析可知，結(jié)石體形狀近似為一個(gè)橢球體[7]，可用幾何圖形圖5表示。并對9組試驗(yàn)結(jié)束后的形態(tài)進(jìn)行量測，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2。

將表2試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行回歸分析，即可得到注漿量Q、半軸長a、半軸長b、半軸長c及理論擴(kuò)散半徑R與注漿壓力P、礫石土滲透系數(shù)K、水灰比W間的數(shù)學(xué)模型：

由以上公式可知：影響注漿量最為顯著因素是注漿壓力，其次是水灰比，而被注介質(zhì)的滲透系數(shù)對注漿量影響相對較??；影響半軸長a最為顯著的因素是注漿壓力，其次是水灰比，被注介質(zhì)的滲透系數(shù)對半軸長a影響相對較小。影響半軸長b最為顯著的因素是注漿壓力，其次是水泥漿液的滲透系數(shù)水泥漿液水灰比；影響半軸長c最為顯著的因素是注漿壓力，其次是水泥漿液的水灰比，而被注介質(zhì)的滲透系數(shù)對半軸長c影響相對較??；影響擴(kuò)散半徑最顯著的因素為水泥漿液的水灰比，其次是注漿壓力和滲透系數(shù)。

4 結(jié)論

本文重點(diǎn)研究了水泥漿在被注介質(zhì)中的擴(kuò)散規(guī)律，并通過數(shù)據(jù)分析得到流量、水灰比、注漿壓力、滲透系數(shù)及擴(kuò)散半徑等參數(shù)之間的關(guān)系，具體如下結(jié)論：

①在單管單孔注漿過程中，漿液在被注介質(zhì)中的擴(kuò)散規(guī)律為：初始階段主要表現(xiàn)為軸向擴(kuò)散，隨著注漿時(shí)間的延續(xù)，以徑向擴(kuò)散為主，結(jié)石體總體呈橢球形。

②通過結(jié)石體橢球形態(tài)數(shù)據(jù)分析可知，在影響漿液擴(kuò)散的眾多因數(shù)中，注漿壓力對注漿量、擴(kuò)散半徑及半軸長的影響最為顯著；而被注介質(zhì)的滲透系數(shù)和漿液水灰比對注漿量、擴(kuò)散半徑及半軸長的影響相對較小。本文所得結(jié)果，可為注漿施工過程提供了一定的理論支持，減少注漿現(xiàn)場施工的隱蔽性和不確定性對工程安全帶來的影響。

參考文獻(xiàn)：

[1]王國際.注漿技術(shù)理論與實(shí)踐[M].北京：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2000.

[2]《巖土注漿理論與工程實(shí)例》編寫組.巖土注漿理論與工程實(shí)例[M].北京：科學(xué)出版社，2001.

[3]楊秀珠.賓漢姆漿液擴(kuò)散半徑的研究及應(yīng)用[N].2004，6：75-79.

[4]楊秀珠.冪律型漿液擴(kuò)散半徑研究[N].2013（11）：1083-1085.

[5]胡煥校.粘時(shí)變流體在砂礫層中的滲透擴(kuò)散機(jī)理研究[J].2010，8：61-64.

[6]秦鵬飛.砂礫石土灌漿漿液擴(kuò)散半徑試驗(yàn)研究[J].2014，5：86-101.

[7]楊志全.流變參數(shù)時(shí)變性冪律型水泥漿液的柱形滲透注漿機(jī)制研究，2014，6：1416-1425.