巖土注漿加固理論教學(xué)內(nèi)容課件

11巖土注漿加固理論11巖土注漿加固理論1注漿理論的研究對(duì)象主要是漿液在巖土體中流動(dòng)時(shí)所完成的兩個(gè)主要過(guò)程:(1)物理化學(xué)過(guò)程；(2)流體力學(xué)過(guò)程。物理化學(xué)過(guò)程：注漿材料的凝結(jié)和硬化機(jī)理、漿液的流變性能等；流體力學(xué)過(guò)程：漿液沿注漿管道及在地下沿孔隙或空洞的流動(dòng)擴(kuò)散規(guī)律。注漿理論的研究對(duì)象主要是漿液在巖土體中流動(dòng)時(shí)所完成的兩個(gè)主要2近幾十年來(lái),國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者根據(jù)流變學(xué)和地下水動(dòng)力學(xué)原理對(duì)注漿法進(jìn)行了大量理論研究,發(fā)展了一些注漿理論。但總體來(lái)說(shuō),與注漿材料、注漿工藝、注漿設(shè)備的快速發(fā)展呈鮮明對(duì)比的是注漿理論的研究相對(duì)還比較落后,進(jìn)展緩慢。其主要原因是被注介質(zhì)的不均勻性和不確定性以及漿液本身的多變性，并且注漿機(jī)制的研究一直被人們所忽視,這些都增加了理論分析的困難。近幾十年來(lái),國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者根據(jù)流變學(xué)和地下水動(dòng)力學(xué)原理對(duì)注3注漿技術(shù)的分類：漿液材料：水泥注漿和化學(xué)注漿；漿液性能：粒狀注漿和液體注漿；注漿用途：加固注漿、防滲注漿和基礎(chǔ)托換注漿；注漿壓力：靜壓注漿和高壓注漿；按照地質(zhì)條件、注漿壓力、漿液對(duì)巖土體的作用機(jī)理、漿液的運(yùn)動(dòng)形式和替代方式,注漿可分為滲透注漿、劈裂注漿、壓密注漿、充填注漿(裂隙注漿）和高壓噴射注漿五類。壓密劈裂滲透噴射注漿技術(shù)的分類：壓密劈裂滲透噴射4巖土注漿加固理論教學(xué)內(nèi)容課件5巖土注漿理論是借助于水力學(xué)、流體力學(xué)和固體力學(xué)的理論發(fā)展起來(lái)的，對(duì)漿液的單一流動(dòng)形式進(jìn)行分析，建立壓力、流量、擴(kuò)散半徑、注漿時(shí)間之間的關(guān)系。漿液在地層中往往以多種形式運(yùn)動(dòng)，且這些運(yùn)動(dòng)形式隨著地層的變化、漿液的性質(zhì)和壓力變化而相互轉(zhuǎn)化或并存。如在滲透注漿過(guò)程中存在劈裂現(xiàn)象，在劈裂注漿過(guò)程中存在滲透流動(dòng)等，在壓密注漿過(guò)程中存在劈裂或滲透流動(dòng)。盡管漿液在地層中運(yùn)動(dòng)形式很復(fù)雜，但它在一定條件下總是以某種流動(dòng)形式為主。因此，應(yīng)正確地運(yùn)用注漿理論，使其以所要求的運(yùn)動(dòng)形式為主在地層中流動(dòng)，達(dá)到注漿的目的。巖土注漿理論是借助于水力學(xué)、流體力學(xué)和固體力學(xué)的理論發(fā)展起來(lái)611.1巖土介質(zhì)的可注性注漿法的適用范圍以及對(duì)巖土介質(zhì)的改良結(jié)果，不僅取決于注漿材料的性質(zhì)，也取決于注漿方法和注漿工藝。注漿方法的選擇不僅是注漿設(shè)備的選擇，還要看試驗(yàn)結(jié)果，考慮注漿經(jīng)驗(yàn)是否豐富，注漿管理的方法是否可行等。在注漿工程實(shí)踐中，常常采用聯(lián)合注漿工藝，包括不同漿材及不同注漿方法的聯(lián)合，以適應(yīng)某些特殊的地質(zhì)條件和專門注漿目的，因而注漿法的適用界限變得更加復(fù)雜。11.1巖土介質(zhì)的可注性注漿法的適用范圍以及對(duì)巖土介質(zhì)的改711.1巖土介質(zhì)的可注性在砂礫土層中滲透注漿時(shí)，尤其是當(dāng)漿液的濃度較大時(shí)，要求漿液中的顆粒直徑比土的孔隙小，粒狀漿材中的顆粒才能在孔隙或裂隙中流動(dòng)。但粒狀漿材往往以多粒的形式同時(shí)進(jìn)入孔隙或裂隙，這可導(dǎo)致孔隙的堵塞，因此，僅僅滿足顆粒尺寸小于孔隙尺寸是不夠的；同時(shí)漿液在流動(dòng)過(guò)程中存在著凝結(jié)過(guò)程，也會(huì)造成漿液通道的堵塞；11.1巖土介質(zhì)的可注性在砂礫土層中滲透注漿時(shí)，尤其是當(dāng)漿811.1巖土介質(zhì)的可注性此外，地基土是非均質(zhì)體，裂隙或孔隙的大小不相同，粒狀漿材的顆粒尺寸不均勻，若想封閉所有的孔隙，就要求粒狀漿材的顆粒尺寸必須很小，這從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的角度來(lái)看也是困難的。許多實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，注漿材料能夠順利滲透到土顆粒間的條件是:11.1巖土介質(zhì)的可注性此外，地基土是非均質(zhì)體，裂隙或孔隙911.1巖土介質(zhì)的可注性若土顆粒粒徑≥0.8mm,滲透系數(shù)≥10-1cm/s，水泥漿材可以注入。當(dāng)孔隙尺寸小于這一數(shù)值時(shí)，水泥漿液就不能注人，即使增加注漿壓力也不會(huì)得到理想滲透注漿效果。這時(shí)只有減小粒狀漿材的顆粒尺寸，如采用超細(xì)水泥等，才能得到滿意的結(jié)果。表11-1各種注漿材料的適用范圍材料組成成分顆粒粒徑（mm）地基的滲透系數(shù)（cm/s）適用范圍水泥<0.1～0.08>10-2礫砂、粗砂裂隙寬度>0.2mm膨潤(rùn)土粘土<0.05>10-4砂、礫砂超細(xì)水泥0.012～0.010>10-4砂、礫砂、多孔磚墻，裂隙寬度＞0.05mm的混凝土、巖石化學(xué)漿液>10-7細(xì)砂、砂巖、微裂隙的巖石11.1巖土介質(zhì)的可注性若土顆粒粒徑≥0.8mm,滲1011.2巖土滲透注漿理論滲透注漿(PermeationGrouting)是指在不破壞地層巖土顆粒排列的條件下,漿液充填于顆粒間隙中,從而取代、排出其中的空氣和水,將顆粒膠結(jié)成整體。一般滲透注漿是在不足以破壞地層構(gòu)造的壓力下——即不產(chǎn)生水力劈裂，把漿液注入到粒狀土的孔隙中，從而取代或排出其中的空氣和水。一般滲透注漿要滿足可注性條件。滲透注漿漿液一般均勻地?cái)U(kuò)散到巖土顆粒間的孔隙內(nèi)，將巖土顆粒膠結(jié)起來(lái)，可增強(qiáng)巖土體的強(qiáng)度和防滲能力。11.2巖土滲透注漿理論滲透注漿(PermeationG1111.2巖土滲透注漿理論1)抗?jié)B止水工程:開(kāi)挖豎井、隧道等地下工程,防止和控制涌水;地下工程開(kāi)挖時(shí)防止基礎(chǔ)沉降;壩基防滲注漿,建筑物地基下部或周圍防滲體的建立;基礎(chǔ)及城市地下工程防止流砂管涌及地面隆起等。2)地基加固工程:加固軟弱地基,提高地基土的承載力,擴(kuò)散上部荷載,降低應(yīng)力水平;回升和加固建(構(gòu))筑物地基;地鐵的注漿加固,通過(guò)滲透注漿用以減少施工時(shí)地面位移和控制施工現(xiàn)場(chǎng)土體的位移等;隧洞大開(kāi)挖注漿加固;豎井注漿,用以處理流砂和不穩(wěn)定地層。3)防止變形工程:防止產(chǎn)生滑動(dòng),維持坡面穩(wěn)定;構(gòu)筑物本身的加強(qiáng),開(kāi)挖基坑時(shí)對(duì)附近已有構(gòu)筑物的防護(hù)。4)對(duì)灌注樁的兩側(cè)和底部注漿,用以提高樁與土間的側(cè)摩阻力和樁端土體的力學(xué)強(qiáng)度。在錨桿和錨索施工過(guò)程中,用滲透注漿做成錨固體。11.2巖土滲透注漿理論1)抗?jié)B止水工程:開(kāi)挖豎井、隧道1211.2巖土滲透注漿理論注漿材料在外力作用下可滲入到巖土體的裂隙或孔隙中。一般情況下，注漿壓力越大，注入的漿液量越多，擴(kuò)散的距離也就越遠(yuǎn)，加固的效果也就越好。但注漿材料的滲透性好壞與諸多因素有關(guān)，如:巖土的孔隙率及孔隙大小、材料的可注性、注漿施工方法、地基的非均質(zhì)性、地下水的流動(dòng)、注漿材料的時(shí)間特性等。11.2巖土滲透注漿理論注漿材料在外力作用下可滲入到巖土體1311.2巖土滲透注漿理論漿液擴(kuò)散形狀取決于注漿方式。當(dāng)由鉆桿端孔注漿，注漿孔較深，這時(shí)相當(dāng)于點(diǎn)源，漿液呈球面擴(kuò)散；當(dāng)采用花管式分段注漿，漿液則呈柱面擴(kuò)散。11.2巖土滲透注漿理論漿液擴(kuò)散形狀取決于注漿方式。1411.2.1牛頓流體在地層中的滲透公式漿液具有易流動(dòng)性,靜止時(shí)不能承受切力抵抗剪切變形,但在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下,漿液就具有低抗剪切變形的能力即粘滯性。在剪切變形過(guò)程中,漿體質(zhì)點(diǎn)之間存在著相對(duì)運(yùn)動(dòng),使?jié){體內(nèi)部出現(xiàn)成對(duì)的切力,其作用是抗拒漿體內(nèi)部的相對(duì)運(yùn)動(dòng),從而影響著漿體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。由于這種粘滯性的存在,漿液在運(yùn)動(dòng)中要克服內(nèi)摩擦力而做功。牛頓于1686年提出并驗(yàn)證了此規(guī)律,因此稱為牛頓流體。牛頓流體的本質(zhì)即是在溫度不變的條件下,流體的動(dòng)力粘滯系數(shù)μ值不變,為一固定斜率的直線。11.2.1牛頓流體在地層中的滲透公式漿液具有易流動(dòng)性,靜1511.2.1牛頓流體在地層中的滲透公式牛頓流體是典型的粘性流體，其流變曲線是通過(guò)原點(diǎn)的直線，方程式為:大多數(shù)的化學(xué)漿液都屬于牛頓流體。11.2.1牛頓流體在地層中的滲透公式牛頓流體是典型的粘性1611.2.1牛頓流體在地層中的滲透公式（1）球狀擴(kuò)散理論1）Maag公式Maag于1938年推導(dǎo)出漿液在砂層中的滲透公式。認(rèn)為：注漿材料在土體中流動(dòng)是層流，并服從達(dá)西定律；地基是均質(zhì)的半無(wú)限體；在地下水位以下注漿時(shí)，地下水無(wú)動(dòng)水壓力；不考慮注漿材料的密度與水的密度的差別；在注漿期間，注漿材料的粘度不變；注漿源為點(diǎn)源，漿液在地層中呈球狀擴(kuò)散。11.2.1牛頓流體在地層中的滲透公式（1）球狀擴(kuò)散理論1711.2.1牛頓流體在地層中的滲透公式根據(jù)達(dá)西定律：式中根據(jù)邊界條件可推導(dǎo)出和已知，同時(shí)考慮，即，則得到：11.2.1牛頓流體在地層中的滲透公式根據(jù)達(dá)西定律：1811.2.1牛頓流體在地層中的滲透公式2）Raffle-Greenwood公式Raffle和Greenwood推導(dǎo)出注漿點(diǎn)源的球形擴(kuò)散半徑、漿液流量和漿液壓力之間的關(guān)系式為漿液從注漿點(diǎn)源擴(kuò)散到半徑為的球面所需的時(shí)間為Raffle-Greenwood公式可簡(jiǎn)化為Maag公式。11.2.1牛頓流體在地層中的滲透公式2）Raffle-G1911.2.1牛頓流體在地層中的滲透公式（2）柱面擴(kuò)散公式柱狀注漿時(shí)液面擴(kuò)散方式如圖所示，根據(jù)達(dá)西定律有當(dāng)時(shí)，；時(shí)，，可推導(dǎo)出已知，，可得非水溶性漿液滲透擴(kuò)散理論可參考有關(guān)資料。11.2.1牛頓流體在地層中的滲透公式（2）柱面擴(kuò)散公式2011.2.2賓漢姆流體在地層中的滲透公式賓漢姆流體是典型的塑性流體，其流變曲線是不通過(guò)原點(diǎn)的直線。流體具有這種性質(zhì)的原因是由于流體含有一定的顆粒濃度，在靜止?fàn)顟B(tài)下形成顆粒之間的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。在外部施加的剪切力很小時(shí)，漿液只會(huì)產(chǎn)生類似于固體的彈性變形。當(dāng)剪切力達(dá)到破壞極限后(超過(guò)內(nèi)聚力)，漿體才會(huì)發(fā)生類似于牛頓流體的流動(dòng)，漿液的這種性質(zhì)稱為塑性。（塑性體）11.2.2賓漢姆流體在地層中的滲透公式賓漢姆流體是典型的2111.2.2賓漢姆流體在地層中的滲透公式賓漢姆流體的流變方程表示為塑性流體的表觀粘度為牛頓流體11.2.2賓漢姆流體在地層中的滲透公式賓漢姆流體的流變方2211.2.2賓漢姆流體在地層中的滲透公式可見(jiàn)，賓漢姆流體比牛頓流體具有較高的流動(dòng)阻力，注：賓漢姆型漿液需要較大的壓力，漿液才能擴(kuò)散較遠(yuǎn)。多數(shù)粘土漿液和一些粘度很大的化學(xué)漿液屬于賓漢姆流體；水泥漿由牛頓流體轉(zhuǎn)變?yōu)橘e漢姆流體的臨界水灰比發(fā)生在W／C接近于1處，水灰比大于1屬于牛頓流體，水灰比小于1為賓漢姆流體。11.2.2賓漢姆流體在地層中的滲透公式可見(jiàn)，賓漢姆流體比2311.2.2賓漢姆流體在地層中的滲透公式對(duì)于賓漢姆流體柱面擴(kuò)散方式來(lái)說(shuō)，根據(jù)滲流微分方程賓漢姆流體在粗顆粒巖土體中滲透系數(shù)為經(jīng)整理后得塑性流體隨時(shí)間而變化的流動(dòng)規(guī)律11.2.2賓漢姆流體在地層中的滲透公式對(duì)于賓漢姆流體柱面2411.2.2賓漢姆流體在地層中的滲透公式當(dāng)>>時(shí)，可忽略不計(jì)，取，。計(jì)算在已知時(shí)間T及注漿流量

Q為常量時(shí)的注漿擴(kuò)散半徑注漿流量從而11.2.2賓漢姆流體在地層中的滲透公式當(dāng)>>2511.2.2賓漢姆流體在地層中的滲透公式以上公式可解決的注漿工程問(wèn)題：（1）已知和，根據(jù)公式可計(jì)算出擴(kuò)散半徑。（2）已知壓差（）及注漿時(shí)間時(shí)，按照公式

計(jì)算注漿擴(kuò)散半徑。（3）已知注漿流量及擴(kuò)散半徑，可按照公式計(jì)算孔底最大壓力()，并根據(jù)公式計(jì)算注漿時(shí)間。（4）塑性流體的滲透系數(shù)、有效粘度都是半徑的函數(shù)，在向孔隙介質(zhì)注入分散性漿液時(shí)，隨著時(shí)間的變化(半徑的增大)，將出現(xiàn)介質(zhì)的滲透率下降。11.2.2賓漢姆流體在地層中的滲透公式以上公式可解決的注26注漿材料的流變特性漿液在孔隙中流動(dòng)，其流變學(xué)特性取決于漿液材料的結(jié)構(gòu)特性，可分為牛頓體和非牛頓體。

不遵循牛頓內(nèi)摩擦定律的流體的統(tǒng)稱。有些非牛頓流體的流變特性,還隨外力作用的時(shí)間而變化,故可分為與時(shí)間無(wú)關(guān)的及與時(shí)間有關(guān)的兩種。還有一種既有粘性,又有彈性的流體,稱粘彈性流體。

我們研究流體的流變學(xué)特征，一般是假定被測(cè)液體為牛頓流體，但是，實(shí)際上自然界90%的流體為非牛頓流體。

注漿材料的流變特性漿液在孔隙中流動(dòng)，其流變學(xué)特性取決于漿液材27注漿材料的流變特性流動(dòng)好的化學(xué)漿液屬于牛頓體

水泥、粘土、污泥、瀝青等都可當(dāng)作賓漢流體來(lái)考慮。

賓漢流體只有切應(yīng)力(超過(guò)屈服）才能產(chǎn)生相對(duì)流動(dòng)。

粘度是漿液的最主要的流變參數(shù)。注漿材料的流變特性流動(dòng)好的化學(xué)漿液屬于牛頓體

水泥、粘土、污28注漿材料的流變特性反映了粘度不變及粘度漸變型漿液粘度隨時(shí)間變化規(guī)律。粘度不變型粘度漸變型瞬時(shí)

凝膠完全

凝膠凝膠

時(shí)間點(diǎn)指數(shù)規(guī)律，漸變型高壓與低壓下漿液粘度變化注漿材料的流變特性反映了粘度不變及粘度漸變型漿液粘度隨時(shí)間變2911.2.3滲透注漿的極限壓力現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明,進(jìn)行土層滲透注漿,如果注漿壓力在一定條件下,漿液就會(huì)均勻滲透,但如果超過(guò)某一極限注漿壓力(Pmax),漿液將由滲透轉(zhuǎn)化為劈裂。只有當(dāng)注漿壓力小于Pmax時(shí),才能保證漿液在土層中均勻滲透。11.2.3滲透注漿的極限壓力現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明,進(jìn)行土層滲透3011.2.3滲透注漿的極限壓力在半無(wú)限空間可滲透注漿的土體內(nèi)注漿時(shí)，如果注漿壓力超過(guò)某一極限值()，漿液流動(dòng)將會(huì)由滲透方式轉(zhuǎn)化為劈裂方式。只有當(dāng)注漿壓力小于時(shí)，才能保證漿液在土中是滲透的。滲透注漿極限壓力的表達(dá)式為注漿后一般注漿壓力迅速增加，注漿孔附近形成不穩(wěn)定漿液，略去漿液滲透力對(duì)土體應(yīng)力場(chǎng)的影響，上式簡(jiǎn)化為11.2.3滲透注漿的極限壓力在半無(wú)限空間可滲透注漿的土體31歷史上,國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)滲透注漿進(jìn)行了理論研究,代表性的有球型擴(kuò)散Magg(1938)公式、Raffle-Greenwood(1961)公式、柱型擴(kuò)散公式、袖套管法計(jì)算公式、賓漢流體擴(kuò)散公式、粘時(shí)變流體在地層中的滲透公式、劉嘉材的單平板裂隙注漿滲透模型、Baker(1955)通過(guò)圖解法得出的漿液在孔隙中的擴(kuò)散規(guī)律、Louis的牛頓漿液在二維粗糙裂隙中的流動(dòng)公式,此后,Wittke,Wallner,H.B加賓,G.Lombadi,Amadei等相繼推導(dǎo)出了賓漢流體在裂隙中的流動(dòng)規(guī)律,前蘇聯(lián)學(xué)者進(jìn)行了細(xì)砂層中漿液擴(kuò)散參數(shù)的實(shí)驗(yàn)研究,奧地利學(xué)者進(jìn)行了單裂隙漿液流動(dòng)過(guò)程的模擬實(shí)驗(yàn),還有我國(guó)水利水電科學(xué)研究院研制的平板型注漿實(shí)驗(yàn)臺(tái)以及東北大學(xué)研制的槽型反扁圓柱狀試驗(yàn)臺(tái)等,這些實(shí)驗(yàn)和理論都促進(jìn)了滲透注漿技術(shù)理論的發(fā)展。歷史上,國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)滲透注漿進(jìn)行了理論研究,代表性的32但是,上述計(jì)算公式和理論都是在特定的物理模型基礎(chǔ)上得到的,它們總結(jié)了注漿中的一些規(guī)律,具有一定的理論價(jià)值,但是由于復(fù)雜的地層條件和注漿工程的隱蔽性,應(yīng)該說(shuō)沒(méi)有任何一個(gè)公式能真正準(zhǔn)確地反映出工程中漿液的流動(dòng)規(guī)律,這些公式都存在缺陷,甚至與實(shí)際情況相差很大。目前滲透注漿理論仍然存在著許多問(wèn)題有待于深入研究,滲透注漿存在的不足如下：滲透注漿理論公式的不足但是,上述計(jì)算公式和理論都是在特定的物理模型基礎(chǔ)上得到的,331)現(xiàn)有滲透注漿理論都沒(méi)有考慮被注介質(zhì)的非均質(zhì)性和各向異性,應(yīng)建立一種適用于各向異性的滲透注漿理論;2)滲透注漿施工過(guò)程的監(jiān)控及注漿效果的檢測(cè)技術(shù)目前還不成熟,仍然是注漿技術(shù)的一個(gè)薄弱環(huán)節(jié),對(duì)注漿效果也沒(méi)有一個(gè)明確的判別標(biāo)準(zhǔn),往往憑經(jīng)驗(yàn)定性判斷;3)滲透注漿工程的注漿效果與被注介質(zhì)的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)有相當(dāng)密切的關(guān)系,而目前的注漿理論僅對(duì)注漿技術(shù)本身進(jìn)行研究,缺乏對(duì)被注介質(zhì)的研究。滲透注漿理論公式的不足1)現(xiàn)有滲透注漿理論都沒(méi)有考慮被注介質(zhì)的非均質(zhì)性和各向異性34西馬山防洪壩滲透注漿加固工程西馬山礦井防洪壩,是采用礦山排棄廢石沿微山湖邊堆集而成。防洪壩滲透水問(wèn)題,多年來(lái)一直未能得到有效處理,特別是隨著國(guó)家“南水北調(diào)東線工程”的實(shí)施,微山湖水位將進(jìn)一步上漲,防洪壩滲水水量將進(jìn)一步增大,對(duì)防洪壩和礦井安全帶來(lái)了嚴(yán)重的威脅。西馬山防洪壩滲透注漿加固工程西馬山礦井防洪壩,是采用礦山排棄35西馬山防洪壩滲透注漿加固工程西馬山碎石防洪壩三面被微山湖環(huán)繞。壩體上層為礦山排棄碎石堆積層,粒度0～1.5m,大小不均、松散,厚度4～5米,是防洪壩主要滲水層。中層為微山湖第四紀(jì)黑色泥土層,厚度2～3m,不透水。底層為巖漿石,不滲水。由于近年來(lái)微山湖水位上漲,在碎石層與粘土層間出現(xiàn)長(zhǎng)280m大面積滲水帶,部分地點(diǎn)出現(xiàn)管涌狀出水,對(duì)泥土層沖刷嚴(yán)重。井下排水量比正常期增加460m3/h,無(wú)備用排水能力。威脅礦井安全生產(chǎn),增加排水成本。西馬山防洪壩滲透注漿加固工程西馬山碎石防洪壩三面被微山湖環(huán)繞36西馬山防洪壩滲透注漿加固工程在防洪壩滲水280m(兩端各超出最端滲水點(diǎn)40m)長(zhǎng)度范圍內(nèi),利用碎石孔隙與水泥結(jié)合,形成混凝土圍幕封堵滲透水。采取工藝:KD100鉆機(jī),干式鉆孔,孔徑110mm圓環(huán)型合金鉆頭,鉆孔深度5～6m,具體鉆孔深度要求進(jìn)入泥土層0.5m。使用長(zhǎng)度3～4m注漿管,一端配有法蘭盤。在壩體中間,采取雙排鉆孔,水泥、水玻璃雙液注漿,每孔間距2m,2排間距1m。鉆孔布置形式見(jiàn)右圖。西馬山防洪壩滲透注漿加固工程在防洪壩滲水280m(兩端各超37西馬山防洪壩滲透注漿加固工程①鉆孔:采取干式鉆孔,加長(zhǎng)鉆具,控制鉆進(jìn)速度,根據(jù)鉆孔情況及時(shí)下地表管,遇大塊巖石時(shí)可移位鉆孔。②注漿:注漿管下孔深度距泥土層1～2m處為宜,在注漿管上部用法蘭盤與自制雙頭注漿帽聯(lián)接,按兩孔間注漿交圈厚0.5m,近似圓臺(tái)體(上部直徑1.2m、下部直徑1.8m、高4m)及孔隙率25%,計(jì)算每孔總注漿量為1.8m3,水泥量為2t;按250kg/m的水泥量,水泥和水1∶1的比例制漿,先注入純水泥槳,以保證鉆孔注漿交圈厚度,形成圍幕,在注漿同時(shí)觀察周圍地面、注入壓力及滲水點(diǎn)水質(zhì)變化情況,防止地面出漿,在注漿壓力增大和滲水點(diǎn)水質(zhì)變濁時(shí),適時(shí)滲入30°Be,水玻璃20%～30%,進(jìn)行雙液注漿。隨著水玻璃的加入,注漿管逐漸被托起,上升到注漿管2/3位置時(shí),停止注漿,完成該孔施工,進(jìn)行下孔施工。主要材料消耗:水泥500kg/m,水玻璃65kg/m。西馬山防洪壩滲透注漿加固工程①鉆孔:采取干式鉆孔,加長(zhǎng)鉆具38西馬山防洪壩滲透注漿加固工程經(jīng)過(guò)50天的圍幕滲透注漿施工,共完成鉆孔203孔,加固防洪壩280m,經(jīng)地面檢查,各滲水處均被封堵,無(wú)滲水現(xiàn)象。井下泵房排水量恢復(fù)到正常水量,排水量減少460m3/h。對(duì)碎石壩滲水封堵,采用鉆孔圍幕注漿方案,投入少、施工簡(jiǎn)單,取得了較好的封堵效果。西馬山防洪壩滲透注漿加固工程經(jīng)過(guò)50天的圍幕滲透注漿施工,3911.3巖土壓密注漿理論壓密注漿起源于美國(guó),稱其為CPG(compactiongrouting)方法,該法已有60多年的應(yīng)用歷史,1970年Mitchell對(duì)壓密注漿和其它注漿法進(jìn)行了比較,1973年Brom和Winer論述了壓密注漿和注漿力學(xué),1974年Brom和Winer提出了壓密注漿的設(shè)計(jì)和施工準(zhǔn)則,之后,Graf和Winer等人一直致力與壓密注漿技術(shù)的研究。壓密注漿最大優(yōu)點(diǎn)：是它對(duì)于最軟弱土層區(qū)域能起到最大限度的壓密作用。在壓密注漿過(guò)程中,漿泡擠壓鄰近的土體,使土體被壓密,承載力提高,漿液不向土體滲透,只對(duì)土體產(chǎn)生擠壓作用,使土體密實(shí),因而土體不發(fā)生水力劈裂,這就是壓密注漿與劈裂注漿的根本區(qū)別。11.3巖土壓密注漿理論壓密注漿起源于美國(guó),稱其為CPG4011.3巖土壓密注漿理論壓密注漿是用極稠的漿液（塌落度<25mm），通過(guò)鉆孔擠向土體，在注漿處形成球形漿泡，漿體的擴(kuò)散靠對(duì)周圍土體的壓縮。鉆桿自下而上注漿時(shí)，將形成樁式柱體。漿體完全取代了注漿范圍的土體，在注漿鄰近區(qū)存在大的塑性變形帶；離漿泡較遠(yuǎn)的區(qū)域土體發(fā)生彈性變形，因而土的密度明顯增加。壓密注漿的漿液極稠，漿液在土體中運(yùn)動(dòng)是擠走周圍的土，起置換作用，而不向土內(nèi)滲透。它不像滲透注漿，漿液可滲入土顆粒間孔隙內(nèi)，將土顆粒包圍膠結(jié)起來(lái)，壓密注漿的注漿壓力對(duì)土體產(chǎn)生擠壓作用，只使?jié){體周圍土體發(fā)生塑性變形，遠(yuǎn)區(qū)土體發(fā)生彈性變形，而不使土體發(fā)生水力劈裂，這是壓密注漿與劈裂注漿的根本區(qū)別之點(diǎn)。11.3巖土壓密注漿理論壓密注漿是用極稠的漿液（塌落度<24111.3巖土壓密注漿理論在壓密注漿過(guò)程中，剛開(kāi)始時(shí)，漿柱的直徑和體積較小，壓力主要是徑向的也就是水平方向。隨著漿柱體積的增加，將產(chǎn)生較大的向上壓力，壓密注漿的擠密作用和上抬力對(duì)沉陷基礎(chǔ)加固和抬升是非常有效的?，F(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，緊靠漿泡處的密度并不增加，但離漿泡0.3～1.8m內(nèi)有擠密作用，在這個(gè)壓密帶內(nèi)，距漿泡愈遠(yuǎn)，則擠密愈差。對(duì)非飽和土擠密較明顯；對(duì)飽和土，漿泡先引起超孔隙壓力，待孔隙壓力消散后土的密度才會(huì)提高。漿柱體的形狀在均勻地基中是球形和圓柱形，在不均質(zhì)地基中，漿柱大都呈不規(guī)則形狀，漿液總是擠向不均地基中的薄弱土區(qū)，從而使土體的變形性質(zhì)均一化。漿柱體的大小受地基土的密度、含水量、力學(xué)特性、地表約束條件、注漿壓力、注漿速率等因素控制。11.3巖土壓密注漿理論在壓密注漿過(guò)程中，剛開(kāi)始時(shí)，漿柱的4211.3.1壓密注漿漿液的要求壓密注漿既要求漿液在高壓下可泵送（即漿液不能太稠），又要求漿液注入土體后不易產(chǎn)生劈裂破壞（即漿液不能太稀）。

通常采用水泥砂漿。使用的砂料要有一定的級(jí)配，要求100％通過(guò)篩孔直徑為2.36mm的方孔篩，含約20％的50μm細(xì)粒的天然砂。砂粒過(guò)粗，在高壓下漿液容易失水，形成阻塞；

砂粒過(guò)細(xì)，漿液難以控制。一般含水量是干密度的10～20％。含水量控制方法是現(xiàn)場(chǎng)做塌落度試驗(yàn)，實(shí)際上含水量增加一點(diǎn)，塌落度成倍增加。例如含水量為100％時(shí)，塌落度為25mm。當(dāng)含水量增加1％，塌落度可達(dá)到50mm。塌落度參照標(biāo)準(zhǔn)混凝土塌落度試驗(yàn)要求，我國(guó)規(guī)定塌落度為25～75mm。11.3.1壓密注漿漿液的要求壓密注漿既要求漿液在高壓下可4311.3.2壓密注漿的力學(xué)機(jī)制壓密注漿形成漿泡后，其半徑隨著注漿壓力的增大而增大（I曲線）。當(dāng)漿泡的水平投影面積與注漿壓力之乘積（即上抬力）足以將上覆土層抬起時(shí)，注漿壓力不再升高，應(yīng)停止注漿。對(duì)給定的上覆土層厚度而言，導(dǎo)致上抬所需之注漿壓力與漿泡半徑或水平投影面積有關(guān)（II曲線）曲線I和曲線Ⅱ的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的壓力就是該注漿點(diǎn)的上抬壓力:它隨著上覆土層的厚度、地基剛度的增加而增加，而地基土的剛度又與土類型、密實(shí)度、含水量及注漿速率有關(guān)。11.3.2壓密注漿的力學(xué)機(jī)制壓密注漿形成漿泡后，其半徑隨4411.3.2壓密注漿的力學(xué)機(jī)制壓密注漿的主要控制因素是注漿壓力，注漿壓力的大小與注漿速率有直接的關(guān)系。大多數(shù)工程的起始注漿速率為20～30L/min。如果壓力增加較慢，則注漿速率可緩慢提高。壓力增加的最大速率為20～40kPa/min。當(dāng)壓力的增加呈平穩(wěn)上升時(shí)，表明基土是比較均勻的。當(dāng)壓力變化波動(dòng)較大時(shí)，則表明基土具有很大不均質(zhì)性。（a）均質(zhì)基土（b）非均質(zhì)基土圖11-7注漿壓力特性11.3.2壓密注漿的力學(xué)機(jī)制壓密注漿的主要控制因素是注漿4511.3.2壓密注漿的力學(xué)機(jī)制假定注漿速率為常數(shù)，則注漿壓力與時(shí)間關(guān)系可繪成曲線:如果壓力突然增大，可能發(fā)生阻塞或堵管；如果壓力突然停止增加或減小，可能地面已開(kāi)始隆起，或漿液遇到空洞。圖11-8注漿壓力與時(shí)間關(guān)系1-砂阻塞；2-正常情況；3-隆起

11.3.2壓密注漿的力學(xué)機(jī)制假定注漿速率為常數(shù)，則注漿壓4611.3.3壓密注漿的抬升作用壓密注漿可以引起三種土體變形模式。哪種模式的出現(xiàn)取決于漿泡和周圍土體接觸面的空腔壓力。當(dāng)上抬力超過(guò)上層土重量時(shí)，一個(gè)圓錐型破壞模式將會(huì)發(fā)生，相應(yīng)的地面隆起就變得明顯。當(dāng)上抬力不足上層土重時(shí)，周圍土僅發(fā)生彈性或塑性膨脹，地面抬升很小。特別注意，當(dāng)破壞模式變化時(shí)，漿液很容易沿裂面竄到地面，發(fā)生明顯的水力劈裂現(xiàn)象。圖11-9土體的三種變形模型11.3.3壓密注漿的抬升作用壓密注漿可以引起三種土體變形4711.3.3壓密注漿的抬升作用引起錐型剪切破壞的機(jī)理是非常復(fù)雜的。原因在于錐與周圍土之間的摩擦力很難確定。假設(shè)處于極限狀態(tài)，摩擦力可以忽略，Moh.Yany和H.Wang(1994)建立了錐型破壞條件：當(dāng)考慮柱子荷載時(shí)，則11.3.3壓密注漿的抬升作用引起錐型剪切破壞的機(jī)理是非常48雖然壓密注漿的機(jī)理先后被國(guó)外的學(xué)者探討過(guò),但是,目前對(duì)壓密注漿的認(rèn)識(shí)還主要是依靠工程經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)。該方法最適用的土體是滲透注漿所不能進(jìn)行的細(xì)砂層、粉砂層、黏土層等,也可用于有充分排水條件的粘土和非飽和粘性土,在大開(kāi)挖或隧道開(kāi)挖時(shí)對(duì)鄰近土進(jìn)行加固,特別是對(duì)已建成的建筑物軟基,進(jìn)行壓密注漿加固是提高地基承載力的一種良好手段。目前,與國(guó)外的壓密注漿工藝相比,我國(guó)所進(jìn)行的壓密注漿工藝,在注漿點(diǎn)周圍鄰近土體的加固強(qiáng)度指標(biāo)很難達(dá)到理想的設(shè)計(jì)要求,在工藝方面還需要進(jìn)一步的改進(jìn)。對(duì)壓密注漿的認(rèn)識(shí)雖然壓密注漿的機(jī)理先后被國(guó)外的學(xué)者探討過(guò),但是,目前對(duì)壓49壓密注漿處理濕陷性黃土地基研究證明，對(duì)于一般黃土，在干密度≥15kN/m3時(shí)，濕陷性消失，對(duì)于新近堆積的濕陷性黃土，干密度≈15kN/m3時(shí)，仍具有明顯的濕陷性，只有當(dāng)干密度大于15kN/m3較多時(shí)，濕陷性才消失。因此，可用注漿的方法提高濕陷性黃土的密實(shí)度（增大），消除其濕陷性，提高其承載力。選用何種注漿材料在很大程度上決定了工程造價(jià)、施工的難易和加固效果。處理濕陷性黃土，對(duì)所選用的材料有如下要求：1）可就地取材，價(jià)格低廉，以降低工程造價(jià)；2）耐久性好；3）盡可能使用工業(yè)廢料；4）在滿足可注性要求的前提下，盡量提高漿液中固體物含量，以免漿液析出較多的水，影響黃土地基的承載力?？捎玫牟牧现饕校悍奂?xì)砂、粉煤灰、水泥、黃土、水玻璃等。壓密注漿處理濕陷性黃土地基研究證明，對(duì)于一般黃土，在干密度≥50壓密注漿處理濕陷性黃土地基

壓密注漿處理濕陷性黃土地基51壓密注漿處理濕陷性黃土地基

水泥-水玻璃漿液凝膠速度快，結(jié)石率高，早期強(qiáng)度也高，但材料費(fèi)用大，可在應(yīng)急工程中采用；采用水泥-黃土漿液可有效降低工程造價(jià)，而且處理后的地基能夠滿足工程需要；若加固工程附近有可利用的工業(yè)廢料，可使用水泥-黃土-粉煤灰漿液，既可降低工程成本，又可化害為利、保護(hù)環(huán)境。增加漿液中固體物含量是提高加固效果，降低工程造價(jià)的有效措施。注漿的目的有兩個(gè)：一是消除黃土的濕陷性；二是提高地基承載力。

壓密注漿處理濕陷性黃土地基水泥-水玻璃漿液凝膠速度快，結(jié)石52壓密注漿處理濕陷性黃土地基

壓密注漿工藝流程壓密注漿處理濕陷性黃土地基壓密注漿工藝流程5311.4巖土體劈裂注漿理論劈裂注漿是目前應(yīng)用最廣泛的一種注漿方法，其理論研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于工程應(yīng)用。圖11-10土體中的應(yīng)力和劈裂面劈裂注漿是在鉆孔內(nèi)施加液體壓力于弱透水性地基中，當(dāng)液體壓力超過(guò)劈裂壓力（滲透注漿和壓密注漿的極限壓力）時(shí)土體產(chǎn)生水力劈裂，也就是在土體內(nèi)突然出現(xiàn)一裂縫，于是吃漿量突然增加。劈裂面發(fā)生在阻力最小的應(yīng)力面，劈裂壓力與地基中小主應(yīng)力及抗拉強(qiáng)度成正比，漿液愈稀，注入愈慢，則劈裂壓力愈小。劈裂注漿在鉆孔附近形成網(wǎng)狀漿脈，通過(guò)漿脈擠壓土體和漿脈骨架作用加固土體。11.4巖土體劈裂注漿理論劈裂注漿是目前應(yīng)用最廣泛的一種注5411.4.1劈裂注漿過(guò)程及力學(xué)分析實(shí)驗(yàn)表明，劈裂注漿是一個(gè)先壓密后劈裂的過(guò)程。漿液在土體中流動(dòng)可分為三個(gè)階段：（1）第一階段——鼓泡壓密階段剛開(kāi)始注漿，漿液所具備的能量不大，不能劈裂地層，漿液聚集在注漿管孔附近，形成橢球形泡體擠壓土體，其壓力和流量曲線如圖所示，曲線的初始部分吃漿量少，而壓力增長(zhǎng)快，說(shuō)明土體尚未裂開(kāi)，曲線中的第一個(gè)峰值壓力（點(diǎn)壓力）即為啟裂壓力。啟裂壓力前的曲線段稱為鼓泡壓密階段（與壓密注漿相似）。11.4.1劈裂注漿過(guò)程及力學(xué)分析實(shí)驗(yàn)表明，劈裂注漿是一個(gè)5511.4.1劈裂注漿過(guò)程及力學(xué)分析（1）第一階段——鼓泡壓密階段鼓泡壓密作用可用承受內(nèi)壓的厚壁圓筒模型來(lái)分析，可近似地用彈性理論的平面應(yīng)變問(wèn)題求徑向位移以估計(jì)土體的壓密變形。徑向位移可用下式計(jì)算：11.4.1劈裂注漿過(guò)程及力學(xué)分析（1）第一階段——鼓泡壓5611.4.1劈裂注漿過(guò)程及力學(xué)分析（2）第二階段——劈裂流動(dòng)階段當(dāng)壓力大到一定程度時(shí)（啟裂壓力），漿液在地層中產(chǎn)生劈裂流動(dòng)，劈裂面發(fā)生在阻力最小的小主應(yīng)力面。當(dāng)?shù)貙哟嬖谝延械能浫跗屏衙?，先沿著軟弱面劈裂流?dòng)。當(dāng)?shù)貙颖容^均勻時(shí)，初始劈裂面是垂直的。劈裂壓力與地層中小主應(yīng)力及抗拉強(qiáng)度成正比，垂直劈裂壓力為11.4.1劈裂注漿過(guò)程及力學(xué)分析（2）第二階段——劈裂流5711.4.1劈裂注漿過(guò)程及力學(xué)分析（2）第二階段——劈裂流動(dòng)階段劈裂流動(dòng)階段的基本特征：壓力值先很快降低，維持在一低壓值左右擺動(dòng)，但是由于漿液在劈裂面上形成的壓力推動(dòng)裂縫迅速?gòu)堥_(kāi)，而在裂縫的最前端出現(xiàn)應(yīng)力集中，所以這時(shí)壓力雖然低，卻能使裂縫迅速發(fā)展。11.4.1劈裂注漿過(guò)程及力學(xué)分析（2）第二階段——劈裂流5811.4.1劈裂注漿過(guò)程及力學(xué)分析（3）第三階段——被動(dòng)土壓力階段裂縫發(fā)展到一定程度，注漿壓力又重新上升，地層中大小主應(yīng)力方向發(fā)生變化，水平向主應(yīng)力轉(zhuǎn)化為被動(dòng)土壓力狀態(tài)（即水平主應(yīng)力為最大主應(yīng)力），這時(shí)需要有更大的注漿壓力才能使土中裂縫加寬或產(chǎn)生新的裂縫，出現(xiàn)第二個(gè)壓力峰值（圖中c點(diǎn)），由于此時(shí)水平向應(yīng)力大于垂直向應(yīng)力，地層出現(xiàn)水平向裂縫（即二次劈裂），水平劈裂壓力為11.4.1劈裂注漿過(guò)程及力學(xué)分析（3）第三階段——被動(dòng)土5911.4.1劈裂注漿過(guò)程及力學(xué)分析（3）第三階段——被動(dòng)土壓力階段被動(dòng)土壓力階段是劈裂注漿加固土地基的關(guān)鍵階段，垂直劈裂后大量注漿，使小主應(yīng)力有所增加，縮小了大小主應(yīng)力之間的差別，提高了土體的穩(wěn)定性，在產(chǎn)生水平劈裂后形成水平方向漿脈時(shí)，可使基礎(chǔ)上抬和糾偏。漿脈網(wǎng)的作用是提高土體的法向應(yīng)力之和。并提高土體的剛度。實(shí)際注漿過(guò)程中，在地層很淺時(shí)，漿液沿水平剪切方向流動(dòng)會(huì)在地表出現(xiàn)冒漿現(xiàn)象，因此，劈裂注漿的極限壓力值可滿足下式：11.4.1劈裂注漿過(guò)程及力學(xué)分析（3）第三階段——被動(dòng)土6011.4.1劈裂注漿過(guò)程及力學(xué)分析法默等人對(duì)土體劈裂注漿引起的地面抬升提出了計(jì)算方法，假定土體存在著截端圓錐體破壞帶，如圖11-12所示。

截端圓錐體重：截錐體抗剪強(qiáng)度：上抬力：抬升條件：圖11-12截圓錐體地面抬升示意圖11.4.1劈裂注漿過(guò)程及力學(xué)分析法默等人對(duì)土體劈裂注漿引6111.4.2劈裂注漿的能量分析開(kāi)挖掘進(jìn)時(shí),圍巖受到爆破、空氣、水、地溫、地應(yīng)力的作用,礦物的物理化學(xué)反應(yīng),圍巖的變形、加固和支護(hù),這些都是能量吸放的結(jié)果。劈裂注漿加固圍巖所耗能量包括:一部分消耗于注漿改善圍巖結(jié)構(gòu)而被圍巖所吸收,它轉(zhuǎn)化為圍巖和漿體的變形能而貯存其中,成為圍巖內(nèi)部潛能的組成部分;另一部分是注漿劈裂過(guò)程中所消耗的能量。根據(jù)能量守恒原理，注漿所耗能量應(yīng)等于存貯在土體中的能量加上劈裂過(guò)程所耗能量，即注漿所耗總能量與注漿速率和注漿壓力有關(guān)：由于劈裂過(guò)程的復(fù)雜性和漿液充填、擴(kuò)散、分布的非均勻性,以及圍巖本身結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,構(gòu)成劈裂注漿所耗能量的各部分有待繼續(xù)研究,并以此選擇合理的注漿壓力和流量。11.4.2劈裂注漿的能量分析開(kāi)挖掘進(jìn)時(shí),圍巖受到爆破、空62對(duì)劈裂注漿的認(rèn)識(shí)劈裂注漿在巖土工程（地下工程）施工中有著廣泛的應(yīng)用,國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)如何確定其注漿范圍、注漿壓力、注漿材料及注漿量等參數(shù)都做過(guò)大量的探討和研究。但是在實(shí)際工程中大部分的注漿設(shè)計(jì)都是建立在經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行,目前并沒(méi)有較合理的理論方法。地下工程一經(jīng)開(kāi)挖擾動(dòng)將出現(xiàn)破裂區(qū)、塑性區(qū)和彈性區(qū),應(yīng)力重新分布,在此圍巖中鉆孔將再次引起應(yīng)力重新分布。劈裂注漿導(dǎo)致產(chǎn)生新的裂縫及原有的裂縫的擴(kuò)展,并使其充滿與圍巖凝固膠結(jié)。對(duì)劈裂注漿的認(rèn)識(shí)劈裂注漿在巖土工程（地下工程）施工中有著廣泛63劈裂注漿過(guò)程的總結(jié)1)漿液充滿注漿開(kāi)始,漿液充滿注漿管、注漿孔和圍巖中較大的裂隙;2)初次劈裂當(dāng)填充階段結(jié)束后,注漿壓力將很快上升,直至孔內(nèi)漿液壓力達(dá)到起裂壓力時(shí),初次劈裂將在最小主應(yīng)力面發(fā)生,隨后漿液壓力迅速下降,而流量增大;3)二次劈裂階段初次劈裂階段結(jié)束后,注漿流量增加導(dǎo)致注漿壓力繼續(xù)回升,漿液流量又將繼續(xù)減少,即而又產(chǎn)生二次劈裂,此時(shí)的注漿壓力大于初次劈裂的壓力;劈裂注漿過(guò)程的總結(jié)1)漿液充滿注漿開(kāi)始,漿液充滿注漿管64劈裂注漿過(guò)程的總結(jié)4)三次劈裂階段過(guò)程與二次劈裂相似,不過(guò)注漿壓力更高;5)結(jié)束注漿階段注漿壓力上升到規(guī)定壓力時(shí)結(jié)束注漿。劈裂注漿的全過(guò)程從力學(xué)上說(shuō)有兩方面的機(jī)制:1)漿液傳導(dǎo)作用,即漿液順著裂隙及土體顆粒間隙流動(dòng)充填,使巖土體的密度和壓力都增加,這是一組傳導(dǎo)方程控制的過(guò)程;2)劈裂注漿的效果,還表現(xiàn)為裂隙的張開(kāi),壓力能量的耗散及裂隙的壓力殘存,這是一組能量方程控制的過(guò)程;劈裂注漿過(guò)程的總結(jié)4)三次劈裂階段過(guò)程與二次劈裂相似,65對(duì)劈裂注漿的認(rèn)識(shí)需要指出的是，在裂隙巖石中注漿時(shí),控制水力劈裂發(fā)生和發(fā)展的主要因素為巖土體中已經(jīng)存在的軟弱構(gòu)造,現(xiàn)場(chǎng)研究結(jié)果也證明,多數(shù)劈裂裂縫并不受主應(yīng)力方向的控制,而取決于裂隙和軟弱夾泥的存在及其產(chǎn)狀。對(duì)劈裂注漿的認(rèn)識(shí)需要指出的是，在裂隙巖石中注漿時(shí),控制水力6611.4.3壓密注漿和劈裂注漿的關(guān)系壓密注漿是通過(guò)漿泡擠壓相鄰?fù)馏w達(dá)到加固目的，而劈裂注漿則是通過(guò)漿脈來(lái)擠壓和加固鄰近土體（圖11-13）。（a）壓密注漿（b）劈裂注漿圖11-14壓密注漿與劈裂注漿圖11-13壓密注漿和劈裂注漿對(duì)比加固力學(xué)比較緊靠漿泡處土中應(yīng)力增量隨著距離增大迅速減小（圖11-14）。11.4.3壓密注漿和劈裂注漿的關(guān)系壓密注漿是通過(guò)漿泡擠壓6711.4.3壓密注漿和劈裂注漿的關(guān)系劈裂注漿漿脈內(nèi)漿液壓力遠(yuǎn)小于漿泡壓力，引起的應(yīng)力增量極小，不過(guò)漿脈延伸的很遠(yuǎn)，它與土的接觸面積遠(yuǎn)大于漿泡與土的接觸面積，并且它在遠(yuǎn)離注漿孔處的值降低很小。如圖中的曲線以下面積F表示劈裂注漿的加固效果。在鉆孔中注漿量相同的條件下，壓密注漿的加固作用強(qiáng)，但影響范圍小，劈裂注漿的加固作用弱，但影響范圍大。壓密注漿與劈裂注漿加固力學(xué)比較壓密注漿劈裂注漿11.4.3壓密注漿和劈裂注漿的關(guān)系劈裂注漿漿脈內(nèi)漿液壓力6811.4.3壓密注漿和劈裂注漿的關(guān)系在壓密注漿過(guò)程中，必須采用稠漿和快速注入，然而實(shí)際中，經(jīng)常發(fā)生稠漿堵塞輸漿管現(xiàn)象。當(dāng)采用稀漿沖洗時(shí)，從而出現(xiàn)注漿壓力突然下降現(xiàn)象，壓密注漿可轉(zhuǎn)化為劈裂注漿。然而，在劈裂注漿過(guò)程中，土體一旦劈開(kāi)，即使將稀漿改用稠漿，劈裂注漿也不會(huì)轉(zhuǎn)化為壓密注漿。11.4.3壓密注漿和劈裂注漿的關(guān)系在壓密注漿過(guò)程中，必須69劈裂注漿加固黃土地基實(shí)踐某機(jī)場(chǎng)主跑道南北長(zhǎng)3400m，東西寬45m，地層自上而下為：黃土、砂礫層和基巖。黃土層北端厚2.4～4.0m，向南逐漸變厚為7.6～8.4m，屬Ⅱ級(jí)自重濕陷性，孔隙比0.9～1.2，含水量為15％～40％，變化較大，北部含水量普遍較大，多為軟塑～流塑狀態(tài)，南部及中段含水量較小，多為可塑～軟塑狀態(tài)。黃土層垂直節(jié)理發(fā)育，病害主要表現(xiàn)為：裂隙、洞穴、軟土帶和塌陷四種，分布在18個(gè)病區(qū)。

劈裂注漿加固黃土地基實(shí)踐某機(jī)場(chǎng)主跑道南北長(zhǎng)3400m，東西寬70注漿材料為水泥、細(xì)砂和粉煤灰，漿液配比為水泥：砂：粉煤灰=1:2:2，水灰比為1:1。加固范圍南北長(zhǎng)3400m，東西寬17～45m，加固厚度自0.8m以下1.5～3.5m，布設(shè)注漿孔1.8萬(wàn)個(gè)，加固土方3.4萬(wàn)m3。需要說(shuō)明的是，起始劈裂壓力和擴(kuò)展壓力并不同時(shí)存在，不能疊加。注漿過(guò)程中，地基土開(kāi)裂后，起始劈裂壓力自然會(huì)稍降且過(guò)渡到擴(kuò)展壓力。根據(jù)公式來(lái)確定注漿壓力實(shí)際上是半經(jīng)驗(yàn)半理論的。注漿設(shè)計(jì)要求將最大壓力定為1.6MPa，穩(wěn)定壓力定為1.0MPa。結(jié)果使跑道面上抬和跑漿現(xiàn)象較為普遍，因此，只得將最大瞬時(shí)壓力定為1.0MPa，穩(wěn)定壓力不大于0.5MPa。注漿材料為水泥、細(xì)砂和粉煤灰，漿液配比為水泥：砂：粉煤灰=171在副跑道北端經(jīng)注漿加固后，承載力變化不大，甚至有減小的趨勢(shì)。這是因該區(qū)含水量較大，且多呈流塑狀態(tài)的原因。因此，用劈裂注漿加固流塑狀態(tài)粘性土?xí)r應(yīng)慎重，至少應(yīng)調(diào)整漿液配方，用粒狀漿材來(lái)加固流塑土的作用機(jī)理已不是以劈裂為主了，而是混合與置換，固結(jié)體由片狀為主變?yōu)橐詧F(tuán)狀為主。副跑道北端靜力觸探試驗(yàn)結(jié)果（注漿7天）在副跑道北端經(jīng)注漿加固后，承載力變化不大，甚至有減小的趨勢(shì)。72主跑道南端經(jīng)注漿加固后，地基承載力有明顯提高。這是由于南端地基土一般為可塑—軟塑狀態(tài)的緣故。由此可見(jiàn)，采用劈裂注漿加固含水量相對(duì)較低的黃土地基效果較好。主跑道北端靜力觸探試驗(yàn)結(jié)果（注漿3～5天）

主跑道南端經(jīng)注漿加固后，地基承載力有明顯提高。這是由于南端地7311.5裂隙巖體的注漿理論充填或裂隙注漿：巖體裂隙、節(jié)理和斷層的防滲注漿，或者洞穴、構(gòu)造斷裂帶、隧道襯砌壁后注漿，或者采空區(qū)注漿、回填土的孔隙填充注漿等都屬于此類，其形式都是將一定的漿液注入巖(土)體的空穴、裂隙內(nèi)，通過(guò)漿液由液相轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔啵赃_(dá)到填實(shí)加固和止水的目的。以防水為目的的帷幕注漿主要使用防滲材料;以巖體加固為目的的固結(jié)注漿主要使用高強(qiáng)度材料。土層充填注漿一般注漿深度不大，靜壓注漿即可;巖層裂隙、采空區(qū)注漿一般注漿深度大，壓力也較高。裂隙巖體的帷幕注漿和固結(jié)注漿，都是將一定的漿液注入到巖體裂隙內(nèi)。帷幕注漿的漿材主要是防滲材料；固結(jié)注漿的漿材主要是高強(qiáng)度材料。11.5裂隙巖體的注漿理論充填或裂隙注漿：巖體裂隙、節(jié)理74裂隙注漿技術(shù)工程實(shí)踐

深孔全封閉預(yù)注漿法防治隧道斷層破碎帶透水

本溪八盤嶺隧道有長(zhǎng)410m的斷層帶，其中250m由F6、F7兩條區(qū)域性斷裂層組成。由于受東西向主壓應(yīng)力的作用，巖體擠壓破碎嚴(yán)重，多呈碎石狀鑲嵌結(jié)構(gòu)。斷層破碎帶內(nèi)構(gòu)造、節(jié)理和石灰?guī)r溶裂隙水富集，涌水量達(dá)10000m3/d，局部有突水發(fā)生。地表水與地下水連通性好。地下水位高于鐵路路肩設(shè)計(jì)標(biāo)高137m，給施工造成很大困難。該斷層處理的關(guān)鍵問(wèn)題是止水，不能因開(kāi)挖而影響這一地域的地下水徑流的平衡條件。

裂隙注漿技術(shù)工程實(shí)踐

深孔全封閉預(yù)注漿法防治隧道斷層破碎帶透75裂隙注漿技術(shù)工程實(shí)踐根據(jù)八盤嶺隧道具體工程的需要，進(jìn)行了一系列的試驗(yàn)研究。最終采用：水泥-水玻璃雙液漿

進(jìn)行工程處理試驗(yàn)原料：425號(hào)、525號(hào)普通硅酸鹽水泥，水玻璃出廠濃度45oBe，模數(shù)2．75，磷酸氫二鈉緩凝劑。試驗(yàn)?zāi)康模悍治鲭p液漿的水灰比、水泥漿與水玻璃體積比、水玻璃濃度、緩凝劑摻量以及水泥品種等因素間的內(nèi)在聯(lián)系，及其對(duì)雙液漿凝膠時(shí)間、抗壓強(qiáng)度等的影響。八盤嶺隧道斷層破碎帶巖石破碎嚴(yán)重，含水量大，設(shè)計(jì)要求一次注漿段長(zhǎng)20m，每孔注漿擴(kuò)散半徑為4m，漿液凝膠時(shí)間為3min，在含水地段為1～2min。考慮雙液漿在巖體中的擴(kuò)散，原方案采用摻緩凝劑的方法延長(zhǎng)凝膠時(shí)間。又根據(jù)涌水量、巖體孔隙率等，進(jìn)行了試驗(yàn)設(shè)計(jì)。試驗(yàn)結(jié)果表明：水泥漿濃度與凝結(jié)時(shí)間呈直線關(guān)系，水泥漿越濃，反應(yīng)越快，水玻璃越稀，反應(yīng)越快。雙液漿的水灰比小，水玻璃濃度高，漿液比大，凝膠后很快進(jìn)入初凝，反之，凝膠與凝結(jié)時(shí)差將逐漸拉大，漿體也由硬塑狀態(tài)逐漸變?yōu)檐浰軤顟B(tài)。裂隙注漿技術(shù)工程實(shí)踐根據(jù)八盤嶺隧道具體工程的需要，進(jìn)行了一系76裂隙注漿技術(shù)工程實(shí)踐注漿孔沿開(kāi)挖輪廓線單排輻射狀布置（圖），孔底成雙層重疊，掌子面中間的注漿孔是填補(bǔ)正面可能形成的注漿死角，以防止開(kāi)挖時(shí)正面突水，對(duì)圍巖特別破碎且涌水量較大的地段，拱部雙排布孔。裂隙注漿技術(shù)工程實(shí)踐注漿孔沿開(kāi)挖輪廓線單排輻射狀布置（圖），77裂隙注漿技術(shù)工程實(shí)踐一般注漿前先做壓水試驗(yàn)，以沖洗巖石裂隙，擴(kuò)大漿液通路，增加漿液充填的密實(shí)性，同時(shí)還可核實(shí)巖層的滲透性。但對(duì)于含水?dāng)鄬悠扑閹Р灰藟呵逅?，而是直接壓注水泥漿液，再注雙液漿。對(duì)于塌方地段，因空隙大、水量也大，可直接壓注雙液漿。每孔注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，原則上以注漿終壓達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定，而進(jìn)漿量達(dá)到設(shè)計(jì)的80％時(shí)結(jié)束注漿。在斷層長(zhǎng)，高壓水，大水量且不準(zhǔn)排放的條件下，全封閉注漿止水達(dá)到了預(yù)期的效果。隧道開(kāi)挖輪廓線外的固結(jié)止水帷幕厚度達(dá)4～5m，7天的固結(jié)強(qiáng)度平均達(dá)5.6MPa，堵水率達(dá)90％以上，由于圍巖固結(jié)后整體性好，取消了原設(shè)計(jì)的超前小管棚、鋼支撐及鋼格柵，斷層帶施工速度創(chuàng)造了單月成洞26.5m的紀(jì)錄，并達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。裂隙注漿技術(shù)工程實(shí)踐一般注漿前先做壓水試驗(yàn)，以沖洗巖石裂隙，7811.5裂隙巖體的注漿理論裂隙巖體內(nèi)存在大量的節(jié)理裂隙，尤其是多次構(gòu)造作用形成的節(jié)理分布相當(dāng)復(fù)雜，研究漿液在巖體裂隙內(nèi)流動(dòng)規(guī)律就更復(fù)雜。目前，只能利用裂隙巖體的一些滲流模型，研究漿液在較為簡(jiǎn)單的裂隙模型內(nèi)的流動(dòng)規(guī)律?，F(xiàn)有的注漿公式只限于水平單一裂隙或一組裂隙內(nèi)漿液的流動(dòng)。較為復(fù)雜的模型還需做大量的研究工作。這里假設(shè)漿液在裂隙內(nèi)流動(dòng)為層流，符合達(dá)西定律，分別介紹牛頓流體、賓漢姆流體在一水平平滑和粗糙裂隙內(nèi)的擴(kuò)散公式。11.5裂隙巖體的注漿理論裂隙巖體內(nèi)存在大量的節(jié)理裂隙，7911.5.1漿液在巖體裂隙中的流動(dòng)規(guī)律（1）牛頓型漿液的流動(dòng)公式W．S．培卡對(duì)懸浮液型注漿材料在粗顆粒的無(wú)粘性土中的滲透，中國(guó)水利水電科學(xué)研究院劉嘉才對(duì)牛頓流體漿液在裂隙中的擴(kuò)散，均推導(dǎo)出同樣的如下公式：上式表明：在注漿過(guò)程中，距注漿孔軸線距離的任意一點(diǎn)處的注漿壓力衰減值，與擴(kuò)散半徑的對(duì)數(shù)成正比，與漿液粘度成正比，與縫寬的三次方成反比。因此，縫隙的寬度愈小，壓力衰減的越厲害。

或11.5.1漿液在巖體裂隙中的流動(dòng)規(guī)律（1）牛頓型漿液的8011.5.1漿液在巖體裂隙中的流動(dòng)規(guī)律貝克（Baker）假設(shè)，在注漿孔橫穿寬度為的單個(gè)平滑裂隙的理想情況下，漿液注入量可采用下式計(jì)算上述理論適用于飽和巖體，漿液的流動(dòng)阻力是由于漿液通過(guò)較窄裂隙時(shí)與其兩壁的粘滯摩擦造成的。注漿壓力差11.5.1漿液在巖體裂隙中的流動(dòng)規(guī)律貝克（Baker）假8111.5.1漿液在巖體裂隙中的流動(dòng)規(guī)律（2）賓漢姆漿液擴(kuò)散公式在二維平面等厚光滑裂隙中，賓漢姆漿液在壓力作用下產(chǎn)生流動(dòng)。Wittke和Wallner根據(jù)漿液平衡方程和邊界條件，推導(dǎo)出漿液在裂隙中應(yīng)力分布及最終擴(kuò)散范圍為

漿液在裂隙內(nèi)流動(dòng)時(shí)的流動(dòng)速率為單位流量為賓漢姆漿液的塑性粘度和屈服強(qiáng)度均影響漿液在裂隙中的平均運(yùn)動(dòng)速率，和的增加均會(huì)降低進(jìn)漿速率，延長(zhǎng)注漿時(shí)間。11.5.1漿液在巖體裂隙中的流動(dòng)規(guī)律（2）賓漢姆漿液擴(kuò)散8211.5.2水泥漿液在巖體裂隙中的流動(dòng)機(jī)理（1）水泥漿液的流動(dòng)沉積特性水泥漿的流動(dòng)屬于兩相流體，在靜止?fàn)顟B(tài)下，水泥漿具有析水沉淀特性。在不同流動(dòng)狀態(tài)下其沉淀速度是不一樣的。1.層流(laminarflow)：當(dāng)流體流動(dòng)時(shí)，各質(zhì)點(diǎn)間互相平行，不相干擾。

2.紊流(turbulentflow)：流體除了向前流動(dòng)外，并碎成許多漩渦，而與側(cè)邊的流體混合。3.過(guò)渡流(transitionflow)：是從層流過(guò)渡到紊流的中間狀態(tài)，流體行為不穩(wěn)定，時(shí)而層流時(shí)而紊流。11.5.2水泥漿液在巖體裂隙中的流動(dòng)機(jī)理（1）水泥漿液8311.5.2水泥漿液在巖體裂隙中的流動(dòng)機(jī)理（1）水泥漿液的流動(dòng)沉積特性水泥顆粒的下沉速度（也稱析水速度，），在不同流動(dòng)狀態(tài)下可按以下公式計(jì)算：對(duì)于完全靜止和層流（雷諾指數(shù)＝1），采用斯托克斯公式對(duì)于過(guò)渡流態(tài)（＝2～300），采用阿連公式對(duì)于紊流（>1000），采用牛頓-雷廷格公式11.5.2水泥漿液在巖體裂隙中的流動(dòng)機(jī)理（1）水泥漿液8411.5.2水泥漿液在巖體裂隙中的流動(dòng)機(jī)理在靜止?fàn)顟B(tài)和層流狀態(tài)，水泥沉淀速度最快，過(guò)渡態(tài)次之，紊流最慢。一般在鉆孔附近呈紊流，遠(yuǎn)離鉆孔為層流。因此,水泥漿在層流段沉積。影響水泥沉淀速度的因素還有水泥比重、顆粒大小、水泥漿的濃度和外加劑。在相同流速和相同濃度下，水泥的比重和顆粒越大，越容易下沉；當(dāng)顆粒直徑<0.001

mm時(shí)，水泥漿液為穩(wěn)定漿液。其他條件相同時(shí)，漿液愈稀，水泥顆粒的沉降速度愈快。濃度增加，顆粒之間相互碰撞、摩擦的機(jī)會(huì)增多，顆粒下沉阻力增大，速度減慢。在水泥漿液中摻入一定數(shù)量的分散劑，可以延緩水泥的析水沉淀速率。11.5.2水泥漿液在巖體裂隙中的流動(dòng)機(jī)理在靜止?fàn)顟B(tài)和層流8511.5.2水泥漿液在巖體裂隙中的流動(dòng)機(jī)理漿液在管道中輸送和在大裂隙中流速較高多表現(xiàn)為紊流，而在細(xì)裂隙中多表現(xiàn)為層流。注漿時(shí)漿液自孔壁縫口進(jìn)入地層裂隙后，越向外流，控制漿液的斷面積越大，漿液的流速與距孔中心的距離成反比。流速減小，水泥顆粒動(dòng)能減小，這樣一方面重力沉淀速度增加，另一方面顆粒易被接觸到的巖壁所吸附，且水泥顆粒間的相互吸引，易形成顆粒集團(tuán)，從而促進(jìn)水泥漿的析水沉積過(guò)程。11.5.2水泥漿液在巖體裂隙中的流動(dòng)機(jī)理漿液在管道中輸送8611.5.2水泥漿液在巖體裂隙中的流動(dòng)機(jī)理（2）水泥注漿的充填過(guò)程水泥顆粒在巖縫中開(kāi)始沉積地點(diǎn)離孔壁的距離，將隨注漿壓力和漿液稠度、巖縫寬度不同而不同。壓力越大，漿液越稀，巖縫越寬，開(kāi)始沉積的地點(diǎn)距鉆孔越遠(yuǎn)。從沉積點(diǎn)開(kāi)始，水泥顆粒將陸續(xù)從漿液中被分離出來(lái)，在巖縫中形成一個(gè)不斷加厚的“脊背”，逐步縮小巖縫的寬度。當(dāng)巖縫寬度縮小到一定程度以后，不是出現(xiàn)吃漿率的減小，就是出現(xiàn)壓力自動(dòng)升高；若保持壓力不變，進(jìn)漿率就減小。進(jìn)漿率的減小，使得漿液在每一點(diǎn)上的流動(dòng)速度也跟著減小，從而在靠近鉆孔的方向又形成新的“脊背”，直到巖縫基本填滿為止。11.5.2水泥漿液在巖體裂隙中的流動(dòng)機(jī)理（2）水泥注漿的8711.5.2水泥漿液在巖體裂隙中的流動(dòng)機(jī)理不同寬度的巖縫，采用同一濃度漿液時(shí)，充填的范圍和時(shí)間是不同的。寬裂隙充填距離較遠(yuǎn)，時(shí)間較長(zhǎng)；而窄裂隙充填范圍很小，時(shí)間很短。在實(shí)際注漿中，遇到吃漿量很大，長(zhǎng)時(shí)間不見(jiàn)減小情況時(shí)，可采取逐級(jí)變濃漿液的措施進(jìn)行注漿。漿液變濃，意味著粘度和流動(dòng)阻力的增大，將導(dǎo)致相同壓力下的進(jìn)漿率和流速降低，結(jié)果使得水泥提前沉積。變濃一級(jí)漿液，就要出現(xiàn)一個(gè)更靠近孔壁的沉積點(diǎn)和一個(gè)新脊背。過(guò)快變濃漿液，可能造成巖縫突然堵塞，前后形成的“脊背”互不銜接，使巖縫得不到充分的充填。圖11-16漿液變濃對(duì)充填情況的影響(a)采用同一級(jí)稀漿液的充填情況；(b)采用由稀變稠，變換得當(dāng)?shù)某涮钋闆r；(c)采用由稀變稠，變換不得當(dāng)?shù)某涮钋闆r11.5.2水泥漿液在巖體裂隙中的流動(dòng)機(jī)理不同寬度的巖縫，8811.5.2水泥漿液在巖體裂隙中的流動(dòng)機(jī)理在一個(gè)注漿段包含不同寬度的裂隙。為使所有裂隙都能充滿漿液，首先使用粘度小、流動(dòng)性較好的稀漿，充填較小的裂隙，然后再用較稠的漿液注較大的裂隙。漿液由稀變濃應(yīng)逐級(jí)改變，我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的水灰比可采用8:1，5:1，3:1，2:1，1.5:1，0.8:1，0.6:1，0.5:1九個(gè)比級(jí)，而A.C.Houlsby推薦水泥漿液的最佳起始水水灰比為3:1。11.5.2水泥漿液在巖體裂隙中的流動(dòng)機(jī)理在一個(gè)注漿段包含8911.5.2水泥漿液在巖體裂隙中的流動(dòng)機(jī)理注漿過(guò)程中變漿時(shí)機(jī)是根據(jù)壓力與吸漿率的變化情況而決定。在吃漿率大于10L/min以前，若連續(xù)注入量已達(dá)450L以上，注漿壓力或吸漿率均無(wú)明顯變化，則變濃一級(jí)；在吸漿率小于10L/min以后，若連續(xù)注入時(shí)間已達(dá)2h以上，壓力和吸漿率均無(wú)變化，也變濃一級(jí)；若變濃漿液后壓力明顯逐漸升高或吸漿率逐漸減小，則不宜再變濃漿液就用當(dāng)時(shí)的濃度，直至注漿結(jié)束；若變濃后吸漿率驟減或壓力驟升，再退回用原來(lái)的漿液濃度來(lái)注。11.5.2水泥漿液在巖體裂隙中的流動(dòng)機(jī)理注漿過(guò)程中變漿時(shí)9011.5.2水泥漿液在巖體裂隙中的流動(dòng)機(jī)理（3）水泥漿液在巖體裂隙內(nèi)的沉積排水機(jī)理裂隙巖體注漿所用的水泥漿液的水灰比多在1～5之間，水泥水化大約需5％～25％水（一般為水泥重量的25％左右），而其余的75％～95％的水則屬于多余的。它僅僅為了漿液輸送方便，一旦把水泥顆粒載運(yùn)到預(yù)定地點(diǎn)后，多余的水分就應(yīng)排除。而這些多余的水分是以怎樣的方式排除呢?目前有兩種認(rèn)識(shí)，即“固結(jié)排水”和“流動(dòng)沉積”理論。11.5.2水泥漿液在巖體裂隙中的流動(dòng)機(jī)理（3）水泥漿液9111.5.2水泥漿液在巖體裂隙中的流動(dòng)機(jī)理1）固結(jié)排水理論德國(guó)的庫(kù)茨納爾認(rèn)為：注漿過(guò)程分為“填滿”與“飽和”兩個(gè)階段。在填滿階段，漿液進(jìn)入并充填了裂隙的絕大部分，在飽和階段，漿液中的多余水分在飽和壓力（最高壓力）下產(chǎn)生類似于太沙基的土力學(xué)固結(jié)現(xiàn)象而被排出，使水泥顆粒彼此接近。但對(duì)于堅(jiān)硬和透水性差的巖石，很難用固結(jié)排水理論解釋水泥漿的排水機(jī)理。11.5.2水泥漿液在巖體裂隙中的流動(dòng)機(jī)理1）固結(jié)排水理9211.5.2水泥漿液在巖體裂隙中的流動(dòng)機(jī)理2）流動(dòng)沉積理論漿液進(jìn)入巖縫以后的流動(dòng)速度和壓力是隨著離開(kāi)鉆孔的距離而迅速降低。當(dāng)漿液在裂隙內(nèi)的流速降低到某一臨界值時(shí)，水泥顆粒在重力作用下首先在臨界流速處陸續(xù)向底部沉落。沉積的結(jié)果使?jié)B漿斷面縮小，注漿壓力和漿液流速都發(fā)生變化。多余的水分在沉積層頂部微小的縫隙內(nèi)以清水的形式流到遠(yuǎn)方，直至裂隙完全填滿為止。沉積理論忽視漿液在注漿過(guò)程中向周圍裂隙排水的作用，它很難解釋在重力條件下沉積時(shí)，水灰比越大，結(jié)石重度和力學(xué)強(qiáng)度就越小的問(wèn)題。11.5.2水泥漿液在巖體裂隙中的流動(dòng)機(jī)理2）流動(dòng)沉積理9311.5.3裂隙巖體的劈裂注漿假定巖石是各向同性、均勻連續(xù)的線彈性體，在鉆孔壁面處發(fā)生水力劈裂的條件：垂直劈裂水平劈裂

不少完整巖石抗拉強(qiáng)度都大于7.8～9.8MPa，一般巖體內(nèi)注漿壓力都不超過(guò)5.9～7.8MPa，因此，完整巖石很難發(fā)生水力劈裂。而在裂隙巖體內(nèi)注漿時(shí)，由于裂隙巖體存在不同形式的軟弱面，強(qiáng)度很低，容易在較低壓力下首先劈裂并導(dǎo)致巖層的變形，壓力在2.0～6.0MPa以下就出現(xiàn)巖層表面上抬或耗漿量突然增加。軟弱面和軟弱層的存在控制著劈裂的發(fā)生和發(fā)展。11.5.3裂隙巖體的劈裂注漿假定巖石是各向同性、均勻連9411.5.3裂隙巖體的劈裂注漿裂隙巖體內(nèi)注漿，注漿壓力低、漿液流速小，漿液在裂隙內(nèi)以滲透和充填為主。當(dāng)采用高壓注漿時(shí)，裂隙巖體的節(jié)理和裂隙被不同程度地?cái)U(kuò)張，使巖層發(fā)生上抬現(xiàn)象，即壓力擴(kuò)縫效應(yīng)。壓力擴(kuò)縫的實(shí)質(zhì)是由于流體在縫隙內(nèi)流動(dòng)給兩壁巖體以壓縮應(yīng)力（擴(kuò)張應(yīng)力），而引起巖縫寬度進(jìn)一步擴(kuò)展。巖縫的變形主要是彈性變形，擴(kuò)展的數(shù)值可用布辛涅斯克方程估算。11.5.3裂隙巖體的劈裂注漿裂隙巖體內(nèi)注漿，注漿壓力低9511.5.3裂隙巖體的劈裂注漿假定在一個(gè)圓形體內(nèi)，由彈性材料夾持的縫面上因承受均勻荷載而引起彈性變形，其承載面中心及流體波及面前緣處的變形量為

薩巴利認(rèn)為：上述假定比較接近于片狀裂隙呈輻射狀注漿時(shí)的情況，但實(shí)際上縫面上承受的壓力不相等，而且向外越來(lái)越小。11.5.3裂隙巖體的劈裂注漿假定在一個(gè)圓形體內(nèi)，由彈性9611.5.3裂隙巖體的劈裂注漿較高的注漿壓力使巖體裂隙產(chǎn)生適當(dāng)?shù)臄U(kuò)張和回彈，裂隙回彈產(chǎn)生大面積的法向應(yīng)力，對(duì)漿液的排水固結(jié)特別有效，增實(shí)并與巖石結(jié)合得更緊，提高注漿質(zhì)量。對(duì)缺乏足夠覆重和圍限的松軟巖層和沉積層較大壓力所引起的劈裂容易導(dǎo)致從表面大量地跑漏漿液，抬動(dòng)建筑物，而無(wú)助于地層的增實(shí)。在大裂隙、透水性和吸漿量很大的地層中，大壓力會(huì)導(dǎo)致漿液不必要的外流。因此，在裂隙巖體內(nèi)注漿，先充填滲透，然后增大壓力擴(kuò)縫，并適度地劈裂注漿，有利于提高注漿效果。11.5.3裂隙巖體的劈裂注漿較高的注漿壓力使巖體裂隙產(chǎn)9711巖土注漿加固理論11巖土注漿加固理論98注漿理論的研究對(duì)象主要是漿液在巖土體中流動(dòng)時(shí)所完成的兩個(gè)主要過(guò)程:(1)物理化學(xué)過(guò)程；(2)流體力學(xué)過(guò)程。物理化學(xué)過(guò)程：注漿材料的凝結(jié)和硬化機(jī)理、漿液的流變性能等；流體力學(xué)過(guò)程：漿液沿注漿管道及在地下沿孔隙或空洞的流動(dòng)擴(kuò)散規(guī)律。注漿理論的研究對(duì)象主要是漿液在巖土體中流動(dòng)時(shí)所完成的兩個(gè)主要99近幾十年來(lái),國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者根據(jù)流變學(xué)和地下水動(dòng)力學(xué)原理對(duì)注漿法進(jìn)行了大量理論研究,發(fā)展了一些注漿理論。但總體來(lái)說(shuō),與注漿材料、注漿工藝、注漿設(shè)備的快速發(fā)展呈鮮明對(duì)比的是注漿理論的研究相對(duì)還比較落后,進(jìn)展緩慢。其主要原因是被注介質(zhì)的不均勻性和不確定性以及漿液本身的多變性，并且注漿機(jī)制的研究一直被人們所忽視,這些都增加了理論分析的困難。近幾十年來(lái),國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者根據(jù)流變學(xué)和地下水動(dòng)力學(xué)原理對(duì)注100注漿技術(shù)的分類：漿液材料：水泥注漿和化學(xué)注漿；漿液性能：粒狀注漿和液體注漿；注漿用途：加固注漿、防滲注漿和基礎(chǔ)托換注漿；注漿壓力：靜壓注漿和高壓注漿；按照地質(zhì)條件、注漿壓力、漿液對(duì)巖土體的作用機(jī)理、漿液的運(yùn)動(dòng)形式和替代方式,注漿可分為滲透注漿、劈裂注漿、壓密注漿、充填注漿(裂隙注漿）和高壓噴射注漿五類。壓密劈裂滲透噴射注漿技術(shù)的分類：壓密劈裂滲透噴射101巖土注漿加固理論教學(xué)內(nèi)容課件102巖土注漿理論是借助于水力學(xué)、流體力學(xué)和固體力學(xué)的理論發(fā)展起來(lái)的，對(duì)漿液的單一流動(dòng)形式進(jìn)行分析，建立壓力、流量、擴(kuò)散半徑、注漿時(shí)間之間的關(guān)系。漿液在地層中往往以多種形式運(yùn)動(dòng)，且這些運(yùn)動(dòng)形式隨著地層的變化、漿液的性質(zhì)和壓力變化而相互轉(zhuǎn)化或并存。如在滲透注漿過(guò)程中存在劈裂現(xiàn)象，在劈裂注漿過(guò)程中存在滲透流動(dòng)等，在壓密注漿過(guò)程中存在劈裂或滲透流動(dòng)。盡管漿液在地層中運(yùn)動(dòng)形式很復(fù)雜，但它在一定條件下總是以某種流動(dòng)形式為主。因此，應(yīng)正確地運(yùn)用注漿理論，使其以所要求的運(yùn)動(dòng)形式為主在地層中流動(dòng)，達(dá)到注漿的目的。巖土注漿理論是借助于水力學(xué)、流體力學(xué)和固體力學(xué)的理論發(fā)展起來(lái)10311.1巖土介質(zhì)的可注性注漿法的適用范圍以及對(duì)巖土介質(zhì)的改良結(jié)果，不僅取決于注漿材料的性質(zhì)，也取決于注漿方法和注漿工藝。注漿方法的選擇不僅是注漿設(shè)備的選擇，還要看試驗(yàn)結(jié)果，考慮注漿經(jīng)驗(yàn)是否豐富，注漿管理的方法是否可行等。在注漿工程實(shí)踐中，常常采用聯(lián)合注漿工藝，包括不同漿材及不同注漿方法的聯(lián)合，以適應(yīng)某些特殊的地質(zhì)條件和專門注漿目的，因而注漿法的適用界限變得更加復(fù)雜。11.1巖土介質(zhì)的可注性注漿法的適用范圍以及對(duì)巖土介質(zhì)的改10411.1巖土介質(zhì)的可注性在砂礫土層中滲透注漿時(shí)，尤其是當(dāng)漿液的濃度較大時(shí)，要求漿液中的顆粒直徑比土的孔隙小，粒狀漿材中的顆粒才能在孔隙或裂隙中流動(dòng)。但粒狀漿材往往以多粒的形式同時(shí)進(jìn)入孔隙或裂隙，這可導(dǎo)致孔隙的堵塞，因此，僅僅滿足顆粒尺寸小于孔隙尺寸是不夠的；同時(shí)漿液在流動(dòng)過(guò)程中存在著凝結(jié)過(guò)程，也會(huì)造成漿液通道的堵塞；11.1巖土介質(zhì)的可注性在砂礫土層中滲透注漿時(shí)，尤其是當(dāng)漿10511.1巖土介質(zhì)的可注性此外，地基土是非均質(zhì)體，裂隙或孔隙的大小不相同，粒狀漿材的顆粒尺寸不均勻，若想封閉所有的孔隙，就要求粒狀漿材的顆粒尺寸必須很小，這從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的角度來(lái)看也是困難的。許多實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，注漿材料能夠順利滲透到土顆粒間的條件是:11.1巖土介質(zhì)的可注性此外，地基土是非均質(zhì)體，裂隙或孔隙10611.1巖土介質(zhì)的可注性若土顆粒粒徑≥0.8mm,滲透系數(shù)≥10-1cm/s，水泥漿材可以注入。當(dāng)孔隙尺寸小于這一數(shù)值時(shí)，水泥漿液就不能注人，即使增加注漿壓力也不會(huì)得到理想滲透注漿效果。這時(shí)只有減小粒狀漿材的顆粒尺寸，如采用超細(xì)水泥等，才能得到滿意的結(jié)果。表11-1各種注漿材料的適用范圍材料組成成分顆粒粒徑（mm）地基的滲透系數(shù)（cm/s）適用范圍水泥<0.1～0.08>10-2礫砂、粗砂裂隙寬度>0.2mm膨潤(rùn)土粘土<0.05>10-4砂、礫砂超細(xì)水泥0.012～0.010>10-4砂、礫砂、多孔磚墻，裂隙寬度＞0.05mm的混凝土、巖石化學(xué)漿液>10-7細(xì)砂、砂巖、微裂隙的巖石11.1巖土介質(zhì)的可注性若土顆粒粒徑≥0.8mm,滲10711.2巖土滲透注漿理論滲透注漿(PermeationGrouting)是指在不破壞地層巖土顆粒排列的條件下,漿液充填于顆粒間隙中,從而取代、排出其中的空氣和水,將顆粒膠結(jié)成整體。一般滲透注漿是在不足以破壞地層構(gòu)造的壓力下——即不產(chǎn)生水力劈裂，把漿液注入到粒狀土的孔隙中，從而取代或排出其中的空氣和水。一般滲透注漿要滿足可注性條件。滲透注漿漿液一般均勻地?cái)U(kuò)散到巖土顆粒間的孔隙內(nèi)，將巖土顆粒膠結(jié)起來(lái)，可增強(qiáng)巖土體的強(qiáng)度和防滲能力。11.2巖土滲透注漿理論滲透注漿(PermeationG10811.2巖土滲透注漿理論1)抗?jié)B止水工程:開(kāi)挖豎井、隧道等地下工程,防止和控制涌水;地下工程開(kāi)挖時(shí)防止基礎(chǔ)沉降;壩基防滲注漿,建筑物地基下部或周圍防滲體的建立;基礎(chǔ)及城市地下工程防止流砂管涌及地面隆起等。2)地基加固工程:加固軟弱地基,提高地基土的承載力,擴(kuò)散上部荷載,降低應(yīng)力水平;回升和加固建(構(gòu))筑物地基;地鐵的注漿加固,通過(guò)滲透注漿用以減少施工時(shí)地面位移和控制施工現(xiàn)場(chǎng)土體的位移等;隧洞大開(kāi)挖注漿加固;豎井注漿,用以處理流砂和不穩(wěn)定地層。3)防止變形工程:防止產(chǎn)生滑動(dòng),維持坡面穩(wěn)定;構(gòu)筑物本身的加強(qiáng),開(kāi)挖基坑時(shí)對(duì)附近已有構(gòu)筑物的防護(hù)。4)對(duì)灌注樁的兩側(cè)和底部注漿,用以提高樁與土間的側(cè)摩阻力和樁端土體的力學(xué)強(qiáng)度。在錨桿和錨索施工過(guò)程中,用滲透注漿做成錨固體。11.2巖土滲透注漿理論1)抗?jié)B止水工程:開(kāi)挖豎井、隧道10911.2巖土滲透注漿理論注漿材料在外力作用下可滲入到巖土體的裂隙或孔隙中。一般情況下，注漿壓力越大，注入的漿液量越多，擴(kuò)散的距離也就越遠(yuǎn)，加固的效果也就越好。但注漿材料的滲透性好壞與諸多因素有關(guān)，如:巖土的孔隙率及孔隙大小、材料的可注性、注漿施工方法、地基的非均質(zhì)性、地下水的流動(dòng)、注漿材料的時(shí)間特性等。11.2巖土滲透注漿理論注漿材料在外力作用下可滲入到巖土體11011.2巖土滲透注漿理論漿液擴(kuò)散形狀取決于注漿方式。當(dāng)由鉆桿端孔注漿，注漿孔較深，這時(shí)相當(dāng)于點(diǎn)源，漿液呈球面擴(kuò)散；當(dāng)采用花管式分段注漿，漿液則呈柱面擴(kuò)散。11.2巖土滲透注漿理論漿液擴(kuò)散形狀取決于注漿方式。11111.2.1牛頓流體在地層中的滲透公式漿液具有易流動(dòng)性,靜止時(shí)不能承受切力抵抗剪切變形,但在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下,漿液就具有低抗剪切變形的能力即粘滯性。在剪切變形過(guò)程中,漿體質(zhì)點(diǎn)之間存在著相對(duì)運(yùn)動(dòng),使?jié){體內(nèi)部出現(xiàn)成對(duì)的切力,其作用是抗拒漿體內(nèi)部的相對(duì)運(yùn)動(dòng),從而影響著漿體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。由于這種粘滯性的存在,漿液在運(yùn)動(dòng)中要克服內(nèi)摩擦力而做功。牛頓于1686年提出并驗(yàn)證了此規(guī)律,因此稱為牛頓流體。牛頓流體的本質(zhì)即是在溫度不變的條件下,流體的動(dòng)力粘滯系數(shù)μ值不變,為一固定斜率的直線。11.2.1牛頓流體在地層中的滲透公式漿液具有易流動(dòng)性,靜11211.2.1牛頓流體在地層中的滲透公式牛頓流體是典型的粘性流體，其流變曲線是通過(guò)原點(diǎn)的直線，方程式為:大多數(shù)的化學(xué)漿液都屬于牛頓流體。11.2.1牛頓流體在地層中的滲透公式牛頓流體是典型的粘性11311.2.1牛頓流體在地層中的滲透公式（1）球狀擴(kuò)散理論1）Maag公式Maag于1938年推導(dǎo)出漿液在砂層中的滲透公式。認(rèn)為：注漿材料在土體中流動(dòng)是層流，并服從達(dá)西定律；地基是均質(zhì)的半無(wú)限體；在地下水位以下注漿時(shí)，地下水無(wú)動(dòng)水壓力；不考慮注漿材料的密度與水的密度的差別；在注漿期間，注漿材料的粘度不變；注漿源為點(diǎn)源，漿液在地層中呈球狀擴(kuò)散。11.2.1牛頓流體在地層中的滲透公式（1）球狀擴(kuò)散理論11411.2.1牛頓流體在地層中的滲透公式根據(jù)達(dá)西定律：式中根據(jù)邊界條件可推導(dǎo)出和已知，同時(shí)考慮，即，則得到：11.2.1牛頓流體在地層中的滲透公式根據(jù)達(dá)西定律：11511.2.1牛頓流體在地層中的滲透公式2）Raffle-Greenwood公式Raffle和Greenwood推導(dǎo)出注漿點(diǎn)源的球形擴(kuò)散半徑、漿液流量和漿液壓力之間的關(guān)系式為漿液從注漿點(diǎn)源擴(kuò)散到半徑為的球面所需的時(shí)間為Raffle-Greenwood公式可簡(jiǎn)化為Maag公式。11.2