注浆过程中裂隙与裂隙之间的内部作用..doc

注浆过程中裂隙与裂隙之间的内部作用 Rikard Goth ? ll*,H? kan Stille 摘要: 独立的地下建筑密封往往是采用了灌浆或预注浆, 并且应用最频繁的是水泥浆液。为了达到足够的密封, 在浆液变硬之前, 必须使细裂缝贯穿相当长的距离。这是实现与高注射压力抗衡的正常的原位应力性裂隙。在本文中, 对高应力注浆作用下的平行裂隙进行了模拟并对此产生的扩张影响进行了讨论。将线性和非线性断裂刚度用来建模。关键词:注浆断裂力学顶进压力非线性断裂刚度 1. 引言在斯堪的纳维亚盾构隧道工程中一般很少采用混凝土衬砌, 岩石往往是能够独立的与喷射混凝土和锚杆去支持足够的质量。丰盛的地下水和日趋激烈的水流入隧道对于斯堪的纳维亚企业家来说是一个更为显著的挑战。混凝土衬砌的缺乏使得预注浆成为在地下挖掘中最常用的密封方法。水泥灌浆是大多数项目密封剂最经济合理的选择, 但是当流入边界收到限制时, 什么现代浆液可能被考虑是注浆流变带来的一个问题( 2000 年埃里克森等人)。为了浆液能够更好的渗透于细裂缝中, 使用的泵送压力也越来越高。它就像一个活塞在岩体内作为作为高压灌浆穿透裂隙使裂隙面彼此分离。这将使岩石与浆液之间力学耦合。这种偶合行为以及它对注浆和密封效果的影响已经在许多注浆工程师中间做了大量的研究课题。因此, 增加我们对这些现象的理解, 以控制其范围和判断其可用性和固有的风险长期是这项事业的长期目标。随着对浆液流变特性和在泵送压力下浆液与岩体之间的内部作用的深入理解, 每个注浆过程可以看作是岩体水文测量。通过对注浆期间记录的数据进行检查, 可以估计岩体的力学和水文特性。在对注浆过程中所有信息的积累和解释将对预知今后开挖周期形成宝贵工具。然后, 在挖掘周期中注浆成为一个增值过程而不仅仅是一个耗时的必要性。在本文中描述的模型的目标是要把握一个机械系统, 可以作为一个典型的基础灌浆方案考虑的基本行为。裂隙倾向于具有类似的性质和方向, 因此, 主要基础方案之一将是两个相互平行的裂缝, 虽然并不完全相同, 水力性质在同一时间从相同的钻孔内灌入。在过去的研究( 2009 年 Goth ? ll 等人) 本文利用几个关键要素进行了描述。本文为习惯用于模拟浆液与裂隙之间相互作用的标准裂隙刚度提出了一种分析推到方式。本文中的裂隙刚度模型源于一个有许多弹簧从事不同层次弹性变形的模型。因此, 一个有正常压载的裂隙可以看作是一种预先加载了对于改变任何正常负荷具有独立变化的弹性变形的机械结构。虽然不一定是线性的, 但所产生的标准裂缝刚度可近似的概括为从虎克定律得到标准刚度的定义。之前的研究中表明了加压浆液是如何分配通过裂隙和卸载粗糙接触面的荷载。虽然局部降低荷载可能会影响裂隙的刚度和抗剪强度, 但除非浆液在粗糙接触面中卸载, 否则它不会影响更大尺度的岩体。因此, 应当减小被用作模型中的荷载之前的注浆压力。这将通过减去注浆中地应力和利用作为负载的剩余压力来实现。虽然裂隙刚度的有关细节会改变, 但是该解决方案的功能的出现不会受到荷载下降的影响。除非浆液传播区域受到裂隙几何形状的限制, 加载区将会比注浆区小。水泥浆液的压力比地应力低的现象存在将影响问题的制定,而是对结果的解释。之前的研究对想从本文中充分受益的读者给出了极大的建议。在图 1中给出了如何考虑该系统的图解说明。图1 浆液扩展和对裂隙面的压力两裂隙之间的钻孔压力相等,但更迅速消散在较薄裂隙在这篇文章中,荷载被认为是静态的, 只对弹性变形进行了较为深入的探讨。裂隙变形和浆液流动之间的耦合作用也被忽略。如果在发生变形之后继续施加泵送压力,加载会以一个循序渐进的方式增加。除非边界条件也发生变化, 时间相关性可以通过迭代的方式得到, 但这些计算超出了本文的范围。接下来本文将描述建模和分析解决问题的方法。当荷载仅仅作用在对称轴上时, 该解析解有一个简单的表达式。采用有限元模型分析其他荷载类型并用非线性断裂刚度进行试验。当荷载相似时有限元解决方案与分析解决方案将表现一致性。 2. 方法 定义在当前的工程实践中, “顶进”一词有着非常广泛的用途。为了避免混乱,这个词和其他几个将有如下定义: 临界渗透长度: 已经渗透的浆液压力超过临界压力时渗透的总距离。临界压力:促使顶进所需要的最小压力。超额压力称为“后临界压力”。顶进压力:在裂隙或部分裂隙的有效应力状态规定为零。极限压力: 引起不能接受的变形所需的压力, 例如丢失稳定性。隆起:岩体的变形主要由平移构成而不是应力的改变。其的他影响像水压致裂过程在本文中没有考虑。 边界条件由于高压流体的内部作用使得对裂隙变形的估算成为一项艰巨的问题。由于所涉及的未知因素很多, 一些文献中的弹性解通常难以适用。在生产环境中, 裂隙的方向往往是唯一可以统计的, 以及他们在岩体中