海水侵蚀—渗流作用下砂层注浆扩散加固与劣化机理及应用

论文摘要

我国海洋地下工程已进入大规模建设时期,海底隧道、近海地铁等海洋环境下地下工程的建设和运营蓬勃发展,不良地质是工程建设和运营的重要威胁之一。富水砂层是海洋地下工程常见地层,因其胶结强度低、自稳能力差的特点已成为影响海底隧道建设期安全的重要地质灾害源之一。注浆是解决富水砂层地质灾害最常用的方法,但海洋环境与陆域环境区别较大,海水离子侵蚀和渗流作用导致注浆加固体显著劣化,降低注浆加固体的物理力学性能,注浆加固体性能的维持是海洋环境下隧道长寿命周期安全运营的保证。本文针对富水砂层常见的渗透注浆加固模式,通过理论分析、数值模拟、室内试验、模拟试验、现场试验等方法,以实现海水环境下砂层注浆扩散过程与长期加固效果的定量描述为目标,研究砂层注浆扩散与加固机理,揭示海水离子侵蚀、渗流以及两者共同作用下注浆加固体的性能劣化机理,最终建立海水环境下注浆加固体长寿命周期力学性能-时间模型,形成海水环境下富水砂层注浆设计方法,并进行工程应用。本文主要工作及创新成果如下:（1）考虑浆液曲线绕流渗透的砂层注浆扩散规律。采用分形理论研究浆液绕砂颗粒扩散实际路径长度与直线的关系,建立考虑浆液渗透路径的砂层浆液扩散模型。设计砂层渗透注浆扩散试验,研究不同砂层、不同注浆速率条件下的浆液扩散压力场变化规律,获得注浆参数对扩散距离的影响规律,并同理论值对比,分析其差异性。（2）淡水环境、海水环境下砂层注浆加固试验。研究浆液配比、砂粒粒径、注浆压力等因素对注浆加固体强度和渗透系数的影响机制,获得砂层渗透注浆主控因素及注浆加固体长期性能的变化规律;研究海水环境下注浆因素对注浆效果的作用规律,揭示海水环境对注浆加固的强化机理。（3）海水侵蚀环境下注浆加固体劣化机理。分析劣化作用导致的胶结物劣化小颗粒运移规律,揭示海水侵蚀下注浆加固体劣化机理,建立海水侵蚀环境下注浆加固体损伤模型;设计海水侵蚀注浆加固体试验,研究不同浆液水灰比和海水侵蚀时间条件下注浆加固体强度、渗透系数、孔隙率演化规律,获得海水侵蚀时间与注浆加固体强度的对应关系。（4）海水侵蚀与渗流作用下注浆加固体劣化规律。采用基元体对渗流侵蚀作用下注浆加固体力学性能进行描述,建立渗流作用下注浆加固体损伤力学模型,设计渗流作用下注浆加固体劣化试验,研究渗透水压力作用对注浆加固体渗透性的作用机制,获得注浆加固体损伤变量随渗透水压的变化规律;基于海水侵蚀与渗流双重作用下的注浆加固体性能劣化机制,建立注浆加固体性能劣化模型,研发大型模拟试验系统,获得注浆加固圈渗流场和应力场变化规律,并同理论值对比,分析其差异性。（5）海水环境下砂层注浆设计方法。基于研究成果,提出海水环境下保证隧道长寿命周期安全的富水砂层注浆加固设计方法,依托青岛地铁13号线工程实践,对富水砂层注浆设计进行优化。

论文目录

文章来源

类型: 博士论文

作者: 王洪波

导师: 张庆松,刘人太

关键词: 海洋环境,富水砂层,注浆扩散与加固机理,劣化机制,工程应用

来源: 山东大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 海洋学

单位: 山东大学

基金: 国家自然科学基金联合基金(U1706223),国家重点研发计划(2016YFC0801604),国家自然科学基金面上项目(41272385)

分类号: P754

总页数: 179

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