地下工程破碎岩體膠結界面特徵及注漿加固機理研究

《地下工程破碎岩體膠結界面特徵及注漿加固機理研究》是依託山東大學，由劉人太擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：地下工程破碎岩體膠結界面特徵及注漿加固機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：劉人太
• 依託單位：山東大學

中文摘要

破碎岩體注漿加固機理是地下工程災害控制的重要理論難題。本項目擬採用理論分析、室內試驗、模擬試驗、數值仿真與現場試驗相結合的方法開展研究。採用室內試驗與微觀測試方法，研究破碎岩體注漿前後岩-岩、岩-漿膠結界面特徵，獲得考慮充填介質類型的破碎岩體膠結模式。開展不同注漿材料與注漿參數的破碎岩體注漿加固模擬試驗，揭示被注岩體膠結強化的微觀力學機制及巨觀力學參數變化規律。基於破碎岩體注漿加固前後力學性能變化規律，研究注漿加固對破碎岩體的強化機制，建立注漿因素與破碎岩體力學指標改善的定量關係。運用理論分析與數值模擬方法，建立考慮注漿因素的破碎岩體加固力學模型，分析開挖擾動下地下工程圍岩失穩破壞的注漿抑制機制，揭示破碎岩體注漿加固機理，提出破碎岩體注漿加固的關鍵技術並套用於工程實踐，保障地下工程建設與運營安全，具有重大的理論與實踐意義。

結題摘要

工程岩體的穩定性受結構面性質的影響十分顯著，結構面發育程度、展布情況、裂隙組的組合特徵以及工程性質對岩體的力學性能起到決定性的作用。由結構面誘發的滲漏水問題嚴重影響了地下工程建設施工與運營安全，使國民經濟蒙受巨大的人員財產損失。因此破碎岩體加固機理研究成為我國地下工程建設中亟待解決的關鍵科學問題。本文本項目採用理論分析、室內試驗、模擬試驗、數值仿真與現場試驗相結合的方法開展研究。分析了結構面剪下破壞機制以及粘結力與摩擦力的耦合效應。對結構面粗糙度各向異性及其表征方法進行分析。提出了摩擦力主控區域與粘結力主控區域劃分思想。建立了單一界面注漿加固體的抗剪強度計算公式，為岩體注漿加固效果提供評判依據。採用與傳統水泥材料對比試驗的方法，分析了注漿材料結石體體積和漿液黏度變化機理，確定了材料組分、水灰比、溫度等因素對結石體體積穩定性和漿液黏度的影響規律。開展了注漿材料結石體耐久性評價。通過深入分析氯離子和硫酸根離子對材料結石體的作用機理，將侵蝕類型進行了劃分，確定了注漿材料組分與漿液製備條件對結石體抗侵蝕性能的影響。採用自主設計的室內注漿模擬試驗平台，開展了富水破碎岩體注漿加固模擬試驗，從微觀角度揭示了注漿加固作用機理。基於離散元顆粒流程式PFC，建立了結構面抗剪強度數值模型。分別對結構面無粘接強度以及有粘結強度時的剪下特性及破壞模式進行計算分析，並從微觀角度對結構面裂紋擴展過程以及結構面粘結力與摩擦力的耦合效應進行分析，從而揭示粘結力對結構面剪下特性的影響規律以及注漿加固機理。最終提出破碎岩體注漿加固的關鍵技術並套用於工程實踐，從而保障地下工程建設與運營安全，具有重大的理論與實踐意義。