地表注漿加固的力學分析

張　健

(貴州高速公路集團有限公司，貴州 貴陽　550001)

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地表注漿加固的力學分析

張健

(貴州高速公路集團有限公司，貴州 貴陽550001)

摘要：地表注漿在我國很多的工程中都得到了廣泛的應用。隧道、橋梁在建造過程中容易因為地質原因而導致工程發生很多安全隱患與質量隱患。地表注漿的應用給工程的建造提供了很大的保障。通過對多裂隙巖體與泥化夾層以及破碎巖體化學注漿的密度與間隙進行討論。

關鍵詞：地表注漿；加固力學；分析

1多裂隙巖體的裂隙密度與間距

在所有的巖體中都會有裂隙與孔隙存在著，漿液在這些巖體孔隙或者裂隙組成的通道中流動。裂隙是通過地質的作用而形成的一種不連續面，而這些不連續面決定了巖體的強度與滲流的特征。

巖體裂隙具體的發育程度又裂隙的間距與裂隙的密度決定。而裂隙巖體過流能力的指標通常由裂隙的間距與裂隙的密度來評價。裂隙的間距通常是指同一個裂隙組兩個相鄰的裂隙面之間的法相距離，我們通常把這同一個裂隙組的裂隙間距看做相等的距離。裂隙密度通常是指同一個裂隙組在裂隙面中法線單位長度上裂隙的數量。裂隙的間距與裂隙的密度互為倒數，在一般情況下裂隙巖體過流能力的強弱都有裂隙密度的大小決定。所以，裂隙的密度值越小，裂隙的滲透能力越弱；裂隙的密度值越大，裂隙的滲透能力越強。面密度、體密度以及用電密度可以表示裂隙的密度。

將同一組裂隙的法線方向的裂隙密度用ρ表示，也是指單位長度內裂隙的數量。如果將法線測量的長度用L表示，裂隙面上的數量用分別由n與l表示，則可以用以下公式計算其密度為

當巖體中出現幾組裂隙時，則每一組線密度之和可以由測線上的線密度表示。

若測線沒有經過裂隙的法線方向，就應該及時的修正測線的長度。在一些垂直鉆孔和裂隙相交的情況下，則可以采取以下公式計算其密度為

式中：裂隙傾角，α；鉆孔角度，L。

假如將單位面積之上裂隙跡線中所有點的數量設為裂隙數量面的密度(ρ)，跡線通常會在同一個觀測面之上出現兩端只能夠觀測到其中一端、兩端都可以觀測到、兩端都不能觀測到這三種類型。

因此，這三種跡線的中心通常在觀測范圍內的概率依次為

p0(ω)，p1(ω)，p2(ω)

p0(ω)=1

p1(ω)=1-e-μa

在等式中，跡線露出的長度為a，平均跡線的倒數為μ，如果將在觀測面中所觀測到的第1、2、3類跡線的條數分別用k、l、m表示，觀測的面積用A表示，則觀測面的密度(ρ)可以用下列公式計算

基質總體積與裂隙總的表面積的比值通常用裂隙數量的體密度(ρv)表示。

式中：基質總體積，S；裂隙總的表面積，V。

裂隙之間間距的大小通常是法線密度的倒數，所以同一組裂隙在法線上的平均距離通常用D(裂隙間距)表示，可用以下公式進行計算

裂隙之間的間距大小分為七類，見表1所示。

表1　裂隙間距大小的分類

3裂隙巖體的劈裂注漿

我們將巖石的性質設為在各個方向都有相同的性質，均勻并且連續的線彈性體。在鉆井時井壁出會發生水力劈裂，那么會出現垂直劈裂與水平劈裂著兩種請況。

若劈裂條件為垂直劈裂，則可根據如下公式進行計算

若劈裂條件為水平劈裂，則可根據如下公式進行計算

式中：巖石的泊松比，v；孔深，h；注漿壓力，p0；巖石的抗拉強度，σ1；側壓力系數，k0；巖石的重度，γ；孔壁擴張中流體壓力的比例系數(0~0.1)N。

工程中大多數巖石的抗拉強度都比7.8~9.8MPa大，在對一般的巖體注漿時都小于等于5.9~7.8MPa，所以完整性不錯的巖體幾乎很少發生水力劈裂的情況。

裂隙巖體注漿的過程中，因為裂隙巖體中包括很多形式的軟弱面，所以整體強度很低，如果壓力較低的話就會發生劈裂，之后巖層會發生變形。一般情況下，若壓力低于2.0~6.0MPa，巖層就會表面上抬或者是耗漿量突然增加，因此，巖層是否會發生劈裂、劈裂的程度由軟弱面與軟弱層的存在控制。

對裂隙巖體的內部進行注漿工作時，注漿的壓力較低，漿液的流速較小，主要是為了讓漿液完成對裂隙的填充與滲漏。在采用高壓對裂隙巖體進行注漿時，會發生擴縫效應。擴縫效應的發生會導致裂隙巖體中的節理與裂隙發生不同程度上的擴張，導致巖層上抬的情況發生。

3泥化夾層以及破碎巖體化學注漿的吸滲理論

力學系統的注漿主要為脈狀注漿，而夾泥系統的注漿通常因為夾泥的滲透性很低，其中壓力滲透的理論通常會被忽略掉，所以通過吸滲理論提出的粒間滲透注漿的方式完成夾泥系統的注漿。這種吸滲理論是把漿液和被注入漿液的介質之間存在著一定程度的親和性。這兩者相互接觸后，漿液能夠自動滲透在被注入漿液的介質之中，而被注入漿液的介質也能夠自動的吸允漿液。

漿液與巖土之間的親和力

σs-σs1=σ1cosθ

式中：漿液的表面張力，σs；巖土的表面張力，σ1；漿液與巖土間接觸的角度，σs1；漿液與巖體界面的張力，θ，當漿液為潤濕相時θ<90°。

如果將固體與液體之間的吸附力與親和力定義為F，則有下列公式

F=σ1cosθ

等式中的F與光滑面θ能夠用張力儀對其進行測量，但是張力儀卻不能測出巖土等多孔介質。為了測定出水或漿液在多空介質中毛細管束中的滲徑長度，我們通過潤濕運動學中的力學原理來測定其親和力的數值，如以下公式所示

4結束語

注漿理論在我國的地質工程中運用廣泛，通過對地表注漿加固中力學的研究，能夠加強對注漿的應用與工程的整體把握。在注漿工程中，對巖體的性質進行了解并及時的計算出漿液在巖體中的流通速度與注漿過程中的各相力度，有利于提高施工的準確性，減少施工的負擔，提高施工的效率。

參考文獻：

[1]裴潔.地表注漿在淺埋軟弱圍巖隧道中的應用[J].科技信息,2014,10(14).

[2]陳建民.地表注漿加固技術在廈安高速蓮花隧道淺埋偏壓段中的應用[J].廣東建材,2014,12(27).

Mechanical analysis of grouting reinforcement on surface

ZHANG Jian

(Guizhou Expressway Group Co.，Ltd.,Guiyang, Guizhou 550001，China)

Abstract:The grouting reinforcement technology has been widely used in many projects. Tunnels and bridges always have many safety and quality problems during construction because of the geology, to which the grouting reinforcement can provide safeguard. This paper discusses the density and gap of the jointed rock mass, clay intercalation and the broken rock chemical grouting to share with colleagues.

Keywords:surface grouting;reinforcement mechnics;analysis

中圖分類號：U416.1

文獻標識碼：C

文章編號：1008-3383(2016)01-0029-02

作者簡介：

收稿日期：2015-10-18