Experimental Study on Grouting Reinforcement Model of Fine Sand Soil Layer
李梦茹 LI Meng-ru
（河南理工大学安全科学与工程学院，焦作 454000）
（School of Safety Science and Enigineering，Henan Polytechnic University，Jiaozuo 454000，China）
摘要：文章以粉细砂土地层注浆为背景，围绕其注浆效果开展室内试验，得到其注浆形式以渗透注浆为主，且扩散半径主要影响因素为地层围压与砂体孔隙率，最终验证了渗透注浆理论。
Abstract: In this paper, the grouting of fine sand soil layer is taken as background, and the indoor test is carried out around the grouting effect. The grouting form is mainly infiltration grouting, and the main influencing factors of the diffusion radius are formation confining pressure and sand body porosity. The theory of osmotic grouting is verified.
关键词：粉细砂土；渗透注浆；地层围压；孔隙率
Key words: fine sand；osmotic grouting；formation confining pressure；porosity
中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2019）26-0151-02
0 引言
注浆技术自1950年起在我国应用，现已取得多方面的成果，目前已遍及水利、建筑、铁路和矿业等多个领域[1]。奥地利学者[2]通过三种模型模拟了浆液在单裂隙中的流动。张伟杰[3]等提出了浆液以U形的形式在裂隙中扩散的规律。杨米加[4]等通过大量的模拟实验，讨论了裂隙裂隙几何特征对岩体宏观渗透性的影响。
注浆技术已遍及我国多个领域，注浆模型模拟也做过很多试验[5-8]，但多数仅模拟单一地层的工程地质情况，无法较好模拟多种工程地质情况下注浆效果。因此，有必要对其施加围压，则浆液流动情况更符合实际情况。
1 注浆试验设计
为研究注浆材料在不同的围压工况条件下注浆压力P、注浆流量Q和浆液的扩散半径R之间的关系，以及灌浆材料在不同围压条件下在粉细砂土地层中的注浆效果，以渗透注浆理论为主要理论依据，结合实际情况，自行设计了一套模拟注浆试验装置，该装置的注浆压力易于控制、受注砂层易于模拟、注浆效果易于检测。
在现存实验装置无法利用的情况下，本文设计了粉细砂室内注浆模型试验系统，实验装置由注浆系统、流量压力检测系统、数据采集系统4个部分组成，如图1所示。
应用此试验装置，采用正交试验设计，以超细水泥为主要注浆材料，以焦作市城乡一体化示范区沙河沿岸粉细砂为受注介质，对渗透注浆进行研究。该装置包括四个部分：注浆泵、电磁流量计与压力测量仪器、模型箱体及电脑采集系统。如图1设备简图所示。
为研究灌浆材料在粉细砂地层中的注浆效果，采用代表性较强的五组试验方案，利用少数筛选的试验方案，通过对试验数据进行科学地分析统计，可以得出比较符合实际的试验结果。
2 结果与分析
2.1 试验1浆液渗透特性
从试验1数据绘制出的P-Q-T曲线可以非常直观的看出图像曲线虽然比较杂乱，但是也具有一定的规律：当注浆流量较大时，注浆软管内的压力也会有较为明显的变化。试验1的条件为K0状态下，是作为空白试验组与后面的试验结果进行对比，得出围压的存在与大小对于浆液扩散形式的影响。
2.2 试验2浆液渗透特性
第二次注浆结石体整体形状如图4所示，结石体的主体部分是一个空间分布较为规则的“树杈”状结石体，浆液沿着多个不同的空间方向进行渗透（或劈裂）注浆，从第二次注浆浆液结石体的三视图可以看出，第二次注浆效果较为显著。
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试验2的试验条件为低围压状态。试验二得出的P-Q-T曲线较试验一具有一定的规律，具有明显的波峰与注浆特点。从整个注浆试验来看，从波峰1到波峰5，注浆过程的最大瞬时注浆流量和最大瞬时注浆压力整体呈下降趋势。
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2.3 试验3浆液渗透特性
第三次注浆结石体整体形状如图6所示，结石体是一个直径稍大于注浆钢花管外径的柱状，浆液几乎没有进入试验介质，第三次注浆效果较差。
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第三组试验是在高围压状态下的注浆实验。从曲线图中可以直观的看出，注浆流量在42s达到流量的第一个波峰，此时浆液已经充满整个注浆管道；当注浆流量达到波谷时，此时压力到达最大值，在现场注浆时浆液即将达到突破砂层的临界值，当浆液持续对注浆管道施加压力后，压力突破阀值，浆液沿着钢花管与砂层的缝隙喷涌出箱体，浆液喷出后停止注浆试验。
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3 结论
①试验模型能够提供稳定的围压，可以近似地模拟地层的真实条件，注浆试验在有围压的条件下，注浆流量压力有着较为明显的规律；②在注浆材料、试验介质相同的条件下，对箱体施加的围压越大，浆液的扩散半径也就越小，相应的注浆压力也就会越大；③在注浆材料、试验介质相同的条件下，围压对于注浆半径和注浆压力的影响大大显现；围压越大，注浆压力也更大，浆液的扩散半径也会大大减小。
参考文献：
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[8]戚厚羿.岩溶管道涌水注浆封堵机理研究及配套注浆装备研发[D].山东大学，2017. |
