的影响,水灰比的水泥浆液粘度变化渗透灌浆

文摘

扩散半径是一个重要的施工参数,因为它可以极大地影响注浆效果。理论模型在预测扩散半径一直在练习,但仍有重要的理论计算和实际结果之间的差异在实际建设。说明的一个重要原因是水泥灌浆的时间行为,显著影响的水灰比(W / C)。因此,本文通过实验和数值研究W / C的影响粘度变化的灌浆和灌浆过程。首先,水泥浆的表观粘度在不同W / C是由一个旋转粘度计测试在实验室实验。随后,实验室检测的基础上,建立了数值模型探讨W / C对水泥灌浆在砂层的扩散过程。根据实验结果,水泥水泥浆的表观粘度随W / C的增加而减小。此外,表观粘度随时间增加,表观粘度范围的增加先增加然后减少随着W / C增加。根据模拟结果,从0.8到1.1 W / C变化时,扩散半径60分钟经验越来越少明显增加给定渗透注浆的注浆压力下砂层。当W / C 0.9,相对误差达到37.65%,60分钟,略低于0.8。 However, when W/C changes from 0.9 to 1.0, the relative error becomes very narrow (21.36%), and this figure is much lower than that of 0.8 or 0.9. The simulation results are verified by field test, and the relative error is 6%, which proves the effectiveness of the analysis. Therefore, the cement permeation model considering viscosity variation of the grout is a reasonable alternative in the real project. At the same time, the time-dependent behavior of cement grouts should be considered, especially when using cement grouts with a low water-cement ratio in the practical engineering.

1。介绍

不宜基金会是一个土木工程和交通工程中常见的问题。地基处理的成本有时可以弥补工程建设总成本的一半以上,因此基础改进变得至关重要。渗透与水泥灌浆水泥浆被广泛用于改善基础由于其结构简单,效率高1- - - - - -3]。然而,灌浆效果在实际工程灌浆材料的性能影响和地质条件4]。此外,一个合理的灌浆参数估计在实际工程将帮助灌浆施工以相对较低的价格满足需求。为了提高计算的准确性,学者们从不同的观点研究渗透灌浆。例如,一些提出基于一些假设和简化的理论计算。杨et al。5和你们et al。6)建立理论模型基于不同的流型本构模型,推导出计算公式为渗透注浆扩散范围或灌浆压力。此外,一些研究人员研究了渗透灌浆使用实验和数值方法。例如,侯赛因(7]调查的特点,根据一些重要的灌浆水泥基渗透灌浆参数,如流变特性、渗透系数灌浆,水泥浆液的注入能力。同样,基于非混相多相流理论,Coskun和Tokdemir8)建立了数学模型,在完全饱和的土壤渗透灌浆。此外,傅et al。9)提出了一个数学模型,根据泥浆的自重影响渗透灌浆,建立了宾汉水泥浆设置大小的预测模型。除此之外,福等人开发了一套灌浆试验设备,包括电源设备,承压浆槽,和几个测试框架(9]。抗压强度、变形模量和渗透系数被选为灌浆加固效果的评价指标。

另一方面,研究人员重视水泥浆对灌浆效果的影响。等等,一些学者试图改善理论公式通过使用新方法以获得更精确的流变参数。戴和鸟10]提供了另一种方法建立Reynolds-type润滑理论方程的变分理论。除此之外,拉赫曼et al。11,12)测量了静态和动态屈服应力有不同的测量技术。此外,其他学者探讨灌浆材料对扩散过程的影响。事实上,电力消耗由损耗的能量注入机制是粘性的影响。基于这一事实,埃尔塔(13)获得径向流速水泥灌浆的岩石断裂从宾汉的关系。Zhang et al。14)认为快速设置浆的宾汉液体时间行为和雇佣一群甚至毛细管模型来描述渗流过程。他们建议应该考虑粘度的空间分布不均仔细在灌浆设计。目前,研究集中在粘度测量或粘度变化下单一的W / C。调查W / C对粘度变化的影响和扩散过程是相对罕见。此外,扩散半径之间的差异考虑时间行为和不考虑不同W / C没有定量研究。

因此,在这项工作中,实验和数值模拟研究W / C对扩散半径的影响水泥砂层中的水泥浆以及扩散半径之间的差异考虑,不考虑时间的行为。特别是,首先,执行实验室测试来测量水泥水泥浆的表观粘度在不同W / C,后的粘度变化特征进行了探讨,通过拟合测量表观粘度。随后,水泥水泥浆的时间获得行为的基础上,建立了计算模型,COMSOL模拟水泥浆液的扩散过程在砂层。除此之外,模拟的结果考虑,不考虑时间的行为在不同的W / C比较,和W / C对水泥渗透灌浆的影响进行了分析。

2。实验室实验水泥浆的粘度

2.1。实验仪器和测试材料

实验重点研究纯水泥水泥浆的流变特性,和有关W / C范围是0.5 - -1.1,广泛应用于实际工程。根据阮(15)、水泥水泥浆在W / C 0.5 - -0.7可以分为幂律流体,在水泥浆W / C 0.8 - -1.0通常归类为宾汉流体。

在实验中,ydnj - 160 a -型混合机(图1)是用于准备新鲜水泥水泥浆。为了精确测量表观粘度、NXS-11B-type旋转粘度计(图2)采用,粘度计的主要技术指标如表所示1。

在实验中使用的水泥是硅酸盐水泥(PC)评分42.5由Sunnsy集团在济南。主要的化学成分如表所示2。

2.2。测试程序

新鲜水泥水泥浆在W / C 0.5 ~ 1.1是第一生产和保存在恒温器的温度20°。随后,水泥浆的表观粘度测量从一开始到40分钟每10分钟。然后,水泥水泥浆的粘度变化特征在不同分析了W / C通过拟合测量表观粘度与起源的软件。最后,数学方程描述水泥水泥浆在不同的时间行为形成的W / C(岩土测试规范)。

2.3。实验结果的讨论

水泥水泥浆的表观粘度不同W / C下表所示3。基于先前的研究[16),水泥灌浆材料的表观粘度之间的关系和时间可以安装一个自然对数函数。

拟合曲线如图3和4。数据显示3和4,在同一时刻,水泥浆的表观粘度降低当W / C增加从0.5到1.1,和0.5 - -0.7 W / C下的表观粘度是一个数量级高于0.8 ~ 1.1。此外,表观粘度的增加范围首先随着W / C增加增加然后减少。0.5和0.6 W / C时,增加范围的初始粘度小于2倍。从0.7到0.9 W / C增加,增加的范围从3.74倍增加到4.39倍。然而,增加范围从4.08倍到3.32倍下降当W / C从1.0增加到1.1。总之,W / C的影响时间行为首先随着W / C增加增加然后减少。

因此,必须考虑水泥灌浆的时间行为,确保灌浆设计和施工期间的有效性。

根据测试结果,泥浆的剪切强度和密度的变化规律在不同水灰比进行了分析,如图5和6。显然,与水灰比的增加,密度线性降低,抗剪强度也降低。当W / C大于0.9,下降的变化趋势。

3所示。数值模拟分析

基于水泥水泥浆的获得时间行为,采用COMSOL模拟水泥水泥浆的扩散过程,计算下的扩散半径不同的W / C。鉴于渗透注浆压力恒定的灌浆是广泛应用于实际工程,本研究着重于W / C对灌浆过程的影响下灌浆压力。有关主题下的水泥灌浆W / C 0.8 ~ 1.1,因为有许多关于宾汉流体的相关理论分析(17),方便与模拟结果进行比较。事实上,水泥灌浆1.0 W / C附近的已广泛应用于实际工程。

粘度是视为一个常数,它等于初始粘度时,不考虑时间的行为。而粘度变化考虑在内,粘度的变化相当于平均粘度的集成。方程可以表示如下: 在哪里和是指水泥浆的粘度和粘度的水,分别;β之间的粘度比水泥浆和水,然后呢是整个灌浆时间。

3.1。参数设置

在建立计算模型之前,作了一些假设如下:(1)在灌浆过程中重力可以忽略不计(2)屈服强度被视为常数的值3(3)渗透注浆开始从注浆管底部,和浆液渗透进了砂层下球300 kPa的灌浆压力

在固体力学模块,表面设置作为一个自由变形边界。模型的左和右边界设置为滚动支座界限,只允许垂直位移,而不是横向位移。较低的计算模型的边界设置为一个固定的边界。在渗流力学模块中,地下水位的高度将与表面高度一致,和左右边界和下边界的计算模型设置为不渗透边界,即 。

数值模拟的模型显示在图中7,并给出了数值模型的主要参数表4。正确的图7灌浆孔的局部放大图。在初始条件,第一、二部分充满水和水泥浆,分别,第三部分是灌浆孔的半径30毫米。灌浆的入口边界(F),且出口边界(A)、(B)、(C)和(D)。

3.2。数值模型的有效性

灌浆前模拟考虑不同的W / C,首先证明了计算模型的有效性通过比较模拟结果与计算结果通过一个被广泛接受的理论计算18]。扩散半径考虑理论上可以根据计算时间的行为 在哪里压差; , , ,和渗透系数、水泥浆和水粘度之间的比例,砂层的孔隙度,和单位重量的水,分别;和扩散半径和注浆管的半径,分别;和 , ,和起始压力、屈服应力和毛细管半径,分别。

基于结果之间的相对误差扩散半径理论计算和数值模拟获得的W / C 0.8图所示8。值得注意的是相对误差在3%以内,证明数值模拟可以反映扩散过程。因此,它是一个合理的选择利用COMSOL进一步分析W / C对灌浆过程的影响。

证明了计算模型的有效性后,进行全面调查探索W / C的影响渗透注浆扩散半径的砂层。此外,相对误差对考虑粘度在不同的时间行为W / C是定量分析。

3.3。模拟结果的讨论

3.3.1。W / C对扩散半径的影响

下的水泥水泥浆扩散半径不同的W / C如图7。根据图9,扩散半径增加从0.8到1.1 W / C增加,表明更大的W / C将导致一个更大的扩散半径。特别是,当W / C变化从0.8到0.9,扩散半径60分钟经历大幅增加范围的增加18%。增加的趋势就变得不太明显的W / C从0.9上升到1.1。此外,扩散半径相同的W / C随时间和增长率就变小了。衰减率降低为W / C增加从0.8到1.1。一个可能的原因在于,水泥灌浆压力快变弱水泥浆与更高的W / C,因为高浓度水泥浆水泥砂层中的扩散时需要更多的能量。

3.3.2。W / C的影响的相对误差扩散半径对考虑时间的行为

模拟结果考虑时间行为和不考虑时间行为和理论下的扩散半径不同的W / C进行了比较。根据获得的结果,水灰比下的扩散半径0.8 - -1.1图所示10。值得注意的是,理论半径和模拟结果考虑时间的行为在所有W / C显示良好的协议和保持稳定的40分钟后,符合实际情况。灌浆压力的衰减,扩散半径略增加并最终趋于一个常数的值。相比之下,扩散半径不考虑时间行为随时间急剧上升,导致与理论半径越来越差距或模拟结果考虑水泥水泥浆的粘度变化。

为了定量研究W / C的影响,模拟结果之间的相对误差不考虑粘度变化和理论在不同半径得到W / C(见图中的结果11)。W / C的影响的相对误差扩散半径对考虑粘度变化会随着W / C从0.8增加到1.1。当W / C为0.8,相对误差随时间急剧扩大,达到近40%在60分钟。同样的,当W / C为0.9,相对误差达到37.65%,60分钟,略低于0.8。然而,当W / C变化从0.9到1.0,相对误差变得更加狭窄(21.36%),和这个数字远低于0.8或0.9。相对误差经历轻微下降W / C增加到1.1时,可能是因为时间的行为削弱了W / C增加时。

3.3.3。现场试验的注浆扩散半径

为了验证分析和数值模拟结果,本文进行了现场灌浆试验在黄河冲击面积。根据上面的仿真参数,设置不同的泥浆水灰比,和灌浆时间是60分钟(土坝灌浆技术规范)。在灌浆后,72小时后,灌浆部分是挖掘(见图12)。

开挖后,注浆半径计算在不同水灰比(见具体详细参数表5)。

现场试验结果表明,水灰比的增加,注浆扩散半径逐渐增加。此外,测试和仿真结果进行了比较。发现浆液扩散半径的平均误差仿真结果与现场试验结果是6%(见图13),仿真结果与试验结果有很好的一致性,验证了分析结论。

4所示。结论

为了研究水泥水泥浆的粘度变化的影响在不同的W / C和W / C在砂层渗透灌浆过程,本文进行了实验室实验和数值模拟。特别是,实验室测试关注的影响研究W / C纯水泥水泥浆的表观粘度。随后,数值模拟进行繁殖的灌浆过程水泥水泥浆和研究扩散半径在考虑时间的行为在不同的W / C。根据获得的结果,是得出以下结论:(1)水泥水泥浆的表观粘度随W / C的增加而减小。随着时间的推移,表观粘度增加。此外,表观粘度范围的增加先增加,然后随着W / C的增加减少(2)当W / C变化从0.8到1.1,水泥水泥浆的扩散半径60分钟经验越来越明显的增加在一个给定的砂层渗透注浆的注浆压力(3)调查的情况下,相对误差的理论分析和数值模拟得到的扩散半径不考虑粘度变化当W / C增加下降(4)根据测试结果,注浆扩散半径逐渐增加,测试和仿真结果进行了比较。发现浆液扩散半径的平均误差仿真结果与现场试验结果是6%,和仿真结果与试验结果有很好的一致性

数据可用性

部分或全部数据、模型或代码生成或使用在研究可从相应的作者。

的利益冲突

我们声明,我们没有任何商业或关联利益代表的利益冲突与提交的工作。

确认

这项工作得到了山东关键研发计划(2019 jzzy010429)和山东交通主管部门的科技计划(2019 b48)。

引用

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