CN109447365A - 一种花管注浆加固松散碎石土层形成的结石体超声波波速的预测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种花管注浆加固松散碎石土层形成的结石体超声波波速的预测方法,属于岩石工程技术领域。本发明通过测量需加固的松散碎石土层的密度ρ、含水量ω与比重GS,并计算出松散碎石土层的孔隙度φ;根据松散碎石土层的密度ρ、含水量ω、比重GS和孔隙度φ选用注浆花管,测量所选用注浆花管侧边注浆孔间的孔距,计算出平均孔距l;根据所设计注浆压力p、注浆流体水灰比w、注浆时间t和注浆结石体超声波波速公式v=2170.0381p0.0353w‑0.3446l 0.0477t0.1185n0.0808计算出花管注浆加固松散碎石土层形成的结石体超声波波速v。本发明方法技术可靠,简单易行,可作为采用花管注浆技术加固松散碎石土层形成的结石体超声波波速设计与预测的理论依据,能为注浆工程实践提供理论支撑。

Description

一种花管注浆加固松散碎石土层形成的结石体超声波波速的 预测方法
技术领域
本发明涉及一种花管注浆加固松散碎石土层形成的结石体超声波波速的预测方法,属于岩石工程技术领域。
背景技术
碎石土地层在我国发育极其广泛,几乎每个省份都可见其分布;随着社会经济的快速发展,目前大量的基础设施建设项目在碎石土地层中建设或运营生产。然而,在这些基础设施建设项目的建设或运营生产过程中,会诱发各类工程地质灾害,如,滑坡、崩塌、泥石流、涌水与突泥等,不仅会严重影响工程建设施工和运营期安全,而且会造成重大的人员伤亡和巨大的财产损失。
大量的工程实践表明:注浆技术,尤其是花管注浆技术,已成为解决当前碎石土地层中面临的各类工程领域岩土问题首选的有效技术手段;已在建筑、公路、铁路、地铁、矿山、隧道、水电与军事等工程领域得到了非常广泛地应用。
目前,在注浆实践工程上常采用超声波波速来检测现场注浆效果质量。由于注浆流体在被注岩土体中的扩散过程极其隐蔽且复杂,导致目前还不可能在施工过程中对注浆效果进行监测;而如何有效、快速且较准确地检测现场注浆效果的好坏,不仅是注浆实践工程中一道极其关键的工艺环节,而且对保证注浆实践工程的质量也非常重要。然而,目前国内外还未见相关的利用花管注浆技术加固松散碎石土层形成的结石体超声波波速的定量预测方法方面的报道与成果;因此,如何有效、快速且准确地确定花管注浆加固松散碎石土层形成的结石体超声波波速是注浆实践工程中急需解决的技术难题。
发明内容
针对现有技术中花管注浆加固松散碎石土层形成的结石体超声波波速的预测问题,本发明提供一种花管注浆加固松散碎石土层形成的结石体超声波波速的预测方法,本发明能有效、快速且准确地确定花管注浆加固松散碎石土层形成的结石体超声波波速指标。
一种花管注浆加固松散碎石土层形成的结石体超声波波速的预测方法,具体步骤如下:
(1)测量需加固的松散碎石土层的密度ρ、含水量ω与比重GS,并计算出松散碎石土层的孔隙度φ;
(2)根据步骤(1)松散碎石土层的密度ρ、含水量ω、比重GS和孔隙度φ选用注浆花管,测量所选用注浆花管侧边注浆孔间的孔距,计算出平均孔距l;
(3)设计注浆压力p、注浆流体水灰比w与注浆时间t,根据注浆结石体超声波波速公式
v=2170.0381p0.0353w-0.3446l-0.0477t0.1185n0.0808
计算出花管注浆加固松散碎石土层形成的结石体超声波波速v;超声波波速v、注浆压力p、注浆时间t与注浆花管侧边注浆孔间平均孔距l的单位分别为m/s、MPa、s与cm,注浆流体水灰比w与松散碎石土层的孔隙度φ为无量纲数。
所述步骤(1)松散碎石土层的孔隙度φ的计算公式为
其中,为4℃时纯蒸馏水的密度,单位为g/cm3;松散碎石土层的密度ρ的单位为g/cm3;含水量ω为质量含水量,%;比重GS为无量纲数;
所述注浆流体水灰比w的计算公式为
其中,m为配置注浆流体所需水的质量,单位为Kg,m注浆材料为配置注浆流体所需注浆材料的质量,Kg;
松散碎石土层密度ρ的测量方法可以为灌水法、灌砂法或环刀法;
松散碎石土层含水量ω的测量方法可以为烘干法;
松散碎石土层比重GS的测量方法可以为比重瓶法与虹吸筒法结合,即对于粒径小于5mm的部分用比重瓶法测定比重,而对粒径不小于5mm的部分用虹吸筒法测定比重。
本发明的有益效果:
(1)本发明不仅能有效、快速且准确地确定花管注浆加固松散碎石土层形成的结石体超声波波速;而且可精确地获得在注浆过程中形成的结石体超声波波速与注浆压力、注浆流体水灰比、注浆时间、注浆花管侧边注浆孔间平均孔距与松散碎石土层孔隙度间的变化规律;
(2)本发明技术可靠,简单易行,可作为采用花管注浆技术加固松散碎石土层形成的结石体超声波波速设计与预测的理论依据,可指导注浆实践工程应用,提高花管注浆加固松散碎石土层的技术水平。
附图说明
图1为实施例中注浆试验装置结构示意图,其中,1-供压设备、2-储浆容器、3-试验箱、4-氮气减压器(装有压力表)与注浆控制开关、5-注浆流体、6-电子称、7-注浆导管、8-注浆花管、9-松散碎石土层;
图2为实施例注浆花管示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明,但本发明的保护范围并不限于所述内容。
本发明实施例中注浆试验装置结构示意图如图1所示,从图1可知,注浆试验装置包括供压设备1、储浆容器2、试验箱3、氮气减压器(装有压力表)与注浆控制开关4、注浆流体5、电子称6、注浆导管7、注浆花管8、松散碎石土层9,注浆花管8垂直固定设置在试验箱3的顶壁中心并向下延伸至试验箱3内,注浆花管8通过钢环焊接式接头与注浆实验装置的注浆导管7连通;松散碎石土层9堆砌放置在试验箱3内部,储浆容器2放置在电子称6顶端,注浆导管7的另一端与储浆容器2低端的浆料出口连通,注浆流体5设置在储浆容器2内,储浆容器2的顶端封闭且顶端设置有与供压设备1气体出口连通的供压气体管道,供压气体管道上设置有氮气减压器(装有压力表)与注浆控制开关4;
实验过程中,注浆结石体实际超声波波速的测量方法为:组装注浆实验装置并检查试验箱的密封性,试验箱中铺设松散碎石土层,在松散碎石土层中心埋设注浆花管,采用钢环焊接式接头连接注浆花管与注浆实验装置的注浆流体管路;开始注浆即打开注浆控制开关,并缓慢开启氮气减压器,不断调节注浆压力直到压力表达到设计的注浆压力值,观察并记录浆液流动情况;当储浆容器中注浆流体注入时间达到预设时间时,停止注浆;待浆液凝固后拆模,采用中国科学院武汉岩土研究所智能仪器实验室生产的RSM-SY5型非金属超声波波速检测仪对结石体顶部、中央与底部等三个部位分别进行超声波波速测试,对其求平均值可得到注浆结石体实际超声波波速v
实施例1:一种花管注浆加固松散碎石土层形成的结石体超声波波速的预测方法,具体步骤如下:
(1)测量需加固的松散碎石土层的密度ρ、含水量ω与比重GS,并计算出松散碎石土层的孔隙度φ;
(2)根据步骤(1)松散碎石土层的密度ρ、含水量ω、比重GS和孔隙度φ选用注浆花管,测量所选用注浆花管侧边注浆孔间的孔距,计算出平均孔距l;
(3)设计注浆压力p、注浆流体水灰比w与注浆时间t,根据注浆结石体超声波波速公式
v=2170.0381p0.0353w-0.3446l-0.0477t0.1185n0.0808
计算出花管注浆加固松散碎石土层形成的结石体超声波波速v;超声波波速v、注浆压力p、注浆时间t与注浆花管侧边注浆孔间平均孔距l的单位分别为m/s、MPa、s与cm,注浆流体水灰比w与松散碎石土层的孔隙度φ为无量纲数;
所述步骤(1)松散碎石土层的孔隙度φ的计算公式为
其中,为4℃时纯蒸馏水的密度,单位为g/cm3;松散碎石土层的密度ρ的单位为g/cm3;含水量ω为质量含水量,%;比重GS为无量纲数;
所述注浆流体水灰比w的计算公式为
其中,m为配置注浆流体所需水的质量,单位为Kg,m注浆材料为配置注浆流体所需注浆材料的质量,Kg;
松散碎石土层密度ρ的测量方法可以为灌水法、灌砂法或环刀法;
松散碎石土层含水量ω的测量方法可以为烘干法;
松散碎石土层比重GS的测量方法可以为比重瓶法与虹吸筒法结合,对于粒径小于5mm的部分用比重瓶法测定比重,而对粒径不小于5mm的部分用虹吸筒法测定比重。
实施例2:一种花管注浆加固松散碎石土层形成的结石体超声波波速的预测方法,具体步骤如下:
(1)测量需加固的松散碎石土层的密度ρ为1.73g/cm3、含水量ω为2.05%与比重GS为2.61,并计算出松散碎石土层的孔隙度φ为0.35;其中松散碎石土层的孔隙度φ的计算公式为
其中,为4℃时纯蒸馏水的密度,单位为g/cm3;松散碎石土层的密度ρ的单位为g/cm3;含水量ω为质量含水量,%;比重GS为无量纲数;
(2)根据步骤(1)松散碎石土层的密度ρ为1.73g/cm3、含水量ω为2.05%、比重GS为2.61和孔隙度φ为0.35选用注浆花管(见图2),测量所选用注浆花管侧边注浆孔间的孔距,计算出平均孔距l为5cm;
(3)设计注浆压力p为0.25MPa、注浆流体水灰比w为1.50与注浆时间t为20s,根据注浆结石体超声波波速公式
v=2170.0381p0.0353w-0.3446l-0.0477t0.1185n0.0808
计算出花管注浆加固松散碎石土层形成的结石体超声波波速v为2180.3m/s、超声波波速v、注浆压力p、注浆时间t与注浆花管侧边注浆孔间平均孔距l的单位分别为m/s、MPa、s与cm,注浆流体水灰比w与松散碎石土层的孔隙度φ为无量纲数;其中注浆流体水灰比w的计算公式为
其中,m为配置注浆流体所需水的质量,单位为Kg,m注浆材料为配置注浆流体所需注浆材料的质量,Kg;
本实施例中,实际测量的注浆结石体超声波波速v为2330.7m/s,计算得到的预测注浆结石体超声波波速v与v的误差为|v-v|/v×100%,即为6.45%。
实施例3:一种花管注浆加固松散碎石土层形成的结石体超声波波速的预测方法,具体步骤如下:
(1)测量需加固的松散碎石土层的密度ρ为1.56g/cm3、含水量ω为5.16%与比重GS为2.69,并计算出松散碎石土层的孔隙度φ为0.45;其中松散碎石土层的孔隙度φ的计算公式为
其中,为4℃时纯蒸馏水的密度,单位为g/cm3;松散碎石土层的密度ρ的单位为g/cm3;含水量ω为质量含水量,%;比重GS为无量纲数;
(2)根据步骤(1)松散碎石土层的密度ρ为1.56g/cm3、含水量ω为5.16%、比重GS为2.69和孔隙度φ为0.45选用注浆花管(见图2),测量所选用注浆花管侧边注浆孔间的孔距,计算出平均孔距l为20cm;
(3)设计注浆压力p为0.15MPa、注浆流体水灰比w为1.00与注浆时间t为30s,根据结石体超声波波速公式
v=2170.0381p0.0353w-0.3446l-0.0477t0.1185n0.0808
计算出花管注浆加固松散碎石土层形成的结石体超声波波速v为2468.0m/s,超声波波速v、注浆压力p、注浆时间t与注浆花管侧边注浆孔间平均孔距l的单位分别为m/s、MPa、s与cm,注浆流体水灰比w与松散碎石土层的孔隙度φ为无量纲数;其中注浆流体水灰比w的计算公式为
其中,m为配置注浆流体所需水的质量,单位为Kg,m注浆材料为配置注浆流体所需注浆材料的质量,Kg;
本实施例中,实际测量的注浆结石体超声波波速v为2660.3m/s,计算得到的预测注浆结石体超声波波速v与v的误差为|v-v|/v×100%,即为7.23%。
上面结合附图对本发明的具体实施例作了详细说明,但是本发明并不限于上述实施例,在本领域普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (3)

1.一种花管注浆加固松散碎石土层形成的结石体超声波波速的预测方法,其特征在于,具体步骤如下:
(1)测量需加固的松散碎石土层的密度ρ、含水量ω与比重GS,并计算出松散碎石土层的孔隙度φ;
(2)根据步骤(1)松散碎石土层的密度ρ、含水量ω、比重GS和孔隙度φ选用注浆花管,测量所选用注浆花管侧边注浆孔间的孔距,计算出平均孔距l;
(3)设计注浆压力p、注浆流体水灰比w与注浆时间t,根据注浆结石体超声波波速公式
v=2170.0381p0.0353w-0.3446l-0.0477t0.1185n0.0808
计算出花管注浆加固松散碎石土层形成的结石体超声波波速v;超声波波速v、注浆压力p、注浆时间t与注浆花管侧边注浆孔间平均孔距l的单位分别为m/s、MPa、s与cm,注浆流体水灰比w与松散碎石土层的孔隙度φ为无量纲数。
2.根据权利要求1所述花管注浆加固松散碎石土层形成的结石体超声波波速的预测方法,其特征在于:步骤(1)松散碎石土层的孔隙度φ的计算公式为
其中,为4℃时纯蒸馏水的密度,单位为g/cm3;松散碎石土层的密度ρ的单位为g/cm3;含水量ω为质量含水量,%;比重GS为无量纲数。
3.根据权利要求1所述花管注浆加固松散碎石土层形成的结石体超声波波速的预测方法,其特征在于:注浆流体水灰比w的计算公式为
其中,m为配置注浆流体所需水的质量,单位为Kg,m注浆材料为配置注浆流体所需注浆材料的质量,Kg。
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