CN110512622B - 临坡面岩体竖向裂隙充填注浆方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了临坡面岩体竖向裂隙充填注浆方法，方法包括：获取临坡面岩体竖向裂隙开度、岩体几何尺寸、单孔注浆量以及注浆孔间距；根据临坡面岩体竖向裂隙开度、岩体几何尺寸以及注浆孔间距，按间距进行钻注浆孔，注浆孔钻至裂隙面；往注浆孔安放注浆导管，充填注入浆料。本方法为临坡面岩体重力侵蚀治理提供了一种快捷高效的新途径，具有施工快捷、工期短、防渗效果好、对岩体扰动小等特点，能够实现注浆的科学化和精细化，保证注浆施工质量。

Description

临坡面岩体竖向裂隙充填注浆方法

技术领域

本发明涉及岩体加固技术领域，尤其涉及一种临坡面岩体竖向裂隙充填注浆方法。

背景技术

岩石由于在风蚀、水蚀、冻融及重力侵蚀交互作用下，常常呈现出复合侵蚀模式。

岩体通常发生块体状侵蚀存在大量竖向裂隙，裂隙构成了水流下渗的通道，在冻融循环和水侵蚀作用下，裂隙不断下切，裂隙面两侧咬合力丧失，使临坡面的砒砂岩块体与母体完全分离，产生下坠、倾覆趋势，当达到一定极限状态时即突然发生崩塌，形成块体状重力侵蚀。

临坡面岩体崩塌常常会造成严重的后果，例如：公路两旁的临坡面岩体崩塌会造成公路中断，更甚至会危害行人的生命财产安全。

以砒砂岩为例：我国鄂尔多斯高原地区分布着一种特殊泥沙岩—砒砂岩，面积约1.67万km²，其土壤侵蚀模数最高达76000t/km².a。虽然砒砂岩区仅占黄土高原地区总面积的2.6％，但产沙量却占到整个黄土高原地区输入黄河粗泥沙的30％左右，是黄河中游水土保持工作的重点地区。

导致高产沙量的主要原因在于砒砂岩特殊的岩性。由于颗粒间胶结程度差、结构强度低，蒙脱石含量高，遇水膨胀泥化，加上冻融循环作用，岩石结构极易遭到破坏，在风蚀、水蚀、冻融及重力侵蚀交互作用下，呈现出复合侵蚀模式。其中重力侵蚀占总侵蚀量的30％以上，重力侵蚀产生的松散堆积物，是黄河中游土壤侵蚀产沙的主要来源。因此，加强对砒砂岩区重力侵蚀的治理，对于控制土壤侵蚀、减少入黄泥沙具有重要意义。

重力侵蚀主要有泻溜、崩塌、滑塌等表现形式，其中以崩塌为主要形式的块体状重力侵蚀现象十分突出，其发生具有突然性，所产生的侵蚀量和破坏性往往比较大。

通常发生块体状侵蚀的砒砂岩层中存在大量竖向裂隙，裂隙构成了水流下渗的通道，在冻融循环和水侵蚀作用下，裂隙不断下切，裂隙面两侧咬合力丧失，使临坡面的砒砂岩块体与母体完全分离，产生下坠、倾覆趋势，当达到一定极限状态时即突然发生崩塌，形成块体状重力侵蚀。

通过注浆充填临坡面砒砂岩体中的竖向裂隙、从而封堵水流通道、避免水流下渗、阻止裂隙下切趋势，同时借助浆液固化后所产生的粘结力，使裂隙两侧岩块粘接在一起，从而提高临坡面岩块的稳定性、避免崩塌是防治块体状重力侵蚀的重要措施之一，然而由于砒砂岩岩性特殊，对水敏感，传统的注浆材料如水泥浆、水玻璃等，由于均以水作为溶剂或主要反应成分，会对砒砂岩结构造成破坏，使得加固效果被严重削弱甚至完全丧失加固作用。

可以通过注入非水反应浆料，例如：高聚物浆液，一方面可以充填裂隙，封闭水流通道，避免水流侵蚀，同时使裂隙两侧岩块粘接在一起，提高临坡面岩块的稳定性，且施工速度快，防渗效果好。但现在的施工大多是根据施工人员的施工经验，例如：对裂隙注浆量多少，在哪里打孔，都存在很大的主观性，影响施工质量。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种临坡面岩体竖向裂隙充填注浆方法，本方法可有效降低岩体竖向裂隙充填注浆的主观性，实现科学化和精细化注浆，保证注浆质量。

临坡面岩体竖向裂隙充填注浆方法，方法包括：

S1.获取临坡面岩体竖向裂隙开度、岩体几何尺寸、单孔注浆量以及注浆孔间距；

S2.根据临坡面岩体竖向裂隙开度、岩体几何尺寸以及注浆孔间距，按间距进行钻注浆孔，注浆孔钻至裂隙面；

S3.往注浆孔安放注浆导管，充填注入浆料。

优选地，所述S1中岩体几何尺寸包括高度、垂直于坡面走向的岩体横断面尺寸。

优选地，所述S1中单孔注浆量以及注浆孔间距的计算方法为：

A.根据岩体竖向裂隙注浆模型，变量裂隙开度以及单孔注浆量，得到对应的最大膨胀压力以及扩散范围，拟合建立裂隙开度、单孔注浆量与最大膨胀压力之间的关系以及裂隙开度、单孔注浆量与扩散范围之间的关系；

B.根据获取的临坡面岩体竖向裂隙开度、岩体几何尺寸进行稳定性验算，计算注浆过程中实际岩体竖向裂隙面允许承受的最大膨胀压力；

C.根据获取的岩体竖向裂隙开度以及最大膨胀压力，依据裂隙开度、单孔注浆量与最大膨胀压力之间的关系，计算出单孔注浆量；

D.根据单孔注浆量以及竖向裂隙开度，依据裂隙开度、单孔注浆量与扩散范围之间的关系，计算出浆液扩散范围；

F.根据浆液扩散范围以及注浆布孔形式，计算出注浆孔间距。

优选地，所述步骤B中注浆过程中实际岩体竖向裂隙面允许承受的最大膨胀压力的计算方法为：

a.根据式(1)计算平行于坡面走向方向单位长度岩体重量；

b.根据垂直于坡面走向方向岩体横断面几何尺寸确定其重心横坐标位置；

c.将裂隙面上作用的膨胀压力视为均布荷载，岩体绕旋转点倾覆，根据式(2)计算岩体抗倾覆力矩M₁；根据式(3)确定倾覆力矩M₂；

d.根据式(4)平行于坡面走向方向单位长度岩体抗倾覆稳定性要求，根据式(5)确定裂隙面允许承受的单位面积上的膨胀压力q1；

e.根据式(6)计算抗滑力F1，根据式(7)计算滑动力F2；

f.根据式(8)平行于坡面走向方向单位长度岩体抗滑移稳定性要求，根据式(9)确定裂隙面允许承受的单位面积上的膨胀压力q2；

g.取q1与q2之间的最小值作为裂隙面允许承受的单位面积上的膨胀压力q；

其中：G＝ρA_岩 (1)

M₁＝Z_GG (2)

M₂＝q₁h²/2 (3)

M₂≤λM₁ (4)

q₁≤2λZ_GG/h² (5)

F₁＝μG (6)

F₂＝q₂h (7)

F₂≤λF₁ (8)

q₂≤λμG/h (9)

式中，ρ为岩体密度；A_岩为垂直于坡面走向方向岩体横断面面积；Z_G为旋转点到重心的距离；h为竖向裂隙高度；μ为岩体与下部支撑土层之间的摩擦系数(μ≤1)；λ为安全系数(λ≤1)。

优选地，所述步骤F中注浆布孔形式为正三角形、梅花形以及矩形中的一种。

优选地，所述注浆布孔形式为正三角形，浆液扩散形态为圆形时，注浆孔间距为：

其中，R为浆液扩散半径，L为注浆孔间距。

优选地，所述浆料为高聚物。

优选地，所述岩体为砒砂岩体。

优选地，所述S2具体为：

根据临坡面岩体竖向裂隙开度、岩体几何尺寸以及注浆孔间距，按间距从岩体临坡面向岩体内钻孔至裂隙面形成注浆孔，注浆孔直径为12-16mm，注浆孔相对于水平方向倾角为15-20度。

优选地，所述S3具体为：

往注浆孔安放注浆导管，按照从下到上，逐排间隔顺序充填注入浆料，相间两注浆孔注浆间隔时间不小于浆料初凝时间。

本发明提供了一种临坡面岩体竖向裂隙充填注浆方法，本方法为临坡面岩体重力侵蚀治理提供了一种快捷高效的新途径，具有施工快捷、工期短、防渗效果好、对岩体扰动小等特点，能够实现注浆的科学化和精细化，保证注浆施工质量，特别是针对砒砂岩体重力侵蚀综合治理，对于有效减少入黄泥沙、加快黄河流域治理开发和生态环境改善具有积极促进作用，已成功应用于鄂尔多斯地区多项砒砂岩块体状重力侵蚀治理工程，具有巨大的经济、社会和生态效益；且以高聚物作为注浆材料应用于岩体状重力侵蚀治理时，克服了传统注浆材料(如水泥浆、水玻璃等)由于均以水作为溶剂或主要反应成分，会对砒砂岩结构造成破坏，导致加固效果被严重削弱甚至完全丧失加固作用的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例的效果表征图，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为应用于临坡面岩体竖向裂隙充填注浆方法流程框图；

图2为单孔注浆量以及注浆孔间距计算方法流程框图；

图3为垂直于坡面走向方向岩体横断面几何形态示意图；

图4为注浆孔布置正视示意图；

图5为注浆孔布置俯视示意图；

图6为单孔注浆效果正视示意图；

图7为单孔注浆效果侧视示意图；

图8为隔孔注浆效果正视示意图；

图9为单排注浆效果正视示意图；

图10为注浆结束效果正视示意图；

图11为注浆结束效果侧视示意图；

图12为竖向裂隙注浆模型装置正视示意图；

图13为竖向裂隙注浆模型装置侧视示意图；

图14为竖向裂隙注浆模型装置俯视示意图；

图15为注浆孔布置形式示意图。

附图标记

1 底座 2(2-1、2-2) 钢格栅板

3(3-1、3-2) 亚克力板 4(4-1、4-2) 岩体(砒砂岩)碎屑层

5 注浆孔 6 螺栓

7 垫片 8 压力传感器

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

请参看图1，临坡面岩体竖向裂隙充填注浆方法，方法包括：

S11.获取临坡面岩体竖向裂隙开度、岩体几何尺寸、单孔注浆量以及注浆孔间距；其中，临坡面岩体竖向裂隙开度以及岩体几何尺寸为通过现场调查测量，岩体几何尺寸包括岩体高度、垂直于坡面走向的岩体横断面尺寸。如图2所示，单孔注浆量以及注浆孔间距的计算方法为：

S111.根据岩体竖向裂隙注浆模型，拟合建立裂隙开度、单孔注浆量与最大膨胀压力之间的关系以及裂隙开度、单孔注浆量与扩散范围之间的关系；根据岩体竖向裂隙注浆模型装置，对裂隙开度以及单孔注浆量进行变量处理实验，得到对应不同对裂隙开度以及单孔注浆量的最大膨胀压力以及扩散范围数组，将裂隙开度、单孔注浆量、最大膨胀压力以及扩散范围数组进行函数拟合，建立裂隙开度、单孔注浆量与最大膨胀压力之间的函数关系，以及裂隙开度、单孔注浆量与扩散范围之间的函数关系。

其中，请参看图12、图13以及图14，竖向裂隙注浆模型装置，由底座1，两块钢格栅板2-1、2-2，两块亚克力板3-1、3-2，岩体碎屑层4-1、4-2，螺栓6，垫片7和压力传感器8组成。岩体碎屑层4-1、4-2分别粘贴在亚克力板3-1、3-2上用于模拟岩体表面状态；岩体碎屑层4-1、4-2之间围成竖向裂隙，通过调整垫片7厚度可模拟不同裂隙开度；压力传感器8分散布置在亚克力板3-2上并穿透岩体碎屑层4-2与岩体碎屑层4-2表面平齐，用于量测浆液扩散过程中对裂隙面产生的膨胀压力；在钢格栅板2-1下部设置注浆孔5；通过不断调整裂隙开度以及单孔注浆量，得到对应的最大膨胀压力以及扩散范围，即通过多次实验，得到裂隙开度、单孔注浆量、最大膨胀压力以及扩散范围数组，然后通过数组进行拟合，得到裂隙开度、单孔注浆量与最大膨胀压力之间的函数关系，以及裂隙开度、单孔注浆量与扩散范围之间的函数关系。

S112.根据获取的临坡面岩体竖向裂隙开度、岩体几何尺寸进行稳定性验算，计算注浆过程中实际岩体竖向裂隙面允许承受的最大膨胀压力；结合图3，最大膨胀压力计算的计算方法具体包括：

a.根据式(1)计算平行于坡面走向方向单位长度岩体重量；

b.根据垂直于坡面走向方向岩体横断面几何尺寸确定其重心O横坐标位置；

c.将裂隙面上作用的膨胀压力视为均布荷载，岩体绕旋转点C倾覆，根据式(2)计算岩体抗倾覆力矩M₁；根据式(3)确定倾覆力矩M₂；

d.根据式(4)平行于坡面走向方向单位长度岩体抗倾覆稳定性要求，根据式(5)确定裂隙面允许承受的单位面积上的膨胀压力q₁；

e.根据式(6)计算抗滑力F₁，根据式(7)计算滑动力F₂；

f.根据式(8)平行于坡面走向方向单位长度岩体抗滑移稳定性要求，根据式(9)确定裂隙面允许承受的单位面积上的膨胀压力q₂；

g.取q₁与q₂之间的最小值作为裂隙面允许承受的单位面积上的膨胀压力q；

其中：G＝ρA_岩 (1)

M₁＝Z_GG (2)

M₂＝q₁h²/2 (3)

M₂≤λM₁ (4)

q₁≤2λZ_GG/h² (5)

F₁＝μG (6)

F₂＝q₂h (7)

F₂≤λF₁ (8)

q₂≤λμG/h (9)

式中，ρ为岩体密度；A_岩为垂直于坡面走向方向岩体横断面面积；Z_G为旋转C点到重心O的距离；h为竖向裂隙高度；μ为岩体与下部支撑土层之间的摩擦系数(μ≤1)；λ为安全系数(λ≤1)。

S113.根据获取的岩体竖向裂隙开度以及最大膨胀压力，依据裂隙开度、单孔注浆量与最大膨胀压力之间的关系，计算出单孔注浆量；由于实际的岩体裂隙开度测量得到，最大膨胀压力通过上述计算得出，然后依据拟合好的裂隙开度、单孔注浆量与最大膨胀压力之间的函数关系，计算出单孔注浆量。

S114.根据单孔注浆量以及竖向裂隙开度，依据裂隙开度、单孔注浆量与扩散范围之间的关系，计算出浆液扩散范围；由于实际的岩体裂隙开度测量得到，单孔注浆量上述计算出来，依据拟合好的裂隙开度、单孔注浆量与扩散范围之间的函数关系，从而计算出注浆浆液的扩散范围。

S115.根据浆液扩散范围以及注浆布孔形式，计算出注浆孔间距。根据单孔浆液扩散范围以及注浆布孔形式，即可以确定好注浆孔的间距；注浆布孔形式可以采用正三角形、梅花形以及矩形中的一种。例如：请参看图15，当注浆布孔形式采用正三角形，浆液扩散形态为圆形时，注浆孔间距为：

其中，R为浆液扩散半径，L为注浆孔间距。

S12.根据临坡面岩体竖向裂隙开度、岩体几何尺寸以及注浆孔间距，按间距进行钻注浆孔，注浆孔钻至裂隙面；按设定的注浆孔位置用钻机从砒砂岩体临坡面向岩体内钻孔至裂隙面位置，注浆孔直径为12-16mm，注浆孔相对于水平方向倾角为15-20度；

S13.往注浆孔安放注浆导管，充填注入浆料；将注浆管插入注浆孔内，注浆管末端到达裂隙面位置，按先下部后上部、逐排、隔孔注浆的方式按顺序依次向钻孔内按设定量注入浆液，相间两注浆孔注浆间隔时间不小于浆料初凝时间，通常不小于50s；浆液发生反应后体积迅速膨胀，充填竖向裂隙并固化，封堵水流通道，并借助固化体对裂隙壁面的粘结作用提高岩体稳定性。

具体实施例

岩体以砒砂岩块体，浆料为高聚物浆料为例，高聚物一般为具有自膨胀特性的双组分聚氨酯高聚物注浆材料，这种高聚物注浆材料有自膨胀特性，在空气中自由膨胀率可达25-30倍。

某存在竖向裂隙的临坡面砒砂岩块体，需对竖向裂隙实施高聚物充填注浆以封堵水流下渗通道，以避免发生块体状重力侵蚀，高聚物注浆方法的实施步骤如下：

A.砒砂岩竖向裂隙高聚物注浆参数设计，具体包括：

A1.通过现场调查确定临坡面砒砂岩竖向裂隙和砒砂岩块体几何尺寸，主要包括竖向裂隙开度、高度及垂直于坡面走向的砒砂岩块体横断面尺寸。

经现场勘查，裂隙开度d＝6mm，坡面倾角为60°，裂隙高度h＝0.8m，砒砂岩岩块垂直于坡面走向方向横截面为梯形，上底l_AB＝0.338m，下底l_DC＝0.8m，横截面面积A岩＝0.455m²。

A2.通过稳定性验算确定注浆过程中砒砂岩竖向裂隙面允许承受的最大膨胀压力(如图3所示)，具体包括以下步骤：

A21.利用式(1)计算平行于坡面走向方向单位长度(每延米)砒砂岩块体重量；

A22.根据垂直于坡面走向方向砒砂岩块体横断面几何尺寸按式(2)确定其重心O横坐标位置；

A23.将裂隙面上作用的膨胀压力视为均布荷载，岩体绕C点倾覆，根据式(3)计算岩体抗倾覆力矩M₁；根据式(4)确定倾覆力矩M₂；

A24.根据平行于坡面走向方向单位长度(每延米)砒砂岩块体抗倾覆稳定性要求(式(5))确定裂隙面允许承受的单位面积上的膨胀压力(式(6))q1；

A25.根据式(7)计算抗滑力F1，根据式(8)计算滑动力F2；

A26.根据平行于坡面走向方向单位长度(每延米)砒砂岩块体抗滑移稳定性要求(式(9))确定裂隙面允许承受的单位面积上的膨胀压力(式(10))q2；

A27.取q1与q2之间的最小值作为裂隙面允许承受的单位面积上的膨胀压力q。

G＝ρA_岩 (1)

M₁＝Z_GG (3)

M₂＝q₁h²/2 (4)

M₂≤λM₁ (5)

q₁≤2λZ_GG/h² (6)

F₁＝μG (7)

F₂＝q₂h (8)

F₂≤λF₁ (9)

q₂≤λμG/h (10)

式中，ρ为砒砂岩密度，2000kg/m³；A_岩为垂直于坡面走向方向砒砂岩块体横断面面积；Z_G为C点到重心O的距离，0.502m；l_DC、l_DE、l_EC分别为横截面上DC、DE、EC的长度；S_BCE、S_ABDE、S_ABCD(即A_岩)分别为横截面上三角形BCE、四边形ABDE、四边形ABCD的面积；h为竖向裂隙高度，0.8m；μ为砒砂岩摩擦系数，取0.6；λ为安全系数，取0.8。

由式(1)-式(10)，计算得到q₁≤11.421kPa，q₂≤5.46kPa，

由于q₁>q₂，故裂隙壁面单位面积上允许承受的高聚物膨胀压力取q＝q₂＝5.46kPa。

A3.根据裂隙开度、注浆量与膨胀压力之间的关系确定单孔注浆量；

根据裂隙开度和已确定的允许膨胀压力，由裂隙开度、注浆量与膨胀压力之间的拟合关系式(11)，计算得到单孔注浆量m＝0.373kg。

q＝181m³-650d (11)

其中：q为单位面积上作用的高聚物膨胀压力；d为裂隙开度；m为注浆量。

A4根据裂隙开度、注浆量与浆液扩散范围之间的关系确定浆液扩散范围；

根据裂隙开度和已确定的单孔注浆量，由裂隙开度、注浆量与浆液扩散范围之间的拟合关系式(12)，计算得到浆液扩散半径R＝35.3cm。

R＝780m³-833d (12)

其中：R为扩散半径；d为裂隙开度；m为注浆量。

A5根据浆液扩散范围和注浆孔布置形式确定注浆孔间距。

可采用正三角形、梅花形或矩形等方案布置，如图15，采用正三角形布孔形式，注浆孔间距

其中，步骤A3中根据裂隙开度、注浆量与膨胀压力之间的关系确定单孔注浆量和步骤A4中根据裂隙开度、注浆量与浆液扩散范围之间的关系确定浆液扩散范围，裂隙开度、注浆量与膨胀压力之间的关系(式(11))以及裂隙开度、注浆量与浆液扩散范围之间的关系(式(12))可通过开展砒砂岩竖向裂隙高聚物注浆模型试验建立，具体步骤如下：

如图12、图13以及图14所示的砒砂岩竖向裂隙高聚物注浆模型试验装置，由底座1，两块钢格栅板2-1、2-2，两块亚克力板3-1、3-2，岩体碎屑层4-1、4-2，螺栓6，垫片7和压力传感器8组成。岩体碎屑层4-1、4-2分别粘贴在亚克力板3-1、3-2上用于模拟岩体表面状态；岩体碎屑层4-1、4-2之间围成竖向裂隙，通过调整垫片7厚度可模拟不同裂隙开度；压力传感器8分散布置在亚克力板3-2上并穿透岩体碎屑层4-2与岩体碎屑层4-2表面平齐，用于量测高聚物浆液扩散过程中对裂隙面产生的膨胀压力；在钢格栅板2-1下部设置注浆孔5。

B.实施砒砂岩竖向裂隙高聚物充填注浆，具体包括：

B1.布置注浆孔：按设定的布孔形式和间距布置注浆孔，优选的，采用正三角形布孔形式，按设定的间距L＝61.1cm布置注浆孔；

B2.钻注浆孔：按设定的注浆孔位置用钻机从砒砂岩体临坡面向岩体内钻孔至裂隙面位置，注浆孔直径为16mm，注浆孔相对于水平方向倾角为18度；

B3.放注浆管：将注浆管插入注浆孔内，注浆管末端到达裂隙面位置；

B4.实施注浆：按先下部后上部、逐排、隔孔注浆的方式按顺序依次向钻孔内按设定量注入高聚物浆液，高聚物浆液发生化学反应后体积迅速膨胀，充填竖向裂隙并固化，封堵水流通道，并借助固化体对裂隙壁面的粘结作用提高砒砂岩块稳定性。

其中，注浆步骤请参看图4至图11，从注浆孔布置，到单个注浆、间隔注浆，到全部注浆。注浆过程为：按先下部后上部、逐排、隔孔注浆的方式按顺序依次向钻孔内按设定量注入高聚物浆液，高聚物浆液发生化学反应后体积迅速膨胀，充填竖向裂隙并固化，封堵水流通道，并借助固化体对裂隙壁面的粘结作用提高砒砂岩块稳定性。其步骤是，先对底部注浆孔实施注浆，然后由下往上，逐排注浆，对每一排注浆孔，按从左向右的顺序，采取跳孔间隔注浆的方式，先注射相间孔，再注射其余孔；左右或上下相邻两孔的注浆间隔时间不小于浆液初凝时间，通常不小于50s。

针对砒砂岩岩性特殊，对水敏感，遇水膨胀、泥化、崩解的特点，引入无水注浆理念，将高聚物注浆材料应用于砒砂岩区块体状重力侵蚀治理，克服了传统注浆材料如水泥浆、水玻璃等，由于均以水作为溶剂或主要反应成分，会对砒砂岩结构造成破坏，导致加固效果被严重削弱甚至完全丧失加固作用的难题；开创了砒砂岩块体状重力侵蚀治理的新途径，具有施工快捷、工期短、防渗效果好、对砒砂岩体扰动小等特点，并成功应用于多项砒砂岩块体状重力侵蚀治理工程，显示出巨大的经济社会效益和广阔的应用前景。

为砒砂岩块体状重力侵蚀治理提供了一种快捷高效的新途径，具有施工快捷、工期短、防渗效果好、对砒砂岩体扰动小等特点，能够实现高聚物注浆参数设计的科学化和精细化，保证注浆施工质量，有力提升了我国砒砂岩区块体状重力侵蚀综合治理技术水平，对于有效减少入黄泥沙、加快黄河流域治理开发和生态环境改善具有积极促进作用，已成功应用于鄂尔多斯地区多项砒砂岩块体状重力侵蚀治理工程，具有巨大的经济、社会和生态效益，应用前景广阔。

本发明实施例方法中的步骤可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减。

本文进行了详细的介绍，应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

Claims (9)

1.临坡面岩体竖向裂隙充填注浆方法，其特征在于，方法包括：

S1.获取临坡面岩体竖向裂隙开度、岩体几何尺寸、单孔注浆量以及注浆孔间距；

S2.根据临坡面岩体竖向裂隙开度、岩体几何尺寸以及注浆孔间距，按间距进行钻注浆孔，注浆孔钻至裂隙面；

S3.往注浆孔安放注浆导管，充填注入浆料；

所述S1中单孔注浆量以及注浆孔间距的计算方法为：

A.根据岩体竖向裂隙注浆模型，变量裂隙开度以及单孔注浆量，得到对应的最大膨胀压力以及扩散范围，拟合建立裂隙开度、单孔注浆量与最大膨胀压力之间的关系以及裂隙开度、单孔注浆量与扩散范围之间的关系；

B.根据获取的临坡面岩体竖向裂隙开度、岩体几何尺寸进行稳定性验算，计算注浆过程中实际岩体竖向裂隙面允许承受的最大膨胀压力；

C.根据获取的岩体竖向裂隙开度以及最大膨胀压力，依据裂隙开度、单孔注浆量与最大膨胀压力之间的关系，计算出单孔注浆量；

D.根据单孔注浆量以及竖向裂隙开度，依据裂隙开度、单孔注浆量与扩散范围之间的关系，计算出浆液扩散范围；

F.根据浆液扩散范围以及注浆布孔形式，计算出注浆孔间距。

2.根据权利要求1所述的临坡面岩体竖向裂隙充填注浆方法，其特征在于，所述S1中岩体几何尺寸包括高度、垂直于坡面走向的岩体横断面尺寸。

3.根据权利要求2所述的临坡面岩体竖向裂隙充填注浆方法，其特征在于，所述步骤B中注浆过程中实际岩体竖向裂隙面允许承受的最大膨胀压力的计算方法为：

a.根据式(1)计算平行于坡面走向方向单位长度岩体重量；

b.根据垂直于坡面走向方向岩体横断面几何尺寸确定其重心横坐标位置；

c.将裂隙面上作用的膨胀压力视为均布荷载，岩体绕旋转点倾覆，根据式(2)计算岩体抗倾覆力矩M₁；根据式(3)确定倾覆力矩M₂；

d.根据式(4)平行于坡面走向方向单位长度岩体抗倾覆稳定性要求，根据式(5)确定裂隙面允许承受的单位面积上的膨胀压力q₁；

e.根据式(6)计算抗滑力F₁，根据式(7)计算滑动力F₂；

f.根据式(8)平行于坡面走向方向单位长度岩体抗滑移稳定性要求，根据式(9)确定裂隙面允许承受的单位面积上的膨胀压力q₂；

g.取q₁与q₂之间的最小值作为裂隙面允许承受的单位面积上的膨胀压力q；

其中：G＝ρA_岩 (1)

M₁＝Z_GG (2)

M₂＝q₁h²/2 (3)

M₂≤λM₁ (4)

q₁≤2λZ_GG/h² (5)

F₁＝μG (6)

F₂＝q₂h (7)

F₂≤λF₁ (8)

q₂≤λμG/h (9)

式中，ρ为岩体密度；A_岩为垂直于坡面走向方向岩体横断面面积；Z_G为旋转点到重心的距离；h为竖向裂隙高度；μ为岩体与下部支撑土层之间的摩擦系数(μ≤1)；λ为安全系数(λ≤1)。

4.根据权利要求3所述的临坡面岩体竖向裂隙充填注浆方法，其特征在于，所述步骤F中注浆布孔形式为正三角形、梅花形以及矩形中的一种。

5.根据权利要求4所述的临坡面岩体竖向裂隙充填注浆方法，其特征在于，所述注浆布孔形式为正三角形，浆液扩散形态为圆形时，注浆孔间距为：

其中，R为浆液扩散半径，L为注浆孔间距。

6.根据权利要求1所述的临坡面岩体竖向裂隙充填注浆方法，其特征在于，所述浆料为高聚物。

7.根据权利要求1所述的临坡面岩体竖向裂隙充填注浆方法，其特征在于，所述岩体为砒砂岩体。

8.根据权利要求1所述的临坡面岩体竖向裂隙充填注浆方法，其特征在于，所述S2具体为：

根据临坡面岩体竖向裂隙开度、岩体几何尺寸以及注浆孔间距，按间距从岩体临坡面向岩体内钻孔至裂隙面形成注浆孔，注浆孔直径为12-16mm，注浆孔相对于水平方向倾角为15-20度。

9.根据权利要求1所述的临坡面岩体竖向裂隙充填注浆方法，其特征在于，所述S3具体为：

往注浆孔安放注浆导管，按照从下到上，逐排间隔顺序充填注入浆料，相间两注浆孔注浆间隔时间不小于浆料初凝时间。

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