CN110990924A - 一种注浆工程加固路基浆液扩散范围公式推导方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种注浆工程加固路基浆液扩散范围公式推导方法，包括以下步骤：1)利用CFD‑DEM耦合计算方法，模拟计算出浆液‑土体双向耦合微观层面上的破坏范围；2)选取一种工况，将破坏范围导入相关软件中并将其描绘出包络图；3)将包络图以数学表达式的形式表达出来；4)将其他注浆压力下的浆液扩散曲线数学表达式做出假设；5)建立多个方程组对表达式的系数进行求解,得出曲线方程。本发明对注浆浆液扩散范围的计算方法进行了推导，得出了浆液扩散曲线的公式，填补了国内研究空白，并为未来注浆工程的研究提出了可行的方向。

Description

一种注浆工程加固路基浆液扩散范围公式推导方法

技术领域

本发明涉及于路基注浆的研究技术领域，具体为一种注浆工程加固路基浆液扩散范围公式推导方法。

背景技术

本发明涉及路基注浆的研究技术领域，属于注浆过程中浆液扩散范围的理论计算方法。

随着我国高铁网络建设的日益完善，现场建设技术日趋成熟，但是随着高速铁路的布局完善，新的工程问题也出现。到2018年底，中国高速铁路营业里程达2.9万多公里。中国幅员辽阔，在这么长的高速运营里程中，难免不会出现各种各样的地质情况，从而导致路基沉降，对高速铁路的运营造成重大的安全隐患，特别是在软土地基上的情况。而注浆目前作为操作方便，止沉效果卓越的一种沉降治理方法，受到各界研究人员的重视。然而，由于土体的隐蔽性和土体性质的复杂性，从而给注浆工程的研究带来了困难。

发明内容

发明目的：目前关于软土地基中注浆治理沉降的方法基本以注浆止沉为主，但是关于注浆工程的研究工作尚不完善，为填补国内研究的空白，本发明基于CFD-DEM双向耦合计算注浆全过程，观察土体微观层面上接触键的破坏规律，并利用多种软件组合应用，解出了浆液在土体中的扩散计算公式。为未来的注浆工程的研究提出了可行的方向。

为达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种注浆工程加固路基浆液扩散范围公式推导方法，包括以下步骤：

一种注浆工程加固路基浆液扩散范围公式推导方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：利用CFD-DEM耦合计算方法，模拟计算出浆液-土体双向耦合微观层面上的破坏范围，得到破坏范围的半径Rp；

步骤2：选取一种工程情况，将步骤1中的破坏范围Rp与选取的工程情况结合，导入相关软件中并将其描绘出包络图；

步骤3：将包络图曲线坐标导入EXCEL中进行再处理，处理后将包络图以数学表达式的形式表达出来；

步骤4：对其他注浆压力下的浆液扩散曲线形状进行观察，其形状与步骤2的包络图曲线基本一致的，可以假设其数学表达式与步骤3的数学表达式基本一致，则可依据步骤3的数学表达式列出方程；

步骤5：建立多个方程组对表达式,结合对应的工程情况，对方程组的系数进行求解，得出曲线方程。

优选的，在步骤1中，运用CFD-DEM流固耦合计算方法对注浆工程的全过程进行模拟。

优选的，步骤2中，相关软件为AUTOCAD。

相对于现有技术，本发明的有益效果为：

本发明通过前期对CFD-DEM耦合模拟分析了不同注浆压力下，浆液在土体中的运动方式，并从不同工况的图中发现出浆液的扩散规律，并推导到出了浆液在土体中的扩散的计算方法。本发明方法从前期所做的数值模拟工作出发，将多种软件进行综合应用分析，对浆液在土体中的扩散规律进行具体的数学表达式的推导，为注浆工程的进一步研究提供新的思路，并且可以将此公式应用到实际工程中，指导实际现场工作。

附图说明

图1为导入到AUTOCAD绘制的包络图。

图2为EXCEL中的包络曲线。

图3为包络曲线的前半部分。

图4为在曲线上选取的两个点。

图5为注浆工程加固路基浆液扩散范围公式推导方法流程图。

图6为其他注浆压力下的扩散曲线

具体实施方式

下面结合附图1～5和具体实施方式对本发明技术方案做进一步详细描述：

1、利用CFD-DEM耦合计算方法，模拟计算出浆液-土体双向耦合微观层面上的破坏范围，如图1所示。

根据软土地基注浆止沉的机理，本发明选用CFD-DEM耦合计算方法模拟分析不同注浆压力作用下，浆液与土体的双向作用效果，与其他模拟方式相比，此方法更加贴合注浆过程的实际情况，更能准确，模拟注浆的全过程，共计算7种不同注浆压力作用下的微观层面上，浆液与土体的相互影响情况。

2、选取注浆压力为0.4MPa时，将破坏范围导入相关软件中并将其描绘出包络图如图1所示。

选取注浆压力为p＝0.4MPa时的计算结果导入到AUTOCAD中，并利用AUTOCAD的作图优势，将其浆液的影响范围包络图描绘出来，为后面的计算做出铺垫。

3、将包络图以数学表达式的形式表达出来。

将做出的包络图曲线坐标导入到EXCEL中进行再处理，如图2所示，观察到曲线可分为两部分，前半部分为对数曲线，如图3所示，后半部分为圆曲线。所以，对曲线坐标进行拟合得出此种工况下，浆液扩散曲线的拟合方程为

4、对其他注浆压力下的浆液扩散曲线数学表达式做出假设。

通过观察得出，其他注浆压力下的浆液扩散曲线大致相同，则对其他注浆压力下的浆液扩散曲线假设为：

5、建立多个方程组对表达式的系数进行求解,得出曲线方程。

注浆管分别取端点和连接处的点，假设其坐标为(x₁，y₁)、(x₂，y₂)，如附图4所示。由于在前期工作中，得到关于扩散范围与注浆压力的关系式为R＝64.53p^1.331+b，并由曲线关系得到以下方程组：

分别将a、c、d、r解得：

由于在实际工程中，x₁、y₁是可以直接得出，x₁即可由注浆管的方程计算得出，其计算方程为x²+y²＝b²，y₁即为注浆管上射浆孔的半径。x₂、y₂为未知量，故将x₂、y₂以其他已知量表示。计算得出：

其中

N＝2[2(R-b)+(3R+b)(B-A)],A＝ln x₁,

故其得到的注浆影响范围曲线方程为：

其中x₁为注浆管半径，y₁为射浆孔半径，x₂、y₂为两曲线连接处的坐标，b为注浆管半径。R为土体微观层面接触键破坏范围半径。

参数验证：当p＝0.3MPa时，b＝4cm，R＝16.996，y₁＝1，

A＝ln x₁＝ln3.873＝1.354,

B＝ln x₂＝ln13.47＝2.621

将以上结果带入到上述方程中，得到M＝915.850，N＝191.324，y₂＝2.187

则前半部分的数学表达式为y＝0.905lnx-0.269

r＝R-d＝16.996-14.635＝2.361

所以后半部分的数学表达式为(x-14.635)²+y²＝2.361²，x>0，y>0。

将其他注浆压力下的计算参数同样带入可得如图6的曲线。

与数值模拟出的注浆扩散曲线基本一致。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种注浆工程加固路基浆液扩散范围公式推导方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：利用CFD-DEM耦合计算方法，模拟计算出浆液-土体双向耦合微观层面上的破坏范围，得到破坏范围的半径Rp；

步骤2：选取一种工程情况，将步骤1中的破坏范围Rp与选取的工程情况结合，导入制图软件中并将其描绘出包络图；

步骤3：将包络图曲线坐标导入EXCEL中进行再处理，处理后将包络图以数学表达式的形式表达出来；

步骤4：对其他注浆压力下的浆液扩散曲线形状进行观察，其形状与步骤2的包络图曲线基本一致的，可以假设其数学表达式与步骤3的数学表达式基本一致，则可依据步骤3的数学表达式列出方程；

步骤5：建立多个方程组,结合对应的工程情况，对方程组的系数进行求解，得出曲线方程。

2.根据权利要求1所述一种注浆工程加固路基浆液扩散范围公式推导方法，其特征在于，在步骤1中，运用CFD-DEM流固耦合计算方法对注浆工程的全过程进行模拟。

3.根据权利要求1所述一种注浆工程加固路基浆液扩散范围公式推导方法，其特征在于，步骤2中，制图软件为AUTOCAD。

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