1、11 巖土注漿加固理論整理課件11 巖土注漿加固理論整理課件注漿理論的研究對象主要是漿液在巖土體中流動時所完成的兩個主要過程: (1)物理化學過程；(2)流體力學過程。物理化學過程：注漿材料的凝結和硬化機理、漿液的流變性能等；流體力學過程：漿液沿注漿管道及在地下沿孔隙或空洞的流動擴散規律。整理課件注漿理論的研究對象主要是漿液在巖土體中流動時所完成的兩個主要近幾十年來, 國內外許多學者根據流變學和地下水動力學原理對注漿法進行了大量理論研究, 發展了一些注漿理論。但總體來說, 與注漿材料、注漿工藝、注漿設備的快速發展呈鮮明對比的是注漿理論的研究相對還比較落后, 進展緩慢。其主要原因是被注介質的不均

2、勻性和不確定性以及漿液本身的多變性，并且注漿機制的研究一直被人們所忽視, 這些都增加了理論分析的困難。整理課件近幾十年來, 國內外許多學者根據流變學和地下水動力學原理對注注漿技術的分類：漿液材料：水泥注漿和化學注漿；漿液性能：粒狀注漿和液體注漿；注漿用途：加固注漿、防滲注漿和基礎托換注漿；注漿壓力：靜壓注漿和高壓注漿；按照地質條件、注漿壓力、漿液對巖土體的作用機理、漿液的運動形式和替代方式, 注漿可分為滲透注漿、劈裂注漿、壓密注漿、充填注漿(裂隙注漿）和高壓噴射注漿五類。壓密劈裂滲透噴射整理課件注漿技術的分類：壓密劈裂滲透噴射整理課件11 巖土注漿加固理論11.1 巖土介質的可注性11.2 巖

3、土滲透注漿理論11.3 巖土壓密注漿理論11.4 巖土體劈裂注漿理論11.5 裂隙巖體的注漿理論整理課件11 巖土注漿加固理論11.1 巖土介質的可注性整理課件巖土注漿理論是借助于水力學、流體力學和固體力學的理論發展起來的，對漿液的單一流動形式進行分析，建立壓力、流量、擴散半徑、注漿時間之間的關系。漿液在地層中往往以多種形式運動，且這些運動形式隨著地層的變化、漿液的性質和壓力變化而相互轉化或并存。如在滲透注漿過程中存在劈裂現象，在劈裂注漿過程中存在滲透流動等，在壓密注漿過程中存在劈裂或滲透流動。盡管漿液在地層中運動形式很復雜，但它在一定條件下總是以某種流動形式為主。因此，應正確地運用注漿理論，

4、使其以所要求的運動形式為主在地層中流動，達到注漿的目的。整理課件巖土注漿理論是借助于水力學、流體力學和固體力學的理論發展起來11.1 巖土介質的可注性注漿法的適用范圍以及對巖土介質的改良結果，不僅取決于注漿材料的性質，也取決于注漿方法和注漿工藝。注漿方法的選擇不僅是注漿設備的選擇，還要看試驗結果，考慮注漿經驗是否豐富，注漿管理的方法是否可行等。在注漿工程實踐中，常常采用聯合注漿工藝，包括不同漿材及不同注漿方法的聯合，以適應某些特殊的地質條件和專門注漿目的，因而注漿法的適用界限變得更加復雜。整理課件11.1 巖土介質的可注性注漿法的適用范圍以及對巖土介質的改11.1 巖土介質的可注性在砂礫土層中

5、滲透注漿時，尤其是當漿液的濃度較大時，要求漿液中的顆粒直徑比土的孔隙小，粒狀漿材中的顆粒才能在孔隙或裂隙中流動。但粒狀漿材往往以多粒的形式同時進入孔隙或裂隙，這可導致孔隙的堵塞，因此，僅僅滿足顆粒尺寸小于孔隙尺寸是不夠的；同時漿液在流動過程中存在著凝結過程，也會造成漿液通道的堵塞；整理課件11.1 巖土介質的可注性在砂礫土層中滲透注漿時，尤其是當漿11.1 巖土介質的可注性此外，地基土是非均質體，裂隙或孔隙的大小不相同，粒狀漿材的顆粒尺寸不均勻，若想封閉所有的孔隙，就要求粒狀漿材的顆粒尺寸必須很小，這從技術和經濟的角度來看也是困難的。許多實驗結果表明，注漿材料能夠順利滲透到土顆粒間的條件是:整

6、理課件11.1 巖土介質的可注性此外，地基土是非均質體，裂隙或孔隙11.1 巖土介質的可注性若土顆粒粒徑 0.8mm, 滲透系數 10-1cm/s，水泥漿材可以注入。當孔隙尺寸小于這一數值時，水泥漿液就不能注人，即使增加注漿壓力也不會得到理想滲透注漿效果。這時只有減小粒狀漿材的顆粒尺寸，如采用超細水泥等，才能得到滿意的結果。表11-1 各種注漿材料的適用范圍材 料組成成分顆粒粒徑（mm）地基的滲透系數（cm/s）適用范圍水泥10-2礫砂、粗砂裂隙寬度0.2 mm膨潤土粘土10-4砂、礫砂超細水泥0.0120.01010-4 砂、礫砂、多孔磚墻，裂隙寬度0.05 mm的混凝土、巖石化學漿液10-

7、7細砂、砂巖、微裂隙的巖石整理課件11.1 巖土介質的可注性若土顆粒粒徑 0.8mm, 滲11.2 巖土滲透注漿理論滲透注漿(Permeation Grouting) 是指在不破壞地層巖土顆粒排列的條件下,漿液充填于顆粒間隙中,從而取代、排出其中的空氣和水,將顆粒膠結成整體。一般滲透注漿是在不足以破壞地層構造的壓力下即不產生水力劈裂，把漿液注入到粒狀土的孔隙中，從而取代或排出其中的空氣和水。一般滲透注漿要滿足可注性條件。滲透注漿漿液一般均勻地擴散到巖土顆粒間的孔隙內，將巖土顆粒膠結起來，可增強巖土體的強度和防滲能力。整理課件11.2 巖土滲透注漿理論滲透注漿(Permeation G11.2

8、巖土滲透注漿理論1) 抗滲止水工程:開挖豎井、隧道等地下工程,防止和控制涌水;地下工程開挖時防止基礎沉降;壩基防滲注漿,建筑物地基下部或周圍防滲體的建立;基礎及城市地下工程防止流砂管涌及地面隆起等。2) 地基加固工程:加固軟弱地基,提高地基土的承載力,擴散上部荷載,降低應力水平;回升和加固建(構) 筑物地基;地鐵的注漿加固,通過滲透注漿用以減少施工時地面位移和控制施工現場土體的位移等;隧洞大開挖注漿加固;豎井注漿,用以處理流砂和不穩定地層。3) 防止變形工程:防止產生滑動,維持坡面穩定;構筑物本身的加強,開挖基坑時對附近已有構筑物的防護。4) 對灌注樁的兩側和底部注漿,用以提高樁與土間的側摩阻

9、力和樁端土體的力學強度。在錨桿和錨索施工過程中,用滲透注漿做成錨固體。整理課件11.2 巖土滲透注漿理論1) 抗滲止水工程:開挖豎井、隧道11.2 巖土滲透注漿理論注漿材料在外力作用下可滲入到巖土體的裂隙或孔隙中。一般情況下，注漿壓力越大，注入的漿液量越多，擴散的距離也就越遠，加固的效果也就越好。但注漿材料的滲透性好壞與諸多因素有關，如:巖土的孔隙率及孔隙大小、材料的可注性、注漿施工方法、地基的非均質性、地下水的流動、注漿材料的時間特性等。整理課件11.2 巖土滲透注漿理論注漿材料在外力作用下可滲入到巖土體11.2 巖土滲透注漿理論漿液擴散形狀取決于注漿方式。當由鉆桿端孔注漿，注漿孔較深，這時

10、相當于點源，漿液呈球面擴散；當采用花管式分段注漿，漿液則呈柱面擴散。整理課件11.2 巖土滲透注漿理論漿液擴散形狀取決于注漿方式。整理課11.2.1 牛頓流體在地層中的滲透公式漿液具有易流動性,靜止時不能承受切力抵抗剪切變形,但在運動狀態下,漿液就具有低抗剪切變形的能力即粘滯性。在剪切變形過程中,漿體質點之間存在著相對運動,使漿體內部出現成對的切力,其作用是抗拒漿體內部的相對運動,從而影響著漿體的運動狀態。由于這種粘滯性的存在,漿液在運動中要克服內摩擦力而做功。牛頓于1686 年提出并驗證了此規律,因此稱為牛頓流體。牛頓流體的本質即是在溫度不變的條件下,流體的動力粘滯系數值不變,為一固定斜率的

11、直線。整理課件11.2.1 牛頓流體在地層中的滲透公式漿液具有易流動性,靜11.2.1 牛頓流體在地層中的滲透公式牛頓流體是典型的粘性流體，其流變曲線是通過原點的直線，方程式為:大多數的化學漿液都屬于牛頓流體。整理課件11.2.1 牛頓流體在地層中的滲透公式牛頓流體是典型的粘性11.2.1 牛頓流體在地層中的滲透公式（1）球狀擴散理論1）Maag公式 Maag于1938年推導出漿液在砂層中的滲透公式。認為：注漿材料在土體中流動是層流，并服從達西定律；地基是均質的半無限體；在地下水位以下注漿時，地下水無動水壓力；不考慮注漿材料的密度與水的密度的差別；在注漿期間，注漿材料的粘度不變；注漿源為點源，

12、漿液在地層中呈球狀擴散。整理課件11.2.1 牛頓流體在地層中的滲透公式（1）球狀擴散理論整11.2.1 牛頓流體在地層中的滲透公式根據達西定律：式中根據邊界條件可推導出 和已知 ，同時考慮 ，即 ，則得到： 整理課件11.2.1 牛頓流體在地層中的滲透公式根據達西定律：整理課11.2.1 牛頓流體在地層中的滲透公式2）Raffle-Greenwood公式Raffle和Greenwood推導出注漿點源的球形擴散半徑、漿液流量和漿液壓力之間的關系式為漿液從注漿點源擴散到半徑為 的球面所需的時間為Raffle-Greenwood公式可簡化為Maag公式。整理課件11.2.1 牛頓流體在地層中的滲透

13、公式2）Raffle-G11.2.1 牛頓流體在地層中的滲透公式（2）柱面擴散公式柱狀注漿時液面擴散方式如圖所示，根據達西定律有當 時， ； 時， ，可推導出已知 ， ，可得非水溶性漿液滲透擴散理論可參考有關資料。整理課件11.2.1 牛頓流體在地層中的滲透公式（2）柱面擴散公式整11.2.2 賓漢姆流體在地層中的滲透公式賓漢姆流體是典型的塑性流體，其流變曲線是不通過原點的直線。流體具有這種性質的原因是由于流體含有一定的顆粒濃度，在靜止狀態下形成顆粒之間的內部結構。在外部施加的剪切力很小時，漿液只會產生類似于固體的彈性變形。當剪切力達到破壞極限后(超過內聚力)，漿體才會發生類似于牛頓流體的流動

14、，漿液的這種性質稱為塑性。（塑性體）整理課件11.2.2 賓漢姆流體在地層中的滲透公式賓漢姆流體是典型的11.2.2 賓漢姆流體在地層中的滲透公式賓漢姆流體的流變方程表示為塑性流體的表觀粘度為牛頓流體整理課件11.2.2 賓漢姆流體在地層中的滲透公式賓漢姆流體的流變方11.2.2 賓漢姆流體在地層中的滲透公式可見，賓漢姆流體比牛頓流體具有較高的流動阻力，注：賓漢姆型漿液需要較大的壓力，漿液才能擴散較遠。多數粘土漿液和一些粘度很大的化學漿液屬于賓漢姆流體；水泥漿由牛頓流體轉變為賓漢姆流體的臨界水灰比發生在WC接近于1處，水灰比大于1屬于牛頓流體，水灰比小于1為賓漢姆流體。整理課件11.2.2 賓

15、漢姆流體在地層中的滲透公式可見，賓漢姆流體比11.2.2 賓漢姆流體在地層中的滲透公式對于賓漢姆流體柱面擴散方式來說，根據滲流微分方程賓漢姆流體在粗顆粒巖土體中滲透系數為經整理后得塑性流體隨時間而變化的流動規律整理課件11.2.2 賓漢姆流體在地層中的滲透公式對于賓漢姆流體柱面11.2.2 賓漢姆流體在地層中的滲透公式當 時， 可忽略不計，取 ， 。計算在已知時間T 及注漿流量 Q 為常量時的注漿擴散半徑注漿流量從而整理課件11.2.2 賓漢姆流體在地層中的滲透公式當 11.2.2 賓漢姆流體在地層中的滲透公式以上公式可解決的注漿工程問題：（1）已知 和 ，根據公式 可計算出擴散半徑。（2）已

16、知壓差（ ）及注漿時間 時，按照公式 計算注漿擴散半徑。（3）已知注漿流量 及擴散半徑 ，可按照公式 計算孔底最大壓力( )，并根據公式 計算注漿時間。（4）塑性流體的滲透系數、有效粘度都是半徑的函數，在向孔隙介質注入分散性漿液時，隨著時間的變化(半徑的增大)，將出現介質的滲透率下降。整理課件11.2.2 賓漢姆流體在地層中的滲透公式以上公式可解決的注注漿材料的流變特性漿液在孔隙中流動，其流變學特性取決于漿液材料的結構特性，可分為牛頓體和非牛頓體。不遵循牛頓內摩擦定律的流體的統稱。有些非牛頓流體的流變特性,還隨外力作用的時間而變化,故可分為與時間無關的及與時間有關的兩種。還有一種既有粘性,又有

17、彈性的流體,稱粘彈性流體。我們研究流體的流變學特征，一般是假定被測液體為牛頓流體，但是，實際上自然界90%的流體為非牛頓流體。整理課件注漿材料的流變特性漿液在孔隙中流動，其流變學特性取決于漿液材注漿材料的流變特性流動好的化學漿液屬于牛頓體水泥、粘土、污泥、瀝青等都可當作賓漢流體來考慮。賓漢流體只有切應力(超過屈服）才能產生相對流動。粘度是漿液的最主要的流變參數。整理課件注漿材料的流變特性流動好的化學漿液屬于牛頓體水泥、粘土、污注漿材料的流變特性反映了粘度不變及粘度漸變型漿液粘度隨時間變化規律。粘度不變型粘度漸變型瞬時凝膠完全凝膠凝膠時間點指數規律，漸變型高壓與低壓下漿液粘度變化整理課件注漿材料

18、的流變特性反映了粘度不變及粘度漸變型漿液粘度隨時間變11.2.3 滲透注漿的極限壓力現場試驗表明, 進行土層滲透注漿,如果注漿壓力在一定條件下,漿液就會均勻滲透,但如果超過某一極限注漿壓力(Pmax) ,漿液將由滲透轉化為劈裂。只有當注漿壓力小于Pmax時,才能保證漿液在土層中均勻滲透。整理課件11.2.3 滲透注漿的極限壓力現場試驗表明, 進行土層滲透11.2.3 滲透注漿的極限壓力在半無限空間可滲透注漿的土體內注漿時，如果注漿壓力超過某一極限值( )，漿液流動將會由滲透方式轉化為劈裂方式。只有當注漿壓力小于 時，才能保證漿液在土中是滲透的。滲透注漿極限壓力 的表達式為注漿后一般注漿壓力迅速

19、增加，注漿孔附近形成不穩定漿液，略去漿液滲透力對土體應力場的影響，上式簡化為整理課件11.2.3 滲透注漿的極限壓力在半無限空間可滲透注漿的土體歷史上, 國內外許多學者對滲透注漿進行了理論研究, 代表性的有球型擴散Magg (1938) 公式、Raffle - Greenwood (1961) 公式、柱型擴散公式、袖套管法計算公式、賓漢流體擴散公式、粘時變流體在地層中的滲透公式、劉嘉材的單平板裂隙注漿滲透模型、Baker (1955) 通過圖解法得出的漿液在孔隙中的擴散規律、Louis 的牛頓漿液在二維粗糙裂隙中的流動公式, 此后, Wittke , Wallner , H. B 加賓, G.

20、 Lombadi , Amadei 等相繼推導出了賓漢流體在裂隙中的流動規律, 前蘇聯學者進行了細砂層中漿液擴散參數的實驗研究, 奧地利學者進行了單裂隙漿液流動過程的模擬實驗, 還有我國水利水電科學研究院研制的平板型注漿實驗臺以及東北大學研制的槽型反扁圓柱狀試驗臺等, 這些實驗和理論都促進了滲透注漿技術理論的發展。整理課件歷史上, 國內外許多學者對滲透注漿進行了理論研究, 代表性的但是, 上述計算公式和理論都是在特定的物理模型基礎上得到的, 它們總結了注漿中的一些規律, 具有一定的理論價值, 但是由于復雜的地層條件和注漿工程的隱蔽性, 應該說沒有任何一個公式能真正準確地反映出工程中漿液的流動規

21、律,這些公式都存在缺陷, 甚至與實際情況相差很大。目前滲透注漿理論仍然存在著許多問題有待于深入研究,滲透注漿存在的不足如下：滲透注漿理論公式的不足整理課件但是, 上述計算公式和理論都是在特定的物理模型基礎上得到的,1) 現有滲透注漿理論都沒有考慮被注介質的非均質性和各向異性, 應建立一種適用于各向異性的滲透注漿理論;2) 滲透注漿施工過程的監控及注漿效果的檢測技術目前還不成熟, 仍然是注漿技術的一個薄弱環節, 對注漿效果也沒有一個明確的判別標準, 往往憑經驗定性判斷;3) 滲透注漿工程的注漿效果與被注介質的工程地質、水文地質有相當密切的關系, 而目前的注漿理論僅對注漿技術本身進行研究, 缺乏對

22、被注介質的研究。滲透注漿理論公式的不足整理課件1) 現有滲透注漿理論都沒有考慮被注介質的非均質性和各向異性西馬山防洪壩滲透注漿加固工程西馬山礦井防洪壩,是采用礦山排棄廢石沿微山湖邊堆集而成。防洪壩滲透水問題,多年來一直未能得到有效處理,特別是隨著國家“南水北調東線工程”的實施,微山湖水位將進一步上漲,防洪壩滲水水量將進一步增大,對防洪壩和礦井安全帶來了嚴重的威脅。整理課件西馬山防洪壩滲透注漿加固工程西馬山礦井防洪壩,是采用礦山排棄西馬山防洪壩滲透注漿加固工程西馬山碎石防洪壩三面被微山湖環繞。壩體上層為礦山排棄碎石堆積層,粒度01. 5 m ,大小不均、松散,厚度45 米,是防洪壩主要滲水層。中

23、層為微山湖第四紀黑色泥土層,厚度23 m ,不透水。底層為巖漿石,不滲水。由于近年來微山湖水位上漲,在碎石層與粘土層間出現長280 m 大面積滲水帶,部分地點出現管涌狀出水,對泥土層沖刷嚴重。井下排水量比正常期增加460m3/h ,無備用排水能力。威脅礦井安全生產,增加排水成本。整理課件西馬山防洪壩滲透注漿加固工程西馬山碎石防洪壩三面被微山湖環繞西馬山防洪壩滲透注漿加固工程在防洪壩滲水280 m(兩端各超出最端滲水點40 m) 長度范圍內,利用碎石孔隙與水泥結合,形成混凝土圍幕封堵滲透水。采取工藝: KD100 鉆機,干式鉆孔,孔徑110mm 圓環型合金鉆頭,鉆孔深度56 m ,具體鉆孔深度要

24、求進入泥土層0. 5 m。使用長度34 m 注漿管,一端配有法蘭盤。在壩體中間,采取雙排鉆孔,水泥、水玻璃雙液注漿,每孔間距2 m ,2 排間距1 m。鉆孔布置形式見右圖 。整理課件西馬山防洪壩滲透注漿加固工程在防洪壩滲水280 m(兩端各超西馬山防洪壩滲透注漿加固工程 鉆孔:采取干式鉆孔,加長鉆具,控制鉆進速度,根據鉆孔情況及時下地表管,遇大塊巖石時可移位鉆孔。注漿: 注漿管下孔深度距泥土層12 m 處為宜, 在注漿管上部用法蘭盤與自制雙頭注漿帽聯接, 按兩孔間注漿交圈厚0. 5 m ,近似圓臺體(上部直徑1. 2 m、下部直徑1. 8 m、高4 m)及孔隙率25 % , 計算每孔總注漿量為

25、1. 8 m3 ,水泥量為2 t ; 按250 kg/ m 的水泥量,水泥和水1 1 的比例制漿,先注入純水泥槳,以保證鉆孔注漿交圈厚度,形成圍幕, 在注漿同時觀察周圍地面、注入壓力及滲水點水質變化情況, 防止地面出漿,在注漿壓力增大和滲水點水質變濁時,適時滲入30Be ,水玻璃20 %30 % ,進行雙液注漿。隨著水玻璃的加入,注漿管逐漸被托起,上升到注漿管2/ 3 位置時,停止注漿,完成該孔施工,進行下孔施工。主要材料消耗:水泥500 kg/ m ,水玻璃65 kg/ m。整理課件西馬山防洪壩滲透注漿加固工程 鉆孔:采取干式鉆孔,加長鉆具西馬山防洪壩滲透注漿加固工程經過50 天的圍幕滲透注

26、漿施工,共完成鉆孔203孔,加固防洪壩280 m,經地面檢查,各滲水處均被封堵,無滲水現象。井下泵房排水量恢復到正常水量,排水量減少460 m3/h 。對碎石壩滲水封堵,采用鉆孔圍幕注漿方案, 投入少、施工簡單,取得了較好的封堵效果。整理課件西馬山防洪壩滲透注漿加固工程經過50 天的圍幕滲透注漿施工,11.3 巖土壓密注漿理論壓密注漿起源于美國, 稱其為CPG ( compaction grouting) 方法, 該法已有60 多年的應用歷史, 1970 年Mitchell 對壓密注漿和其它注漿法進行了比較, 1973 年Brom 和Winer 論述了壓密注漿和注漿力學, 1974 年Brom

27、 和Winer 提出了壓密注漿的設計和施工準則, 之后, Graf 和Winer 等人一直致力與壓密注漿技術的研究。壓密注漿最大優點：是它對于最軟弱土層區域能起到最大限度的壓密作用。在壓密注漿過程中,漿泡擠壓鄰近的土體, 使土體被壓密, 承載力提高, 漿液不向土體滲透, 只對土體產生擠壓作用,使土體密實, 因而土體不發生水力劈裂, 這就是壓密注漿與劈裂注漿的根本區別。整理課件11.3 巖土壓密注漿理論壓密注漿起源于美國, 稱其為CPG11.3 巖土壓密注漿理論壓密注漿是用極稠的漿液（塌落度25 mm），通過鉆孔擠向土體，在注漿處形成球形漿泡，漿體的擴散靠對周圍土體的壓縮。鉆桿自下而上注漿時，將

28、形成樁式柱體。漿體完全取代了注漿范圍的土體，在注漿鄰近區存在大的塑性變形帶；離漿泡較遠的區域土體發生彈性變形，因而土的密度明顯增加。壓密注漿的漿液極稠，漿液在土體中運動是擠走周圍的土，起置換作用，而不向土內滲透。它不像滲透注漿，漿液可滲入土顆粒間孔隙內，將土顆粒包圍膠結起來，壓密注漿的注漿壓力對土體產生擠壓作用，只使漿體周圍土體發生塑性變形，遠區土體發生彈性變形，而不使土體發生水力劈裂，這是壓密注漿與劈裂注漿的根本區別之點。整理課件11.3 巖土壓密注漿理論壓密注漿是用極稠的漿液（塌落度1000），采用牛頓-雷廷格公式整理課件11.5.2 水泥漿液在巖體裂隙中的流動機理（1）水泥漿液11.5.

29、2 水泥漿液在巖體裂隙中的流動機理在靜止狀態和層流狀態，水泥沉淀速度最快，過渡態次之，紊流最慢。一般在鉆孔附近呈紊流，遠離鉆孔為層流。因此,水泥漿在層流段沉積。影響水泥沉淀速度的因素還有水泥比重、顆粒大小、水泥漿的濃度和外加劑。在相同流速和相同濃度下，水泥的比重和顆粒越大，越容易下沉；當顆粒直徑0.001 mm時，水泥漿液為穩定漿液。其他條件相同時，漿液愈稀，水泥顆粒的沉降速度愈快。濃度增加，顆粒之間相互碰撞、摩擦的機會增多，顆粒下沉阻力增大，速度減慢。在水泥漿液中摻入一定數量的分散劑，可以延緩水泥的析水沉淀速率。整理課件11.5.2 水泥漿液在巖體裂隙中的流動機理在靜止狀態和層流11.5.2

30、 水泥漿液在巖體裂隙中的流動機理漿液在管道中輸送和在大裂隙中流速較高多表現為紊流，而在細裂隙中多表現為層流。注漿時漿液自孔壁縫口進入地層裂隙后，越向外流，控制漿液的斷面積越大，漿液的流速與距孔中心的距離成反比。流速減小，水泥顆粒動能減小，這樣一方面重力沉淀速度增加，另一方面顆粒易被接觸到的巖壁所吸附，且水泥顆粒間的相互吸引，易形成顆粒集團，從而促進水泥漿的析水沉積過程。整理課件11.5.2 水泥漿液在巖體裂隙中的流動機理漿液在管道中輸送11.5.2 水泥漿液在巖體裂隙中的流動機理（2）水泥注漿的充填過程水泥顆粒在巖縫中開始沉積地點離孔壁的距離，將隨注漿壓力和漿液稠度、巖縫寬度不同而不同。壓力越

31、大，漿液越稀，巖縫越寬，開始沉積的地點距鉆孔越遠。從沉積點開始，水泥顆粒將陸續從漿液中被分離出來，在巖縫中形成一個不斷加厚的“脊背”，逐步縮小巖縫的寬度。當巖縫寬度縮小到一定程度以后，不是出現吃漿率的減小，就是出現壓力自動升高；若保持壓力不變，進漿率就減小。進漿率的減小，使得漿液在每一點上的流動速度也跟著減小，從而在靠近鉆孔的方向又形成新的“脊背”，直到巖縫基本填滿為止。整理課件11.5.2 水泥漿液在巖體裂隙中的流動機理（2）水泥注漿的11.5.2 水泥漿液在巖體裂隙中的流動機理不同寬度的巖縫，采用同一濃度漿液時，充填的范圍和時間是不同的。寬裂隙充填距離較遠，時間較長；而窄裂隙充填范圍很小，

32、時間很短。在實際注漿中，遇到吃漿量很大，長時間不見減小情況時，可采取逐級變濃漿液的措施進行注漿。漿液變濃，意味著粘度和流動阻力的增大，將導致相同壓力下的進漿率和流速降低，結果使得水泥提前沉積。變濃一級漿液，就要出現一個更靠近孔壁的沉積點和一個新脊背。過快變濃漿液，可能造成巖縫突然堵塞，前后形成的“脊背”互不銜接，使巖縫得不到充分的充填。圖11-16 漿液變濃對充填情況的影響(a)采用同一級稀漿液的充填情況；(b)采用由稀變稠，變換得當的充填情況；(c)采用由稀變稠，變換不得當的充填情況整理課件11.5.2 水泥漿液在巖體裂隙中的流動機理不同寬度的巖縫，11.5.2 水泥漿液在巖體裂隙中的流動機

33、理在一個注漿段包含不同寬度的裂隙。為使所有裂隙都能充滿漿液，首先使用粘度小、流動性較好的稀漿，充填較小的裂隙，然后再用較稠的漿液注較大的裂隙。漿液由稀變濃應逐級改變，我國現行規范規定的水灰比可采用8:1，5:1，3:1，2:1，1.5:1，0.8:1，0.6:1，0.5:1九個比級，而A. C. Houlsby 推薦水泥漿液的最佳起始水水灰比為3:1。整理課件11.5.2 水泥漿液在巖體裂隙中的流動機理在一個注漿段包含11.5.2 水泥漿液在巖體裂隙中的流動機理注漿過程中變漿時機是根據壓力與吸漿率的變化情況而決定。在吃漿率大于10 L/min以前，若連續注入量已達450 L以上，注漿壓力或吸漿

34、率均無明顯變化，則變濃一級；在吸漿率小于10 L/min以后，若連續注入時間已達2 h以上，壓力和吸漿率均無變化，也變濃一級；若變濃漿液后壓力明顯逐漸升高或吸漿率逐漸減小，則不宜再變濃漿液就用當時的濃度，直至注漿結束；若變濃后吸漿率驟減或壓力驟升，再退回用原來的漿液濃度來注。整理課件11.5.2 水泥漿液在巖體裂隙中的流動機理注漿過程中變漿時11.5.2 水泥漿液在巖體裂隙中的流動機理（3）水泥漿液在巖體裂隙內的沉積排水機理裂隙巖體注漿所用的水泥漿液的水灰比多在15之間，水泥水化大約需525水（一般為水泥重量的25左右），而其余的7595的水則屬于多余的。它僅僅為了漿液輸送方便，一旦把水泥顆粒

35、載運到預定地點后，多余的水分就應排除。而這些多余的水分是以怎樣的方式排除呢?目前有兩種認識，即“固結排水”和“流動沉積”理論。整理課件11.5.2 水泥漿液在巖體裂隙中的流動機理（3）水泥漿液11.5.2 水泥漿液在巖體裂隙中的流動機理1）固結排水理論德國的庫茨納爾認為：注漿過程分為“填滿”與“飽和”兩個階段。在填滿階段，漿液進入并充填了裂隙的絕大部分，在飽和階段，漿液中的多余水分在飽和壓力（最高壓力）下產生類似于太沙基的土力學固結現象而被排出，使水泥顆粒彼此接近。但對于堅硬和透水性差的巖石，很難用固結排水理論解釋水泥漿的排水機理。整理課件11.5.2 水泥漿液在巖體裂隙中的流動機理1）固結排水理1