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《土体注浆堵水的可靠性设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、【摘要】建立了一套完整的土体注浆堵水可靠性设计系统｡绘制了注浆堵水故障树及成功树;建立了各基本事件的极限状态方程;提出了关于单孔及多孔注浆系统的各种逻辑关系计算模型及其可靠度计算方法;定义了注浆系统的工作状态及不同注浆工程的安全等级;给出了各种注浆工程的可靠性指标;给出了注浆工程的可靠性设计方法及步骤｡可用于指导现场注浆工程的设计和施工,具有较大的理论意义和广阔的应用前景｡【关键词】土体;注浆堵水;可靠性设计一､单孔注浆堵水可靠性1.注浆堵水故障树分析(1)注浆工艺流程注浆工艺流程是指从浆液配制开始到浆液进380岩土力学2003年入受注土体
2、为止的全部施工工艺过程｡根据注浆的工艺流程[2],可反映出注浆实现的过程｡(2)注浆堵水故障树全面考虑注浆过程,绘制单孔裂隙注浆堵水系统故障树如图1所示｡导致注浆堵水失败的直接原因为浆液未在土体中凝胶和浆液凝胶后的失效两种情况,这实际上反映了注浆过程中的失效(不能在土体中完成注浆)和注浆结束后的失效(未达注浆标准),体现出注浆的全过程｡该故障树对故障事件作了较细的划分｡其中,导致失效的基本事件包括:地下水的稀释;跑(冒)浆;水泥灰质量问题;搅拌时间不够;搅拌机损坏;各处阀门及管路故障;各注浆泵故障;输浆管路倾斜不够及弯头过多;浆液配比未达要
3、求;注浆后残余水量未达要求等｡在实际工程中很难求出所有基本事件的概率分布情况,为此,底事件可视注浆工程具体情况决定取舍,故障树可适当地简化｡2.绘制成功树为了直观地分析注浆堵水的可靠性,考虑各基本事件的影响程度,在此绘出简化后的注浆堵水成功树(如图2所示)｡成功树中逻辑门符号与故障树中所用逻辑门符号成对偶关系(与门变或门,或门变与门)｡此树简化中忽略了地下水稀释､跑浆､水泥灰质量､各处阀门及输浆管路､浆液配比等相对次要因素的影响｡3.基本事件分析保证注浆堵水成功(X)的基本事件有:水泥浆可注入孔隙(X1);注浆泵运转正常(X4-X3+m,m
4、为泵数);扩散后达设计注浆半径要求(X2);残余水量达设计标准(X3)｡其中,X1,X3,X4-X3+m的目的是保证在土体中注浆的顺利实现;X2是保证达到注浆半径要求,对注浆堵水而言,是实现多孔注浆时的注浆交圈;X3是保证达到现场开挖时的残余水量要求｡图中符号说明:—顶事件及中间事件;—底事件(基本事件);—与门;—或门｡(1)水泥浆可注性X1关于水泥浆可注性的计算,建议:对不同水灰比(W/C)浆液与可注入孔隙大小d的关系进行实测回归分析,列出极限状态方程｡(2)扩散半径可靠性X2球形扩散极限状态方程(马格公式):式中R为注浆半径设计值;k
5、为被注砂土渗透系数;t为注浆时间;r0为注浆管半径;h1为注浆压力;h0为静水压力;n为砂土孔隙率｡(3)涌水量(残余水量)可靠性X4(a)注浆前后的土体渗透率根据公式[4]:可得注浆前后的土体渗透率关系:式中m0,m1为注浆前､后土体孔隙率;K0为原岩渗透率;K1为注浆后土体渗透率;dm为土颗粒当量直径;α为形状系数,其值参照文献[4]选取｡(b)残余水量的极限状态方程注浆后的帷幕体渗透性与原岩渗透性相差很多,在计算地下水由注浆帷幕外向钻孔渗透的涌水情况时,可以将帷幕外看作定水头(P=P0)边界向水头为零(P=0)的注浆孔渗透,这是一个与
6、注浆相反的过程｡根据将式(3)代入,得到残余水量的极限状态方程:式中m0为水的动力粘度;W0为注浆孔涌水量要求｡各公式中涉及到的参数很多,严格来说,它们都应该是随机变量,但要想得到全部参数的数据统计结果,是相当困难的｡因此,建议根据现场注浆具体情况,在计算中只考虑一些主要参数随机性的影响,对其他参数则按常量考虑｡并设各随机变量均服从正态分布｡由基本事件的极限状态方程就可计算出相应的可靠度指标及可靠概率｡(4)注浆泵可靠性式中Pas为可靠概率:Pas=M1-m,Pbs为维修性概率:Pbs=Ute-,m为给定有效时间内故障发生次数;M为给定有效
7、时间内工作总次数;U为维修周期;t为维修时间｡4.单孔注浆系统的可靠性由成功树可见各基本事件与顶事件(达到注浆堵水一切要求)间的逻辑关系:f(X)=X1IX2IX3I(X4U×UX3+m)(6)式中f(X)为X状态函数;I为逻辑串联符号;U为逻辑并联符号｡二､多孔注浆系统可靠性在大型现场注浆中,需通过多孔施注,从而形成大面积的注浆隔水帷幕｡因此,需在单孔注浆可靠性计算结果基础上,分析各孔所组成的多孔注浆帷幕的可靠性｡382岩土力学2003年以按矩形顶点布置的4个注浆孔为例(图3)｡体现4个相邻注浆孔实现交圈半径最低要求为式中R为注浆半径设计
8、值;a,b为矩形的长和宽｡可据此进行注浆半径选取和布孔设计｡对其他不同布孔方案(如沿圆周布孔等)需不同考虑｡图3相邻孔交圈示意图Fig.3Schematicmapofoverlo
