新型泥浆扩散机理及在桥隧工程中的应用研究

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1、分类号：U44,U4510710-2010021061博士学位论文新型泥浆扩散机理及在桥隧工程中的应用研究王智远导师姓名职称刘来君教授申请学位级别工学博士学科专业名称桥梁与隧道工程论文提交日期2017年10月27日论文答辩日期2017年12月18日学位授予单位长安大学万方数据ResearchondiffusionmechanismandapplicationofNewSlurryinbridgeandtunnelengineeringADissertationSubmittedfortheDegreeofDoctorCandida

2、te：WangZhiyuanSupervisor：Prof.LiuLaijunChang’anUniversity,Xi’an,China万方数据万方数据摘要在桥梁工程与隧道工程施工过程中经常会遇到软弱砂土层。由于软弱砂土层的强度低，导致其施工质量差。为了改善砂土层的施工性能，本文开发了一种具有可控流动性和渗透性的新型泥浆材料，通过泥浆的流动性和渗透性来增强砂土材料的强度。同时利用扩散理论对泥浆材料在砂土材料中的扩散和对流行为进行预测，最终为新型泥浆在实际工程中的应用提供指导。本文主要探讨了新型泥浆中不同组分对其流变性能的影响，基

3、于硬度测试方法测量不同组分的新型泥浆材料在盐性、酸性和碱性环境下的凝固时间。并利用混合泥浆和砂土的剪切强度来探讨不同泥浆与砂土比例对其的响应规律。同时，借助于FICK定律和毛细管中泊肃叶流体流动理论来分别解释泥浆在砂土中的扩散和对流行为，通过室内试验探讨泥浆材料在砂土中的扩散规律和对流规律。分别采用有限元数值求解方法和解析求解方法对于泥浆的扩散和对流规律进行计算和分析，并将计算结果与试验测试结果对比验证本文所提的理论计算方法的可行性和有效性。采用有限元平台ABAQUS计算渗流和应力场耦合作用情况下，数值模拟跨河大桥桥墩桩基础钻孔开

4、挖施工过程中的稳定性。为了再现实际过程中采用的新型泥浆提升孔壁稳定性的施工方案，在数值模拟中基于新型泥浆渗透扩散理论，将泥浆扩散区域按照泥浆与砂土混合后的等效材料进行强度定义。工程算例中，对于单孔钻孔开挖模型和双孔钻孔开挖模型情况下开挖周边区域的土体稳定性进行有限元模拟，来探讨合理的开挖步骤，开挖间距和支护方式。基于泥浆对流理论探讨新型泥浆对穿越高速公路的浅埋地下隧道的加固效果。通过管棚施工方法将新型泥浆依靠注浆压力注入围岩的砂土中，依靠泥浆与砂土的结合作用来提升砂土材料的强度。同时对于全部施工过程中的围岩区域位移沉降进行观测，检

5、验泥浆材料对围岩稳定性的提升程度，由此来评价新型泥浆材料在加固砂土软弱区域方面具有的特点和优势。关键词：桥隧结构，泥浆加固，渗透注浆，压力注浆，扩散机理I万方数据AbstractSoftsandysoillayercanoftenbeencounteredinbridgeandtunnelengineeringconstruction,whichalwaysleadstopoorconstructionqualitybecauseofitslowintensity.Inordertoimprovetheconstructionpe

6、rformanceofsandysoillayerandenhanceitsintensity,anewslurrymaterialwithcontrolledflowabilityandpermeabilityisdevelopedwhichenhancesthestrengthofthesandysoilmaterialbyfluidityandpermeabilityofmudinthispaper.Atthesametimeprovidingthedesignguidanceforthepracticalengineeri

7、ngapplicationofthenewmudreinforcementthroughpredictingthediffusionandconvectivebehaviorofthemudmaterialinthesandysoilmaterialbasedonthetheoryofinfiltrationgrouting.Theflowlawofmudmaterialswithdifferentconstituentsisconfirmedbytherheologicalpropertytestequipment.Thecon

8、gelationtimeofthisnewmudmaterialinthedifferentconditionsofsalinity,acidityandalkalinityismeasuredbasedonthehardnesstestmetho