振动注浆中砂土液化判别与浆液扩散规律模拟研究

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1、哈尔滨工业大学硕士学位论文振动注浆中砂土液化判别与浆液扩散规律模拟研究姓名：凌晨申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：凌贤长20050101哈尔滨工qk大学丁学顾十学位论殳摘要自1802年法国最早使用注浆加固土体，已有200多年历史。注浆方法发展至今，已形成如渗透注浆、压密注浆、劈裂注浆、高压喷射注浆等多种方法。现有的注浆方法虽然已发展得较为成熟，但对于一些特定场地，注浆效果还很不理想，如饱和细砂土和粉土地基防渗等。针对饱和细砂土和粉土土层不易注入的情况，新近提山一种新的注浆方法，振动注浆法。就是采用振动的方法使饱

2、和细砂土和粉土发生液化，使之丧失抗剪能力，增大渗透性，从而便于浆液注入。本论文就是针对振动注浆这种新方法，从振动液化和注浆两个角度进行理论上的分析。本论文归纳起来可分为四大部分：首先，针对振动注浆使士层发生液化的特性，对砂士动力性能做了详细的综合归纳，包括细砂土和粉十的微观结构特点，细砂土和粉土液化异同点，液化判别方法及其动力特性等。第二，由于振动注浆是振动机具产生振动迫使土体液化，因此振动注浆机具的设计就牵涉到振动特性和土的特性这两个相互关联的因素。也就是说，砂土层在。』定埋深、颗粒粒径、标贯击数的条件下，就需要振动

3、机具提供相应的振动时问和幅值使之液化。论文从两条不同的途径分别解决二者间的关系：其一，在收集大量液化资料的基础上，运用概率方法对这些数据资料进行分析，最后得到饱和细砂土和粉土液化时土的特性与振动特性之间的关系式。考虑到振动液化是机械振动，为使资料更具普遍性，也收集有部分实验室振动液化资料。将统计出的公式代入原始资料回判发现，它同时适合于地震振动液化与机械振动液化的两种情况：其二，论文提出一种新的推求砂土液化判别式的方法，即相似设计方法。基于概率统计时收集到的液化资料，依据buckingham厅定理和量纲分析法，推求出振

4、动特性和土的特性之问关系的又一砂土液化判别式，回判结果表明，此式同样具有较高的回判成功率。这两个表达振动特性与土的特性之间关系的判别式为振动注浆机具的设计参数提供了理论依据，同时对一般的砂土液化问题也具有参考价值。第三，虽然注浆已广泛应用于工程实践，但对注浆理论的研究却相对滞后。为给振动注浆这种新方法的设计与实施提供初步的理论依据，论文在总结现有的球形注浆、柱状注浆、非溶性浆液注浆等几种渗透注浆理论基础上，对非溶性浆液注浆公式进行了简化改进，新建立了简化的注浆公式，并且论文还对非溶性浆液渗透注浆公式进行了新的推导，得到

5、了自己的推得的非溶性浆液渗透注哈尔滨工业大学T学硕L学位论文浆公式，最后却发现推得的非溶性浆液渗透注浆公式与建立的简化的注浆公式是一致的，这些公式的提出，为注浆理论的进一步发展和浆液在土层中扩散的数值模拟提供了理论支持。另外，由于振动注浆是一种新提出来的注浆方法，实验室内还没有进行过这种注浆方法的实验。更是没有实际的工程应用，为验证对于饱和细砂土和粉士土层，振动使之液化后确实能达到易于注浆的效果，自行设计了振动注浆器具进行了振动注浆实验。实验结果表明，振动液化后确实较先前易于注浆，这验证了振动注浆这一新思想的可行性。第

6、四，由于推导出的渗透注浆公式作了许多假设，只能理想情况下实现，对于士质的不均匀，孔隙随注浆压力而变化等多种非线性因素不能加以考虑。因此，本论文利用非稳定渗流和已有的渗透注浆理论，建立了数学模型，进行差分离散，用Jortran编写程序分别进行了柱状注浆和非溶性浆液注浆两种情况的计算，得出了注浆压力、扩散半径与注浆时问之间的关系。对于浆液扩散的数值模拟，此前国内外在这方面还未见报道。另外，还用ANSYS中的温度场代替浆液渗流场的模拟，模拟出在稳态渗流情况下，对于柱状注浆和非溶性浆液注浆在不同的浆液扩散半径时各点的浆液压力。

7、同时把ANSYS模拟的稳定渗流结果与差分法计算得出的非稳定渗流进行了比较。关键词振动注浆：砂土液化；概率统计和相似比设计法；差分法ANSE7数值模拟堕垒堡：三些尘兰三兰塑：：兰竺篁兰：AbstractMorethantwohundredyearshavepassedsincegroutingtechniquewasfirstusedinFrancein1802．Thegroutingmethodhavealsoagreatdevelopmentduringthisperiod．Therehavebeenformedma

8、nykindsofgroutingmethods，suchasperneationgrouting，compactiongrouting，hydrofracturegrouting，highpressurejetgrouting，andSOon．Thoughexistinggroutingmethodhavegrownup，tos