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《泥质类膨胀软岩巷道注浆强化防水控制研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、第40卷第2期太原理工大学学报Vol.40No.22009年3月JOURNALOFTAIYUANUNIVERSITYOFTECHNOLOGYMar.2009＊文章编号:1007-9432(2009)02-0148-04泥质类膨胀软岩巷道注浆强化防水控制研究1,2134李国富,李珠,李玉辉,戴铁丁(1.太原理工大学建筑与土木工程学院,山西太原030024;2.徐州工程学院土木工程学院,江苏徐州221008;3.徐州市人民防空办公室,江苏徐州221003;4.东南大学交通学院,江苏南京210096)摘要:为研究软岩巷道的防水控制技
2、术及理论,设计了泥质类膨胀软岩在初压、加载体积不变和初压注浆强化三种不同状态下的孔隙比与渗透系数关系实验装置,对膨胀性软岩在三种状态的渗水过程进行了试验研究,得出了三种不同类型的孔隙比与渗透系数关系试验结论;根据巷道突水机理和岩土有效应力作用原理,分析研究了注浆过程中有效应力增加和孔隙水压力减少的防水控制机理,为软岩巷道注浆强化防水提供了实验参数和理论根据。工业性试验和实测结果表明,膨胀性软岩巷道注浆和围岩强化控制技术防水效果显著,施工方便,具有广阔的推广应用前景。关键词:软岩巷道;注浆强化;防水中图分类号:TD265;TD3
3、53.7文献标识码:A泥质类膨胀岩是指与水发生物理化学反应,引1软弱围岩注浆强化试验起体积膨胀软化的一类岩石。典型的膨胀软岩有黏土岩、页岩、泥岩、蛇蚊岩、泥灰岩、凝灰岩、片岩,以1.1试验对象及受热液变质作用的花岗岩、片麻岩、安山岩等。当模拟现场工程条件,针对焦作古汉山矿典型的巷道开挖布置在这些软岩层位时,会因围岩的吸水泥质类膨胀岩取岩样进行X射线衍射图谱分析,得膨胀软化,而使巷道发生流变和持续变形破坏现象;到泥质类岩的矿物组成,其中质量分数为:蒙脱石当巷道通过与含水层有水力联系地区时,会导致围12.5%,伊利石16.5%,高
4、岭石7.0%,石英37.5%,碳岩的快速膨胀破坏,并诱发巷道的突水、渗水灾害。酸盐31.5%,其他胶结物2%。经自由膨胀率试验,在工程实践中,如何才能有效地处理这类岩体,一直是饱水状态下,自由膨胀率达到88%,所以,将该膨胀性困扰着工程师的一个难题。目前,国内矿山对井巷软岩确定为研究试验的主要对象。突水点的主要控制方法是在巷道产生突水后再进行1.2试验装置防水控制。如在突水点注浆堵水、密闭防水、巷道改分析试验泥质类膨胀岩在初压状态、加载体积道防水及输排控制等,属于被动防水。这些方法虽不变状态和初压下注浆状态,三种不同类型加载条
5、然针对性较强,但投入成本大、工期长、堵水效果不件下的孔隙比与渗透系数关系,为注浆强化与防水显著,甚至会产生堵水失败现象。笔者针对泥质类提供试验数据。膨胀岩巷道的工程地质条件,研究设计了泥质类膨实验装置为改装的固结仪。将现场提取的膨胀胀性软岩在不同状态条件下的孔隙比与渗透系数关软岩试样压入特制的厚壁钢环内,上下均用透水石系实验装置,对膨胀性软岩在不同状态的渗水过程覆盖并浸水,同时采用压力机加载。图1为初压状进行了实验分析;并根据巷道突水机理和岩土有效态实验装置,通过压力机提供一定初压(50kPa)后应力作用的理论研究,提出有水力
6、联系的软岩巷道进行渗透试验;图2为加载体积不变状态实验装置,掘前防水注浆控制理论与方法,旨在掘进巷道遇到通过压力机逐渐提供压力至500kPa,加载到体积突水点前对突水区域进行注浆强化防水控制,实现不变时进行渗透试验;图3为初压下注浆状态实验[1-3]巷道的被动防水向主动防水的转变。装置,通过压力机提供一定初压后(50kPa),在试样＊收稿日期:2008-09-11基金项目:国家自然科学基金资助项目(50774078);中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室基金资助项目(07KF02)作者简介:李国富(1962-),男,河
7、南焦作人,博士生,教授,主要从事地下结构工程与岩土工程的研究,(Tel)13641536237第2期李国富等:泥质类膨胀软岩巷道注浆强化防水控制研究149中注浆凝固进行渗透试验。这样,可以测出三种不律性,仅能不定期观测试验,收集代表性的数据,以[4]同类型的渗水系数。实验中由于膨胀岩渗水的不规便对三种类型进行对比分析。图1加压提供初压渗水实验图2加载到体积不变渗水实验图3注浆渗水实验1.3结果分析力为水压力(亦称孔隙水压力)和围岩压力(亦称有初压状态、加载体积不变状态和初压下注浆状效压力)之和。态三种不同类型的孔隙比与渗透系数
8、关系如图4所σ′=σ-p;(1)′′′示。由图4初压曲线可以看出,对膨胀岩进行施加σx=σx-p,σy=σy-p,σz=σz-p.(2)初次压力,靠吸水自身膨胀降低孔隙比,孔隙比降低式中:σ为岩水作用总压力,MPa;σ′为岩体之间接触率较小,渗透系数较大;由体积不变曲线看出,
