新型水泥基抗冲膏浆研发及其抗冲性能数值模拟

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1、新型水泥基抗冲膏浆研发及其抗冲性能数值模拟Developmentandnumericalsimulationofnewcement-basedanti-washoutgroutingmaterials学科专业：水利工程研究生：黄君彦指导教师：崔溦副教授天津大学建筑工程学院二零一七年十一月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，一也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我间

2、工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学｛立即者签名：有4习签叫：:loJ7年I:2.J=Jj日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权�津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的－，复印件和磁盘。c,（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位耐着签名1苓l将导师签名：，�;1,v仨签叫＝叫年仪月日1摘要水泥基膏浆由于价格低

3、廉、来源广泛、强度高在灌浆工程领域得到广泛的应用，然而，由于传统水泥浆材可灌性和韧性较差，已不能满足日益提高的工程要求。化学浆材克服了传统水泥基膏浆的缺陷，具有良好的灌入能力且硬化后韧性较高，但由于其价格昂贵和抗压强度不足应用受到限制。考虑到上述背景，针对不同的地层条件，本文研发了两种新型水泥基抗冲膏浆，分别命名为“KC-1”和“KC-2”：(1)根据单掺试验分析结果，筛选出两组添加剂并拟定了它们的复配剂量调试范围以便进一步开展研究。(2)基于田口正交试验设计利用灰色关联分析法结合均值主效应图确定了综合考虑屈服应力和塑

4、性粘度两方面效益的最优添加剂配比。通过多因素方差分析识别出对流变性能无显著影响的添加剂类别，从而在不影响流变性能优化成果的前提下，根据实际应用对浆材其他方面的性能调整改进。对数理统计学知识的合理运用大大提高了新型膏浆的开发效率，实现了KC-1型膏浆的快速凝结，高抗压强度以及优越的抗冲能力；对于KC-2型膏浆，则赋予其良好的流动性，较强的抗冲能力和可观的凝结速度。(3)通过抗冲模型试验测试新型浆材的抗冲性能并分析抗冲性能与流变性能的关联程度；依靠Flow3D仿真计算验证浆液在动水条件下的扩散机制，发现数值模拟与室内试验结

5、果有较好的一致性，说明该灌浆模拟对相应的工程实践有一定的借鉴和参考价值。关键词：抗冲膏浆，多因素方差分析，灰色关联分析，添加剂，数值模拟IABSTRACTCementgroutiswidelyappliedbecauseofitsinexpensiveness,readysources,andhighstrength.However,itsdisadvantagessuchaspoorinjectionability,fragilityofthesolid,andpoorductilityconfinethepract

6、icalapplicationofcementgrout.Chemicalgroutworkswellbecauseofitsgoodinjectionability,itsadjustablegeltime,anditsflexibilityaftersolidification.Althoughchemicalgrouthasspecialfunctionsthatcementgroutdoesnothaveitsapplicationisrestrictedduetoexpensivenessandalowers

7、olidstrength.Giventhissituationandthepreviousstudies,twonewtypesofanti-washoutcementitiousgrouts,named“KC-1”and“KC-2”respectively,havebeendevelopedfordifferentgeologicalconditions.Separateadditiontestswereperformedtostudytheeffectsofcertainacceleratingagentsandf

8、locculatingagentsonthecementbasedgroutcomparatively.Basedontheresultsofseparateadditiontests,twonewformulationswereproposedforfurtherinvestigations.Bothformulationsin