围压对滑坡区注浆加固效果影响

1、围压对滑坡区注浆加固效果影响     本文作者：韩贵雷 单位：华北有色工程勘察有限公司0引言破裂岩体注浆加固技术广泛应用于土木工程各个建设领域，随着注浆技术的蓬勃发展，注浆理论研究不断深入，但是，由于复杂的地层条件、施工过程监测的困难以及试验手段的局限，造成了注浆理论研究远远落后于注浆技术的应用1，2。室内试验研究是推动理论研究的主要手段，在注浆加固理论研究过程中，国内外学者开展了一定的研究工作，主要有前苏联13的细砂层中浆液扩散参数试验研究;奥地利4，5进行的单裂隙中浆液流动过程的模拟试验;中国水利水电科学研究院研制的平板型注浆试验台试验;东北大学68

2、的槽形反扁圆柱状试验台试验等，上述试验存在一个共同的特点即被注对象未考虑地应力的影响。众所周知，深部破裂岩体是处于垂向和水平向地应力综合作用中的地质体，破裂岩体在注浆过程中及注浆加固后表现出的力学特性都是处三向应力状态下的特性。因此，在注浆加固试验研究中必须考虑不同应力状态的影响。本文采用自行设计加工的、能够实现垂向和水平向不同加压水平的注浆系统进行了多项承压条件下破裂岩体注浆加固试验，该试验方法更加贴近真实破裂岩体的应力状态，其试验结果对注浆加固技术的推广应用具有指导性作用。1试验设备及试验过程1.1试验设备加载设备采用中国矿业大学TATW-2000岩石三轴试验系统。注浆采用自行设计加工的压

3、注浆装置。该装置主要由围压系统、千斤顶加压系统、手动注浆泵系统、高压止浆阀门、高压软胶管及压力表组成。设计加工的压注浆装置能够实现两个独立的液体循环系统(围压和注浆压力):注浆缸体和外界的密封，该密封系统具有独立的液体循环功能，通过缸内加压浆液实现岩样承压状态。同时，该密封顶部为活塞式密封，可实现015cm距离的移动，同时与TATW-2000微机控制电液伺服岩石三轴试验系统配合使用，可实现对破裂岩体轴向加压，用于实现对岩体施加垂直应力;试件和缸体内有压液体之间的密封，具有独立的液体循环系统，该密封可以实现同一注浆压力水平在不同围压条件下对破裂岩体的注浆。以上两个独立的循环系统中液体均为水泥浆液

4、，但保证不同压力且不连通。在这两个循环系统下，可以保证试件在可控围压和轴压条件下，水泥浆液通过压裂的裂隙中注入试件(围压大于注浆压力时)，实现在承压条件下岩体的注浆加固过程。试验设备及试件见图1。1.2试验控制参数控制参数主要有:围压控制、轴压控制、注浆压力控制等，上述参数设计见表1。1.3试验过程试验中分别对多组石灰岩岩样进行了外界致裂和围压注浆加固试验。(1)对试件加轴压及围压将待注浆的破裂岩样放入TATW-2000微机控制电液伺服岩石三轴试验系统，启动TATW-2000试验机，当加压到设计值时将试验机压力值稳定在要求的压力值上，此时打开围压下部阀门，用高压注浆活塞，将活塞中的水泥浆推入到

5、注浆器中，当围压循环系统上部阀门中有浆液流出时(表明该循环系统中充满了水泥浆)，将上部阀门关闭，继续利用高压注浆活塞加压，此时，压力表随着加压过程将有读数，当压力表读数达到设计值时，将围压循环系统下部阀门关闭，这时该循环系统两个阀门都关闭，在该循环系统中充满了有压水泥浆，轴压及围压施加完毕。(2)对试件注浆将注浆循环系统下部阀门打开，利用手动注浆泵对试件注浆，当该循环系统上部阀门有水泥浆流出时关闭上部阀门，说明此时该系统中空气排完，其中充满了水泥浆(由于该循环系统通过试件裂隙，试件裂隙的贯通性对注浆压力有影响，在排气过程中注浆泵压力表上已有读数)，将上部阀门关闭，继续注浆直到注浆泵上压力表读数

6、达到设计值为止，将该循环系统下部阀门关闭。此时，完成对试件的注浆过程。1.4试验结果试验结果见表2。2注浆固结体微结构与孔隙分析2.1微结构观测仪器岩石的最终宏观断裂与其内部的微结构及其微缺陷紧密相关9，同时注浆加固对改变微观裂隙具有明显的效果，因此，有必要对破裂岩样及其注浆加固体进行微观范围内的详细研究与分析。观测设备拟采用中国矿业大学建筑工程学院于2005年引进的KH-3000数字式三维视频显微镜，该设备可快速简便地进行各种在线实时的精确测量，最高四位数的放大倍数可以确保结果更准确，同时具有自动识别测量技术，以减小手动误差。该仪器除可以实现长度、面积、周长、角度等常规的平面几何测量外，还可

7、以实现高度的三维测量。并且，测量数据可储存为EXCEL格式方便调用。由于测量的精度取决于操作人能否正确选取测量点(像素)，因此，普通的测量仪器带来许多人为的操作误差，而KH-3000数字式三维视频显微镜实现了数字放大，可帮助操作者更方便和精确地选取测量点，减少人为的操作误差。观测仪器如图2所示。2.2微观观测结果微观结构能够扩大我们的视野，试验利用KH-3000视频仪对石灰岩破裂岩样裂纹及其注浆后的状态进行了观测，图3、图4为破裂岩体裂隙发展微观结构及注浆后的微观状态，通过研究发现:(1)通过调节不同的放大倍数，可以看到不同视场范围内的裂隙，图3(a)为放大系数50倍时的裂隙状态，此时可以看到

8、多条微裂隙成层状发展，岩石受到轴压的作用，岩样沿轴向存在相当多的劈裂面，某些岩样除主剪切面之外还存在少量的局部剪切破坏面。由于岩石抗拉强度较低，所以就破坏面而言以张拉为主。此时观测视场内，裂隙尺寸在110m左右;调节放大倍率(200倍)，如图3(b)所示，在此放大倍率下，可以更清楚地看到微裂隙的形态及发展，裂隙朝着岩石结构脆弱的方向发展且形成贯通的层断裂，图中两层裂隙之间形成了贯通的裂隙促进了岩石的破坏，新形成缝隙内几乎无岩石碎屑，这一点对于注浆效果是非常重要的，这样的后期新裂隙的发展有助于形成注浆浆液流动的通道;2)破裂岩样存在大量的破裂裂隙，注浆过程中浆液在注浆压力的作用下被压入岩石原有的

9、空隙和缝隙中，对岩石的缝隙、空隙进行充填。研究表明:在其它因素相同的情况下，岩石裂隙被注浆充填的效果同浆液中物质颗粒的大小紧密相关，颗粒越细，能够注入的岩石空隙就越小，注浆效果就越好;反之，颗粒越大，能够注入的岩石空隙也相应增大，岩石的注浆效果就越差。从KH-3000视频显微图片(见图4)可以看出，破裂岩样注浆后，裂隙被浆液充填，原有的裂隙变得饱满平滑，使破裂的岩石粘结成整体，从而提高了破裂岩样的强度，但是有时也存在一定的缺陷，例如部分岩样注浆后存在气泡、水系通道等，这是由于水泥浆凝结时淅水造成的。3围压对注浆加固效果影响分析通过注浆前后破裂岩体直径的对比，发现破裂岩体没有因为水泥浆的注入而体

10、积增加，反而由于注浆围压的存在，使原来发育较好的破裂面闭合，从而使试件直径减小，见表2。这就说明注浆围压对破裂岩体起了较大的约束作用。研究发现，在不考虑岩样破裂程度及注浆压力的情况下，围压水平对浆液注浆量、试件径向应变、注浆加固体强度有着很大影响。(1)一般地，注浆量随着围压的增大而减小，这主要是由于围压的作用，改变了岩样的裂隙开裂度，同一裂隙中吸收浆液的能力减小(但是并不能说明围压的存在限制了浆液向细小的微裂隙扩散)，虽然，围压的存在有使注浆量减少的趋势，但是并不是说围压越大注浆量就越小，注浆量并不是随围压增大而线性减小，应该存在某一极限，如图5所示。这一观点有待进一步研究。(2)注浆加固体强度及强度恢复系数都随围压的增大而增大，如图6所示。这主要是由于围压的存在给岩体的破裂面提供了侧向联系，而这种侧向联系提供了破裂面两侧岩块相互约束、相互协调变形的承载条件，使注浆后试件能够保持稳定的强度，同时更易于形成能够适应变形的承载结构。(3)注浆过程中围压的大小对试件的径向应变也具有很大的影响，如图7所示。这一点应该说，和对注浆量的影响是息息相关的，由于围压的存在改变了破裂面的开裂度，同时由于岩样的破坏基本上属于张拉破坏，裂隙基本上为横向的贯穿裂隙，从而在宏观上表现出径向直径减小的特点。研究发现，破裂岩体及注浆加固体的力学性能对围压很敏感，特别是在较低围压的范围内，随着围压的增大固