基于小孔扩张弹塑性理论的注浆起始劈裂压力研究

来源：中国血液净化杂志2020年第12期北京时间：

作者：付艳斌, 陈湘生, 吕桂阳, 李云鹏

单位：1. 深圳大学 土木与交通工程学院, 广东 深圳 518060;2. 深圳大学 滨海城市韧性基础设施教育部重点实验室, 广东 深圳 518060;3. 中建八局第二建设有限公司设计研究院, 山东 济南 250000"],"fundList_en":["National Natural Science Foundation of China (52078304, 51678363, 51938008300); R & D Projects in Key Areas of Guangdong Province (2019B111108001); Open Fund Project of Key Laboratory of Geotechnical and Underground Engineering of Ministry of Education, Tongji University (KLE-TJGE-B0905)

摘要：劈裂注浆技术已在众多岩土工程中成功应用,但劈裂注浆机理不明,起始劈裂注浆压力计算理论远远落后于工程实践的发展。为了揭示黏土注浆过程中起始劈裂注浆的力学机理,假定土体服从各向同性不排水条件,基于球形和柱形扩张弹塑性理论,采用应力转换方法,结合偏微分方程组的定解条件,得到2种小孔扩张问题的数值解,通过简化分析小孔扩张孔壁处土体单元的应力变化规律,建立了球形与柱形扩张弹塑性方程,并结合受拉破坏、剪切破坏以及临界状态极限破坏模型,提出黏土注浆3种起始劈裂压力解析解。解析解与数值解对比结果表明:当土体的超固结比(OCR)为2时,数值解与解析解计算扩孔压力一致,当OCR小于2(或大于2)时解析解计算扩孔压力略高于(或略低于)数值解,验证了不同超固结比下弹塑性解析解的合理性以及实用性。黏土劈裂注浆模型试验与参数分析表明:在黏土劈裂注浆过程中,先后经历土体压密、沿垂直小主应力方向产生起始劈裂以及裂缝扩展3个阶段;随着注浆压力的增大,注浆体周围土体先发生剪切破坏,随后浆液会填充剪切破坏面,再发生拉伸破坏;对比由剪切破坏、拉伸破坏以及临界状态极限破坏控制的球形和柱形扩张起始劈裂压力理论值与模型试验结果,柱形小孔扩张拉伸破坏理论方法和模型试验结果更吻合。

关键词：隧道工程,起始劈裂压力,理论推导,黏土,小孔扩张,弹塑性,模型试验

基金资助：国家自然科学基金项目(52078304，51678363,51938008300)；广东省重点领域研发计划项目(2019B111108001)；岩土及地下工程教育部重点实验室开放基金项目(KLE-TJGE-B0905)