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粘土岩水泥注入分析:钻孔内流失量比注入量更重要

时间:2023-06-26 理论教育 版权反馈
【摘要】:从每个钻孔内注入到粘土岩或通过粘土岩劈裂流失的数量来分析,注入水泥量最大的是先导孔和灌浆段两边的边孔;其次是1序孔;最少的是2序孔。实际上,并不是这样,仍应属于粘土岩劈裂形成的虚假现象。在粘土岩内发育有微层理、缓倾角暗节理、层面、层间错动面和泥化夹层等,他们的抗劈裂强度依次降低。

粘土岩水泥注入分析:钻孔内流失量比注入量更重要

(一)注入到粘土岩和通过粘土岩劈裂流失的水泥总量分析

对61个灌浆孔的灌浆资料及其与被灌岩体岩性之间的关系进行了全面分析后发现:发生多次严重劈裂的有108段;严重劈裂的有86 段;一般劈裂的有128 段。发生不同程度劈裂的总共有322段,注入总水泥量为1840757.03kg。

从每个钻孔内注入到粘土岩或通过粘土岩劈裂流失的数量来分析,注入水泥量最大的是先导孔和灌浆段两边的边孔;其次是1序孔;最少的是2序孔。一般来说,先导孔吸浆量较大,这是一般规律,但两个边孔的注入量也较大就难以令人相信了。如果这是正确的,那么灌浆段两边仍应继续灌浆。实际上,并不是这样,仍应属于粘土岩劈裂形成的虚假现象。从注入到砂岩透浆构造裂隙内的水泥总量分析在灌浆区内,总共灌了946段,其中灌到与粘土岩劈裂有关的段次有322段,占灌浆总段数的34.04%;灌入到砂岩透浆构造裂隙内的段次有624段,占灌浆总段数的65.96%。

图13-10 灌浆效果较差段的地质原因分析(CH-01,CH-02)

E— 先导孔;P—1 序灌浆孔;CH— 检查孔;□— 灌浆段;
A—超压段;B—压力不足段;618.18L—单位水泥注入量(kg/m)

(二)粘土岩劈裂浆液最大运移距离的分析

通过61个灌浆钻孔注入到岩体内的总水泥量为2156975kg。通过粘土岩劈裂流失走的水泥量有1869019kg,占灌入水泥总量的86.65%;注入到砂岩中的(包括封孔和孔外消耗等)充其最大量有287776kg,占灌入水泥总量的13.35%。后者的岩体内发育有较宽的裂隙,应灌入较多的水泥,但只填入了几十吨水泥,这是不合一般情理的。

在粘土岩内发育有微层理、缓倾角暗节理、层面、层间错动面和泥化夹层等(它们被统称为地质缺陷面),他们的抗劈裂强度依次降低。在灌浆压力超过地质缺陷面的临界抗劈裂压力时,首先在低强度面内发生劈裂,这时在灌浆段内的压力急剧下降。随着外部灌浆压力继续提高,劈裂也继续向远方扩展。当劈裂阻力与外部压力达到平衡时,劈裂才停止扩展。这时的灌浆压力远没有达到规定的压力,仍需要提高灌浆压力,当达到较大压力时,既可以在已发生劈裂的地方扩展,又可以在劈裂强度比上一次劈裂的劈裂面强度稍高一些的劈裂面内发生新的劈裂,直至劈裂阻力与外部灌浆压力达到新的平衡状态时为止。浆力劈裂是随着灌浆压力的变化而变化,或扩展,或停止。

浆液劈裂距离也可称为浆液扩散半径,它的远近,与灌浆压力大小、裂隙宽度成正比;与浆液的凝聚力成反比。

在试验的基础上,著者推导出如下计算浆液扩散半径公式:

式中 R ——浆液扩散半径,m;

p——灌浆压力,MPa;

T ——1/2 裂隙宽度,mm;(www.xing528.com)

C——凝聚力,N/m2

10——单位换算系数。

该区常见的劈裂结石厚度为10mm。浆液的凝聚力,稳定浆液为1~2N/m2,多水灰比浆液,缺少试验资料,其C 值不会小于2~5N/m2

当p=2MPa,C=2N/m2 时,R=50m;

当p=2MPa,C=5N/m2 时,R=20m;

当p=3MPa,C=2N/m2 时,R=75m;

当p=3MPa,C=5N/m2 时,R=30m;

当p=4MPa,C=2N/m2 时,R=100m;

当p=4MPa,C=5N/m2 时,R=40m。

从上述初步计算成果可以看出,从1号灌浆孔向北100m,从61 号灌浆孔向南100m,向上下游各增加100m,都可能是浆液的劈裂范围,也就是说,在南北320m 长,东西200m宽的范围,都可能是粘土岩的劈裂范围。无为的用1869.019t 水泥来充填本来就不透水的粘土岩是毫无意义的。

(三)粘土岩的裂隙宽度与注浆量之间的关系分析

大量裂隙宽度测量资料表明,粘土岩中的裂隙宽度,大都在0.03mm左右,即便在风化卸荷的情况下,最宽也超不过0.3mm。如果说注入的浆液都充填到要求的幕体厚度之内,那么多宽的裂隙才能充填这么多水泥呢?我们作了如下计算分析。

当浆液扩散直径为3m(实际上只有几十厘米),每米有1 条裂隙时,从图13-11上可以看出,如果注入量为2000kg/m,其裂隙宽度为130mm;如果注入量为11500kg/m,其裂隙宽度要达到不可思议的739mm 之大。除非发育在石灰岩中的溶洞才有这么大的规模,而粘土岩中无论如何也不会形成如此大的天然空洞。

根据这里20条勘探平硐内裂隙宽度统计资料计算,每米平均有2.77条裂隙。如果注入量为2000kg/m,其裂隙宽度为46mm;如果注入量为11500kg/m,其裂隙宽度为667mm。这要比处于风化卸荷带最宽裂隙0.3mm大2223 倍,这是一个不可思议的数字。

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