张家奇等：一种新型综合注浆加固试验系统的研制及应用 ·1271· 变形mm 应力MPa 0.14 0431 0.13 0.12 0.1 0.10 -0.08 .06 0.07 85. 0.06 .36 0.05 0.04 88 (a) b 图3结构受力和变形计算.(a)变形大小及方向：(b)应力大小及方向 Fig.3 Calculation of structural force and deformation:(a)value and direction of deformation;(b)value and direction of stress 砂泥物质和多棱角的破碎岩石，如断层角砾、断层泥及 表3断层角砾介质颗粒级配 碎粒砂岩等，如图4所示. Table 3 Grain composition of fault breccia 粒径/mm 质量分数/% 粒径/mm 质量分数/% 断层泥 2.55 74.03 0.160.315 13.18 新层角既 1.25-2.5 69.41 0.08~0.16 9.03 0.63-1.25 54.70 <0.08 1.43 0.315-0.63 33.36 糜棱岩断层角砾 2.2正交试验设计 参照工程实践及前期试验基础[]，试验注浆材料 图4钻孔取芯岩样 选用水泥单液浆和水泥-水玻璃双液浆，水泥为P.O Fig.4 Drill core rock samples 32.5普通硅酸盐水泥；水玻璃采用普通水玻璃溶液， 断层泥是经过粘土矿化作用形成的软弱致密、流 模数3.2，浓度1.17molL-1 塑态泥状介质；而断层角砾是经应力作用形成的松散 注浆材料选择的三个水平为：水泥浆-水玻璃体 破碎多孔介质，由角砾石、碎粒砂岩以及少量泥质土构 积为1：1，水泥浆水灰比为0.8的双液浆，记为浆液 成.显然，由于介质属性不同，浆液在断层泥[]和断 S,水泥浆-水玻璃体积为1：1，水泥浆水灰比为1双 层角砾中的扩散加固机理亦是不同.本文针对断层角 液浆，记为浆液S,和水泥浆水灰比为1的单液浆，记为 砾介质开展了相关的注浆加固室内模拟试验 浆液S.注浆压力选取的三个水平为2.5、2和1.5 2.1试验介质选取 MPa. 本试验利用江西永莲隧道突泥涌出物经烘干、粉 断层角砾介质注浆加固试验为3因素3水平正交 碎而成的重塑土，配合天然河沙和碎石，按照一定级配 试验，不考虑交互作用，选用正交表L9(3),试验因素 关系制成的土石混合体来模拟断层角砾介质.重塑土 水平及安排分别如表4和表5所示 和断层角砾介质的基本性质如表2和3所示 表4正交试验因素水平表 表2重塑土基本性质 Table 4 Experimental parameters and levers for orthogonal test Table 2 Basic properties of remolded clay 水平 介质干密度/(g·cm~3)注浆材料 注浆压力/MPa 最优含水率/最大干密度/ 1.64 2.5 液限/% 塑限/% 塑性指数 % （gcm3) 1.41 S 2.0 28.6 1.72 50.3 26.4 23.9 1.23 1.5 为研究不同密实度断层角砾介质的注浆加固机 理，本试验充填所用的角砾介质干密度P,分别选取致 3试验结果及分析 密型p4-1=1.64gcm3、中密型p4-2=1.41gcm3和 3.1注浆压力和有效应力变化特征 松散型Pa-3=1.23gcm3三个水平. 试验全程采集注浆压力和有效应力变化特征，以张家奇等: 一种新型综合注浆加固试验系统的研制及应用 图 3 结构受力和变形计算 郾 (a) 变形大小及方向; (b) 应力大小及方向 Fig. 3 Calculation of structural force and deformation: (a) value and direction of deformation; (b) value and direction of stress 砂泥物质和多棱角的破碎岩石,如断层角砾、断层泥及 碎粒砂岩等,如图 4 所示. 图 4 钻孔取芯岩样 Fig. 4 Drill core rock samples 断层泥是经过粘土矿化作用形成的软弱致密、流 塑态泥状介质;而断层角砾是经应力作用形成的松散 破碎多孔介质,由角砾石、碎粒砂岩以及少量泥质土构 成. 显然,由于介质属性不同,浆液在断层泥[19] 和断 层角砾中的扩散加固机理亦是不同. 本文针对断层角 砾介质开展了相关的注浆加固室内模拟试验. 2郾 1 试验介质选取 本试验利用江西永莲隧道突泥涌出物经烘干、粉 碎而成的重塑土,配合天然河沙和碎石,按照一定级配 关系制成的土石混合体来模拟断层角砾介质. 重塑土 和断层角砾介质的基本性质如表 2 和 3 所示. 表 2 重塑土基本性质 Table 2 Basic properties of remolded clay 最优含水率/ % 最大干密度/ (g·cm - 3 ) 液限/ % 塑限/ % 塑性指数 28郾 6 1郾 72 50郾 3 26郾 4 23郾 9 为研究不同密实度断层角砾介质的注浆加固机 理,本试验充填所用的角砾介质干密度 籽d分别选取致 密型 籽d - 1 = 1郾 64 g·cm - 3 、中密型 籽d - 2 = 1郾 41 g·cm - 3和 松散型 籽d - 3 = 1郾 23 g·cm - 3三个水平. 表 3 断层角砾介质颗粒级配 Table 3 Grain composition of fault breccia 粒径/ mm 质量分数/ % 粒径/ mm 质量分数/ % 2郾 5 ~ 5 74郾 03 0郾 16 ~ 0郾 315 13郾 18 1郾 25 ~ 2郾 5 69郾 41 0郾 08 ~ 0郾 16 9郾 03 0郾 63 ~ 1郾 25 54郾 70 < 0郾 08 1郾 43 0郾 315 ~ 0郾 63 33郾 36 2郾 2 正交试验设计 参照工程实践及前期试验基础[20] ,试验注浆材料 选用水泥单液浆和水泥鄄鄄水玻璃双液浆,水泥为 P. O. 32郾 5 普通硅酸盐水泥;水玻璃采用普通水玻璃溶液, 模数 3郾 2,浓度 1郾 17 mol·L - 1 . 注浆材料选择的三个水平为:水泥浆鄄鄄 水玻璃体 积为 1 颐 1,水泥浆水灰比为 0郾 8 的双液浆,记为浆液 S1 ,水泥浆鄄鄄水玻璃体积为 1颐 1,水泥浆水灰比为 1 双 液浆,记为浆液 S2和水泥浆水灰比为 1 的单液浆,记为 浆液 S3 . 注浆压力选取的三个水平为 2郾 5、2 和 1郾 5 MPa. 断层角砾介质注浆加固试验为 3 因素 3 水平正交 试验,不考虑交互作用,选用正交表 L9(3 4 ),试验因素 水平及安排分别如表 4 和表 5 所示. 表 4 正交试验因素水平表 Table 4 Experimental parameters and levers for orthogonal test 水平 介质干密度/ (g·cm - 3 ) 注浆材料 注浆压力/ MPa 1 1郾 64 S1 2郾 5 2 1郾 41 S2 2郾 0 3 1郾 23 S3 1郾 5 3 试验结果及分析 3郾 1 注浆压力和有效应力变化特征 试验全程采集注浆压力和有效应力变化特征,以 ·1271·