张家奇等：一种新型综合注浆加固试验系统的研制及应用 ·1275· 注浆加固的主控因素，其次为注浆材料，被注介质条件 影响最小 表6单轴压缩试验结果 Table 6 Uniaxial compression test results 注浆加固前试样 加固前强度， 加固后强度， 平均抗压强度， 强度增长率， 加固体编号 干密度，Pu/(gcm3) 含水率，/% o/MPa a-2/MPa /MPa /% I-1 0.16 1.64 23 0.11 1-2 0.14 0.22 100 I-3 0.36 1-4 0.21 1.41 3 0.07 I-5 0.70 0.34 381 I-6 0.10 1-7 0.25 1.23 23 0.03 I-8 0.35 0.35 1067 1-9 0.45 注：0e-1和σe-2均为三组试件在相同试验条件下的试验结果的平均值；抗压强度增长率，专=（σ。一0-1）/口-1 表7极差分析结果 Table 7 Range analysis results 行号 1i Ⅱ， I/ Ⅱk Ⅲ，/k D 0.66 1.01 1.05 3 0.220 0.337 0.350 0.130 2 0.61 0.80 1.31 3 0.203 0.267 0.437 0.234 1.31 0.92 0.49 0.437 0.307 0.163 0.274 为研究注浆压力、注浆材料及被注介质条件与加 件破坏、应力突降：随后应力均随应变的增大而逐渐减 固体强度特征的定量关系，用不同浆材结石体的7d 小，发生应变软化现象：最终应力减小趋势逐渐平稳， 抗压强度来表征注浆材料因素，经试验测定本试验所 加固体试样表现出良好的塑性特征. 用的水泥-水玻璃双液浆S,、水泥-水玻璃双液浆$，和 3.4注浆加固模式 单液浆S,的浆材结石体强度σ-分别为：12.16.8和 观察各组注浆加固体压缩破坏后呈现的浆脉分布 2.4MPa.采用Minitab16统计软件对角砾介质加固体 特征，将断层角砾注浆加固模式划分为全渗透网络式、 强度σ2和介质干密度P4、浆材结石体强度0。-3、注 微劈裂黏结式和显劈裂骨架式，如图9. 浆压力p的试验结果进行非线性回归拟合，可得其关 (1)全渗透胶结式加固. 系为： 若角砾介质干密度较小、空隙率较大，浆液渗透进 0-2=0.3637p81ma07p4. (1) 入介质内部孔隙，反应固结后通过网络状凝胶体将松 对式(1)进行方差分析，可得相关性系数R2= 散破碎角砾介质胶结成整体.该模式是角砾介质的主 0.866,表示式(1)的拟合效果较好.因此拟合公式 要注浆加固模式. (1)可以作为角砾介质注浆加固体抗压强度增长的经 (2)微劈裂黏结式加固. 验公式.对比式(1)中各项指数系数，发现注浆压力对 若角砾介质干密度较大，空隙率较小，浆液在渗透 加固体强度影响较大，其次分别为浆材结石体强度、介 扩散基础上配合鼓泡压密产生细微劈裂浆脉黏结被注 质密度，与极差分析结果一致 介质，补强松散介质的黏聚力及抗拉、压强度 3.3.2全过程应力-应变曲线 (3)显劈裂骨架式加固. 断层角砾注浆加固体单轴压缩试验全程采集应 当角砾介质经过浆液渗透、微劈裂加固后，介质密 力-应变曲线，数据结果显示各组试验具有相似的变 实度较高，孔隙率较低，浆液主要通过典型的劈裂作用 化规律.限于篇幅，图8仅列出了I-1、I-3、I-7和 加固介质，产生明显、完整的劈裂浆脉，提高了介质密 I-8试样的全程应力-应变曲线. 实度 由图8可知，加固体试样应力-应变曲线呈现弹塑 4结论 性变形特征，为单峰曲线.压缩试验开始后应力随应 变增加迅速增加，上升段曲线平滑无波动，说明浆液渗 (1)集合现有试验装置优势，研制了新型综合注 透充填介质空隙，加固体致密均匀：达到峰值强度时试 浆加固试验系统.该系统尺寸适中、结构合理，在保证张家奇等: 一种新型综合注浆加固试验系统的研制及应用 注浆加固的主控因素,其次为注浆材料,被注介质条件 影响最小. 表 6 单轴压缩试验结果 Table 6 Uniaxial compression test results 注浆加固前试样 干密度,籽d / (g·cm - 3 ) 含水率,w / % 加固前强度, 滓c - 1 / MPa 加固体编号 加固后强度, 滓c - 2 / MPa 平均抗压强度, 滓c / MPa 强度增长率, 孜 / % 1郾 64 23 0郾 11 玉鄄鄄1 0郾 16 玉鄄鄄2 0郾 14 玉鄄鄄3 0郾 36 0郾 22 100 1郾 41 23 0郾 07 玉鄄鄄4 0郾 21 玉鄄鄄5 0郾 70 玉鄄鄄6 0郾 10 0郾 34 381 1郾 23 23 0郾 03 玉鄄鄄7 0郾 25 玉鄄鄄8 0郾 35 玉鄄鄄9 0郾 45 0郾 35 1067 注:滓c - 1和 滓c - 2均为三组试件在相同试验条件下的试验结果的平均值;抗压强度增长率, 孜 = (滓c - 滓c - 1 ) / 滓c - 1 . 表 7 极差分析结果 Table 7 Range analysis results 行号 玉j 域j 芋j kj 玉j / kj 域j / kj 芋j / kj Dj 1 0郾 66 1郾 01 1郾 05 3 0郾 220 0郾 337 0郾 350 0郾 130 2 0郾 61 0郾 80 1郾 31 3 0郾 203 0郾 267 0郾 437 0郾 234 3 1郾 31 0郾 92 0郾 49 3 0郾 437 0郾 307 0郾 163 0郾 274 为研究注浆压力、注浆材料及被注介质条件与加 固体强度特征的定量关系,用不同浆材结石体的 7 d 抗压强度来表征注浆材料因素,经试验测定本试验所 用的水泥鄄鄄水玻璃双液浆 S1 、水泥鄄鄄水玻璃双液浆 S2和 单液浆 S3的浆材结石体强度 滓c - 3分别为:12郾 1、6郾 8 和 2郾 4 MPa. 采用 Minitab 16 统计软件对角砾介质加固体 强度 滓c - 2和介质干密度 籽d 、浆材结石体强度 滓c - 3 、注 浆压力 p 的试验结果进行非线性回归拟合,可得其关 系为: 滓c - 2 = 0郾 3637籽 0郾 1601 d 滓 0郾 6178 c - 3 p 5郾 498 . (1) 对式(1) 进行方差分析,可得相关性系数 R 2 = 0郾 866,表示式(1) 的拟合效果较好. 因此拟合公式 (1)可以作为角砾介质注浆加固体抗压强度增长的经 验公式. 对比式(1)中各项指数系数,发现注浆压力对 加固体强度影响较大,其次分别为浆材结石体强度、介 质密度,与极差分析结果一致. 3郾 3郾 2 全过程应力鄄鄄应变曲线 断层角砾注浆加固体单轴压缩试验全程采集应 力鄄鄄应变曲线,数据结果显示各组试验具有相似的变 化规律. 限于篇幅,图 8 仅列出了玉鄄鄄1、玉鄄鄄3、玉鄄鄄7 和 玉鄄鄄8 试样的全程应力鄄鄄应变曲线. 由图8 可知,加固体试样应力鄄鄄应变曲线呈现弹塑 性变形特征,为单峰曲线. 压缩试验开始后应力随应 变增加迅速增加,上升段曲线平滑无波动,说明浆液渗 透充填介质空隙,加固体致密均匀;达到峰值强度时试 件破坏、应力突降;随后应力均随应变的增大而逐渐减 小,发生应变软化现象;最终应力减小趋势逐渐平稳, 加固体试样表现出良好的塑性特征. 3郾 4 注浆加固模式 观察各组注浆加固体压缩破坏后呈现的浆脉分布 特征,将断层角砾注浆加固模式划分为全渗透网络式、 微劈裂黏结式和显劈裂骨架式,如图 9. (1)全渗透胶结式加固. 若角砾介质干密度较小、空隙率较大,浆液渗透进 入介质内部孔隙,反应固结后通过网络状凝胶体将松 散破碎角砾介质胶结成整体. 该模式是角砾介质的主 要注浆加固模式. (2)微劈裂黏结式加固. 若角砾介质干密度较大,空隙率较小,浆液在渗透 扩散基础上配合鼓泡压密产生细微劈裂浆脉黏结被注 介质,补强松散介质的黏聚力及抗拉、压强度. (3)显劈裂骨架式加固. 当角砾介质经过浆液渗透、微劈裂加固后,介质密 实度较高,孔隙率较低,浆液主要通过典型的劈裂作用 加固介质,产生明显、完整的劈裂浆脉,提高了介质密 实度. 4 结论 (1)集合现有试验装置优势,研制了新型综合注 浆加固试验系统. 该系统尺寸适中、结构合理,在保证 ·1275·