渗透型高聚物在粉土堤防防渗加固中的试验研究

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堤防是我国水利工程中重要的组成部分,其安全运行至关重要。国内部分堤防主要是由粉土构成,粉土的粘聚力小、强度低、水稳性差导致堤防工程容易产生渗透破坏。注浆是目前较为有效的防渗加固方式,然而由于粉质土体孔隙较小,常规的注浆材料对粉质土体难以适用。因此,本文将渗透型高聚物浆液应用于粉土堤防的防渗加固中并展开了系统的研究。首先,通过室内试验研究了试验用粉土的工程特性与渗透型高聚物的黏度变化特性,并为渗透型高聚物浆液在粉土中的可注性评价提供了依据。之后集成了注浆模型试验装置分析了注浆压力、土体孔隙率,含水率对渗透型高聚物浆液在粉土中扩散规律及加固效果的影响,并从微观角度揭示了高聚物对粉质土体的作用机制。最后结合现场试验与FLAC3D数值分析综合评价了渗透型高聚物注浆对粉土堤防的防渗加固效果。本文主要结论如下:(1)渗透型高聚物浆液具有初始黏度低凝结时间可控的特点,根据注浆材料可注性判据,发现该渗透型高聚物浆液在粉土中可注性较好。(2)集成了室内注浆设备,设计了浆液扩散试验,研究了不同影响因素下渗透型高聚物浆液在粉土中的扩散规律,结果发现浆液扩散距离与注浆压力、粉土孔隙率,粉土含水率呈正相关,注浆压力对浆液扩散距离影响程度最大。(3)通过室内试验研究了不同因素对粉质土体防渗加固效果的影响,发现注浆加固体的抗压强度和抗渗性能与注浆压力呈正相关,与粉质土体的含水率及孔隙率呈负相关,粉质土体含水率对浆液加固效果影响程度最大。同时发现渗透型高聚物能将粉土的强度提升几倍,渗透系数提升几个量级,注浆加固后粉土的强度与抗渗性能均能够满足堤防工程标准。通过微观试验揭示了高聚物对粉质土体的作用机制,发现高聚物能有效粘接在粉土颗粒表面并通过填充土体孔隙,降低土体孔隙率,来提高其力学性能和抗渗性能。(4)由FLAC3D数值模拟结果可知,经渗透型高聚物注浆加固后粉质土体的强度增加、抗渗性提高、位移量减小,孔隙水压急剧下降,证明渗透型高聚物在粉土堤防中的防渗加固效果较好。
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