岩盤および地盤へのグラウト注入による浸透挙動および力学的改良効果に関する研究

岩土注浆渗流行为及力学改善效果研究

• 批准号: 01J09974
• 负责人: 笹岡 孝司
• 金额: $ 1.28万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-01J09974/
• 关键词: 水ガラス系溶液型グラウト; 粘性の経時変化; 固結体の力学的特性; 浸透・固化挙動; 力学的改良効果; フライアッシュの有効利用

まず、グラウト材として水ガラス系溶液型グラウト材に着目し、グラウト材の時間経過に伴う粘性変化ならびに固結砂の力学的特性を把握するため、定水位透過試験および一軸圧縮試験を行った。次に、地山中に注入された水ガラス系溶液型グラウト材の浸透および固化過程を解明するために、多孔質媒体を通る時間依存性非ニュートン流体の挙動を表す流れ方程式と、浸透過程におけるグラウト材の移流および機械的分散・分子拡散さらに土中粒子への吸着効果を表すパラメータである遅延係数を導入した質量輸送方程式からなるモデルを用いて有限要素解析を行った。その結果、グラウト材注入開始からの経過時間がグラウト材のゲル化時間に近づくにつれ、グラウト材の浸透フロントから粘性係数および流体圧とも漸次増大し固結に至るグラウト材の浸透挙動のメカニズムが明らかになった。さらに、グラウト材の浸透・固化挙動に及ぼす地山特性、地下水流およびゲル化時間等の各種諸条件の影響についても明らかにした。次に、効果的で経済的なグラウト材の注入範囲を決定する際の指針を得るため、非線形有限要素解析コードを用いてグラウト材の注入範囲による周辺地山の力学的改良効果について検討した。なお、本解析では掘削に伴う応力解放に基づく地山応力の変化で生じる地山の弾性または塑性的な変位も考慮するため、砂および固結砂の拘束圧とヤング率の関係を導入した。その結果、掘削空洞周辺へグラウト材を注入することにより、空洞断面収縮および地表面沈下に対し大きな抑制効果が得られることを示した。一方で、掘削により応力が解放され拘束圧が小さくなっている領域では、グラウト材で固結させることにより地山のヤング率が増大し変形抑制効果が得られるものの、さらに空洞から離れた拘束圧の大きい領域まで注入・固結すると変形抑制効果がそれ以上得られないかむしろ逆に低下することが明らかになった。さらに、近年安価および資源の有効利用という観点からフライアッシュの有効利用が試みられていることから、フライアッシュセメントの注入材としての適用可否について、室内試験(基礎物性試験・模型実験)および数値解析により種々検討し、その有用性を示した。

首先，我们关注水玻璃基溶液型灌浆，并进行恒水位渗透试验和单轴压缩试验，以了解灌浆随时间的粘度变化和固结砂的力学性能。接下来，为了阐明注入地面的水玻璃基溶液灌浆材料的渗透和固化过程，我们开发了一个流动方程，该方程描述了时间依赖性非牛顿流体通过多孔介质的行为，并且使用由引入延迟系数的质量传递方程组成的模型进行有限元分析，延迟系数是代表材料平流、机械分散、分子扩散和对土壤颗粒的吸附效应的参数。结果，随着从灌浆开始经过的时间接近灌浆的凝胶时间，粘度系数和流体压力从灌浆渗透前沿逐渐增加，并且揭示了灌浆渗透行为导致凝固的机制。成为。此外，还阐明了各种条件（例如地面特性、地下水流和胶凝时间）对灌浆渗透和凝固行为的影响。接下来，为了获得确定有效且经济的注浆范围的指南，我们使用非线性有限元分析代码来检查注浆范围对周围地面的力学改善效果。此外，在本次分析中，我们引入了砂和压实砂的围压与杨氏模量之间的关系，以考虑开挖过程中因应力释放而引起的岩石应力变化而引起的岩石弹性或塑性位移。结果表明，在开挖空腔周围注浆对于抑制空腔断面收缩和地表沉降具有显着效果。另一方面，在因开挖而释放应力且围压较小的区域，通过灌浆固结可提高地基的杨氏模量并抑制变形，但随着远离空腔，围压会增加。如果将材料注入并固化到大的区域中，则不能进一步获得变形抑制效果，或者相反，变形抑制效果降低。此外，近年来，从低成本和有效利用资源的角度出发，尝试对粉煤灰进行有效利用，因此我们进行了实验室测试（基本物理性能测试和模型实验）和数值分析，以确定粉煤灰是否我们进行了各种研究并证明了水泥可以用作注射材料。

项目成果

Hideki SHIMADA: "Seepage and Reinforcement Behavior of Grouting into Slaking-Prone Mine Tunnel Floor"Proc. of 21^ International Conference on Ground Control in Mining. 251-256 (2002)

Hideki SHIMADA：“易崩解矿井隧道底板灌浆的渗流和加固行为”Proc。

Takashi SASAOKA: "Study on Seepage/Dispersion Behavior and Effect of Reinforcement When Grouting Material Infection into Slaking-prone Mine Tunnel Floor"Proc. of Special Workshop on Earth Science and Technology. 83-94 (2002)

Takashi SASAOKA：“向易熟化矿井隧道底板灌浆材料侵染时渗流/分散行为及加固效果的研究”Proc。

Hideki SHIMADA: "Effect of the Chemical Grout Injection on the Surrounding Soil in the Construction of Underground Pipelines Using Slurry Pipe-jacking"Proc. of 20^ International NO-DIG Conference. (CD-ROM). (2002)

Hideki Shimada：“使用泥浆顶管施工地下管道时化学灌浆注入对周围土壤的影响”Proc。

島田 英樹: "フライアッシュセメントの高度利用について"資源・素材関係学協会合同秋季大会,企画発表・一般発表(A)(B)資料. 233-236 (2002)

岛田秀树：“粉煤灰水泥的先进利用”资源与材料协会秋季联合会议，规划演示/一般演示（A）（B）233-236（2002）。

Takashi SASAOKA: "Study on Stability of Soil around Micro-tunnel Construction Using Slurry Pipe-jacking when Flyash Mortal Injection into Over-cutting Area"Proc. of 2002 ISRM Regional Symposium (3^ Korea-Japan Joint Symposium) on Rock Engineering Prob

Takashi SASAOKA：“超挖区粉煤灰注入时泥浆顶管微型隧道施工周围土壤稳定性研究”