Исследование распространения растворов вокруг одиночных инъекторов при химическом закреплении грунтов. тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, Марголин, В. М.

• Марголин, В. М.
• 1969

Оглавление диссертации Марголин, В. М.

Сз?р.

Введение. .' . X

Глава I. РЕОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ТЕЧЕНИЯ

ВЯЗКИХ И ВЯЗКО-ПЛАСТИЧНЫХ ЖИДКОСТЕЙ В

ПОРИСТОЙ СРЕДЕ.

§ I. Основные параметры пористой среды, необходимые для гидравлических расчетов нагнетания вязких и вязко-пластичных жидкостей и их определения. а) Эффективный диаметр частиц грунта и удельная поверхность. б) Эффективный диаметр пор и гидравлический радиус в) Коэффициент фильтрации и пиезопроводность.

§ 2. Обзор работ по теории инъекции вязких и вязко-пластичных жидкостей а) Одномерная задача б) Плоско-радиальная задача в) Сферическая задача.

§ 3. Инъекция вязких растворов

§ 4-. Инъекция вязкожпластических растворов

Глава П. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАДИУСА РАСТЕКАНИЯ ВЯЗКИХ И ВЯЗКО-ПЛАСТИЧНЫХ РАСТВОРОВ ПРИ ИНЪЕКЦИИ ИХ В СУХИЕ И ВОДОНАСЫЩЕННЫЕ ГРУНТЫ

§ I. Общие сведения и обозначения • .•.•.•

§ 2. Инъекция вязких жидкостей в сухие грунты а) Плоская одномерная задача. б) Пдоско-радиальная задача .5? в) Сферическая задача. табулирование безразмерных функций и исследование полученных зависимостей . .5$

§ 3. Инъекция вязких дадкостей в водонасыщенные грунты а) Одномерная задача • б) Плоско-йрадиальна^адача в) Сферическая задача г) Табулирование и исследование полученных зависимостей

§ Инъекция вязко-пластичных жидкостей в водонасыщенные грунты t а) Одномерная задача вертикальной инъекции снизу вверх с учетом сил тяжести. б) Одномерная задача при горизонтально направленной инъекции в) Исследование полученных уравнений

§ 5. Оферическая задача инъекции

§ 6. Приближенноеорешение задачи сферической инъекции

§7. Сопоставление полученных формул с формулами других авторов • •.••. а) плоско-радиальная задача инъекщш в сухие грунты б) Сферическая задача инъекции в водонасыщенные грунты в) Плоско-радиальная задача инъекции в водонасыщенные грунты

Глава Ш. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ

§ I. Лабораторное оборудование, подготовка и методика проведения опытов • . . 10 4

§ 2. Результаты экспериментальных работ по инъекции вязких растворов и сопоставление их с полученными зависимостями . III

§ 3. Инъекция вязких растворов в водонасыщенные песш 7 при закреплении основания ленинградской филармонии а) Краткое описание участка и характеристика закрепляемых грунтов б) Оборудование и технология производства работ;. . 131 v в) Проведение эксперимента и обработка результатов

§4. Экспериментальные исследования форм закрепленных массивов проведенные другими авторами • . . • . . ♦

§5. Исследования инъекции вязко-пластических жидкостей в водонасыщенные грунты ♦

ГЛАВА IF. ПРИКЛАДНАЯ

§1. Лабораторные исследования инъекции вязких жидкостей 156 а) Определение коэффициента |ильтрации грунта по раствору.

§2. Расчет радиуса растекания,давления,времени инъекции и контура закрепленного массива при инъекции вязких растворов в полевых условиях. а) Определение горизонтального и вертикального радиуса растекания раствора б) Определение горизонтального радиуса растекания в) Определение вертикального радиуса

§3. Определение давления инъекции

§4, Определение продолжительности инъекции,

§5* Переход от лабораторных исследований к полевым.

§6. Нолевой метод определения коэффициента фильтрации в песчаных грунтах.

§7. Лабораторные исследования инъекции вязко-пластичных жидкостей в водонасыщенные грунты

Выводы.

Акт. , #

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование распространения растворов вокруг одиночных инъекторов при химическом закреплении грунтов.»

В последние годы в СССР и за рубежом в практике етрои-4 тельства находит все более широкое применение метод глубинного инъектирования грунтов.

Накопленный опыт и проведенные научно-исследовательские работы советскими и зарубежными специалистами в области инъекции грунтов уже се^чае позволяют решать ряд важнейших проб* лем в фундаментостроении, гидротехническом и дорожном строительстве, горном деле и при нефтедобыче; а именно:

1. строительство граждансшх и промышленных предприятий на просадочных грунтах,

2. усиление фундаментов существующих зданий,

3. создание противофильтрационннх завес в плювиальных грун тах в связи со строительством на них вьсотных земляных и каменно

-4 набросных плотин, проходка горных выработок в сложных гидрогеологических

•Ж условиях, г 5. всщштие насухо котлованов в водонасыщенных грунтах,

6. увеличение несущей способности свай и опор большого диаметра, путем последующего нагнетания ниже их забоя,

7. защита бетонных фундаментов от воздействия на них агрессивных грунтовых и промышленных сточных вод путем создания 4 протисвофильтрационных завес,

8. изоляция нефтеносных пластов при нефтедобыче, от t водоносных горизонтов.

Существует много способов искусственного закрепления грунтов, Четкая и ясная классификация^дана Б.А.Ржаницыным, йи&юно&м ]/ [iS/39] Эта классификация указывает насколько разншоб^азна и сложна рецен тура крепителей. Описание и разбор ее (им посвящен целый ряд работ) могли бы явиться предметом самостоятельного исследования / ,4 18/18, /Jv'iW/.

Поэтому не касаясь химизма,происходящих процессов остановимся лишь на основных физических моментах закрепления грунтов, определяющих способность проникновения раствора в пористые среды. На реологических свойствах закрепляющих растворов, которые для крагкости будем именовать крепителями и фильтрационных.

Область применения тех или иных крепителей достаточно четко определена в классификации Б.А.Ржаницына по величинам коэффициентов фильтрации грунтов. Литература же, освещающая процесе внедрения крепителей в грунт под давлением, до настоящего времени рассредоточена в виде отдельных статей советских и зарубежных исследователей. Рассматривая инфекцию крепителей в пористые среды,диссертант поставил перед собою задачу систематизировать и дать критический анализ существующих формул расчета инъекции в грунты. Получить и усовершенствовать формулы расчета инъекции в зависимости от давления в еухие и водонасыщенные грунты. Дать теорегичес кое обоснование эллипсообразной формы закрепленного массива, образующегося при закачке крепителей в грунт через длинный инъектор.

Вследствие того,что большинство растворов во время закачки сохраняет свойства ньютоновских жидкостей, большая часть работы нисколько посвящена инъекции таких растворов и лишь только^часгных решений дано для растворов, обладающих вязко-пластическими свойствами с момента их приготовления, течение которых следует закону Вйнгама-НГведова.

Диссертация состоит из четырех частей,

В первой - общей части, рассмотрена литераиура, посвященная реологическим свойствам растворов, зависимостям распространения этих растворов при инвенции и характеристики порового пространст ва грунта.

Во второй - теоретической части, рассмотрены три основные задачи инъекции вязких растворов в сухие и водонасыщенные грунты: одномерная, плоско-радиальная и сферическая, на основе w последN

- них двух с достаточной точностью для практических расчетов полуi чена фигура растекания раствора в грунте при инъекции. Для вязкопластических жидкостей приведены решения одномерной и сферической задач. В заключении $той части полученные выражения безразмерных функций табулированы на ЭВМ и представлены в виде таблиц, с помощью которых элементарно определяются радиусы растекания раствора при инъекции и все необходимые для проектирования параметры нагнетания.

В третьей - экспериментальной части, излажены лабораторные щг и полевые опыты, нацеленные на проверку закономерностей,установленных в теоретической части. Здесь наряду с экспериментами,выполненными диссертантом, использованы результаты обмеров закрепленных массивов и наблюдения других исследователей.

В четвертой - прикладной части, приведены примеры практического использования таблиц и закономерностей, полученных в теоре

3 гической части работы, которые должны помочь отдельным лицам и организациям при проведении исследований на участке подлежащих закреплению, а также при составлении проектов закрепления грунтов и контроля проведения работ по закреплению в натуре.

Диссертант проходил аспирантуру в лаборатории закрепления it грунтов под руководством доктора технических наук, старшего научного согрудника.Горбунова Б.П. в период с 1964 г. по 1969 г. С 1966 г. по 1968 г, диссертант находился в командировке на строи тельстве Асуанской плотины. Некоторые материалы, полученные на этом строительстве, вошли в экспериментальную часть работы.

Диссертант выражает большую благодарность всему коллективу лаборатории закрепления грунтов за помощь, оказанную в процессе выполнения диссертации.

Особенно большую благодарность диссертант выражает руководителю лаборатории, доктору технических наук, заслуженному деятелю науки и техники РСФСР профессору Ржаиицыну БД. за те крити ческие замечания, которые высказывались им при рассмотрении отдельных этапов работы в лаборатории. л

I * 5

Заключение диссертации по теме «Другие cпециальности», Марголин, В. М.

выводы

1. Получены единые формулыопределяющие продолжительность инъев ции вязких невесомых крепителей в сухие и вод©насыщенные грунты.

В.зависимости от вида источника дано три решения;

1) одномерное

4 - П 1о П I А)/л , IX us 7 (П.30) " p.-pjt к ~ Kj% + Y(p)J \

2) плоско-радиальное

3) сферическое i-HlLfJLw + Л( (П.Я) Р.-РЛ К Ьс кЛ t с /у>

Первый член формул имеет одинаковое значение и зависит от эффективной пористости,радиуса инъектора и разности давлений в инъен-торе и пласте. Безразмерные функции и ^ для простоты использования их в инженерных расчетах табулированы на ЭВМ и представлены таблицами 2,3.

2. Как частный случай из этих выражений при =с/0 получены формулы инъекции вязких жидкостей в сухие грунты, которые представлены произведением двух функций.размерной и безразмерной -JUUJL Lp

Размерная функция во всех трех случаях одинаковая, безразмерная -различна.

3. На основании плоско-радиальной и сферической задачи инъекции невесомых вязких крепителей в сухие и водонасыщенные грунты получено решение, определяющее фигуру закрепленного массива в виде эллипсоида вращения с горизонтальной полуосью, соответствующей радиусу растекания определяемого плоско-радиальной задачей,и вертикальной, представляющей сумму половины длины перфорированной части инъектора и радиуса, определяемого сферической задачей (таблицы 2,3,4).

4. Наблюдавшееся рядом исследователей путем вскрытия и прямого обмера изменение контура закрепленного массива вокруг одиночного инъектора в зависимости от продолжительности и количества закачиваемого раствора получило шеоретическое освещение, показывающее, что # начале нагнетания закрепленный массив представляет собою эллипсоид вытянутый вдоль оси инъектора, затем рост горизонтальной полуоси опережает рост вертикальной и эллипосид переходит в шар, ^ . (см. рис. №} • • ■

5. Приведена таблица 4, составленная для наиболее распространенных в практике инъекторов радиусом 2 см g перфорированной частьк 80 и 100 см,в которой даны значения горизонтальных и вертикальных полуосей эллипсоида закрепленного массива в зависимости от объема закаченного в грунт раствора. ь. Если инъекция вязкой жидкости производится в пласт, ограниченный сверху и снизу пластами менее проницаемыми, толщина которого равна или меньше перфорированной части инъектора? то следует пользоваться безразмерными функциями плоско-радиальной задачи (таблица № 2). В этом случае закрепляемый массив можно принять за цилиндр*

7. Данными таблиц 2,3,4, а также решением,приведенным в пункте! выводов, можно пользоваться и при анизотропной проницаемости закреш? ляемого грунта, для чего безразмерную функцию сферической задачи, определяющей вертикальную ось,следует умножить на отношение коэффициента фильтрации,определенного в вертикальном направлении,к коэффициенту фильтраций, определенного в горизонтальном направлении.

8. Полученные выражения (П.5),(П.Ю),(ПЛ5),(Н.30),(П.40),(П.52 дают возможность решения практических задач при составлении проекто л закрепления грунтов,как например; а) определение расстояния между инъекторами в зависимости от объема закачиваемого раствора; б) определение глубины заходок при закреплении слоев грунта большой толщины; в) определение рабочего давления и продолжительности закачки в зависимости от свойств грунта и крепителя;

F) вычисление фильтрационных свойств грунта в натуре при пробной закачке раствора или воды при постоянном давлении в инъекторе; д) переход от лабораторных результатов инъекции, полученных в условиях одномерной задачи,к полевым (к пространственной задаче, плоско-радиальной и сферической).

9. Решение одномерной задачи (П.III),(П.120) инъекции вязко-пластичной жидкости с учетом сил тяжести и без учета в водонасыщенные грунты дают возможность на основании лабораторных экспериментов установить изменения происходящие в течении инъекции таких величин, как коэффициент фильтрации нагнетаемого раствора ,начальный градиент напора, динамическо! напряжение сдвига при заданном давлении, т.е. величин, которые определяют предельную глубину проникновения раствора и продолжиаельность инъекции.

10. При инъекции вязко-пластичных жидкостей в водонасыщенные часто грунты через манжетные колонны, наиболее^применяемые в гидротехническом строительстве для создания противофильтрационных завес,дано теоретическое решение в общем виде, т.е. с учетом сил сопротивления нагнетаемой и вытесняемой жидкости,и приближенное для случая,когда вязкость нагнетаемой жидкости в несколько раз превышает вязкость вытесняемой жидкости, которой можно пренебречь^

АКТ г» 5 мая 1*66г» в составе главного сасдааднета Ленинградского ««статута

Лашстрес^зсв? т. Де^б^ана &.Д., гаавпсхс аааенера строительства ИЗ ^евиетростроя т. Шабаьва M.i начальная участка t Ивахвова &>ч&£ваа*а Леаани. адского участка грома ГадроспецстроЙ t« Медведева А.Г» и асв*ианта института оснований г, подзешых сооруаенмй т. <йарголаж состава ^кт ь тем, что на стрег.хсдьстве вестибюля' ста» цл* аетро аевсааЛ ь^освеат ь г, Леякйгрзде впроцессе &^емшя всеча-гыа йодозасшавшвмж грувтов бала проверена раече?ш*с ь условшзх тва# i. Ш» ссво*чаваи даанах; давленая, расхода, н вре ,ееи вагветгняя крава-тел* ыш;*иасы^сййае вссаа ^осчетнк* и*тс« был* определена радикса зав

1*£Овс.рх£ ^эдеог, определенвьл расчетом* велась вутеа обурававзв : ыадт ек&акяв»? с постевевииа удалениеа от центра и взятием ароб aaapeaaeaaofo г;^нта, что отклонения от расчетного /адмуеа Составила в среда* U&U4.C что дает возможность исво^ьзояаийя атёХ:расчстев джо&ределei нал радаусов завревлевая а р&ссто&оваа киъекто^ов* /А'1/ О V* / > /;' V -V-^**//

Водшсм: jjj , Я «Д.

Шшхнов йг.Б0/ . ^ /д^здведев А.К./ ^ / iiapraaea

Список литературы диссертационного исследования Марголин, В. М., 1969 год

1. АБЕАСОВ АЛ., САДЫХОВ Б.О. Решение некоторых задач нестациона* ного движения вязко-пластичных жидкостей. Тр. АзНИИбурйефть, вып.7, 1965.

2. АБДУЛВАГАБОВ А.И* 0 законе движения жидкостей и газов в порис той среде , Изв. ВУЗ "Нефть и газ" № 4 1961.

3. АДАМОВИЧ А.И К вопросу о методе расчета радиуса действия цементации. Гидротехническое строительство № 4-6 , 1944.

4. АДАМОВИЧ А.Н., КОЛТУНОВ Д.В. Цементация оснований гидротехнических сооружений. Госэнергоиздат, 1965.

5. АДАМОВИЧ А.Н. Исследование новых методов создания противо-фильтрационных завес в основаниях гидросооружений1. Изв. ВНЙИГС т. 84, 1967

6. АЙМАТОВ И«Т. Исследование свойств растворов для цементации песчано-гравеиистых и тонко-трещиноватых горных пород. АВт. реферат канд.дисс. М. 1963

7. АЛЕКСЕЕВ В.М. Борьба с фильтрацией воды в грунтах методом кольматации "Зап. Вор онежского с-х. ин-та " 19 58. т. 27

8. АЛЕКСЕЕВ В.М. Исследование эффективной глубины цементации горных пород из забоя и с земной поверхности при проходке вертика. ных стволов шахт. Труды института (НИИ стр. угольных и горнорудных предприятий КузНИИшахтостроя) вып.З, 1965.

9. АЛЕКСЕЕВ В.М. Кольматация суглинистых грунтов и некоторые теоретические основы этого процесса . Труды совещания по теоретическим основам техн. мелиорации грунтов. Из-во МРУ 1961.

10. АРАБАДКЯН И.Р., АДАМОШЧ А.Н. Закрепление песчаных грунтов цементными растворами на вибродомолотых цементах. Известия ВНИИГ т.64, I960.

11. АРАБАДЕЯН И.Р. Закрепление песчаных водонасыщенных грунтов цементными растворами с применением вибродомола и активизации цемента. Тр.совещания по теоретическим основам технической мелиорации грунтов.Из-во МГУ,1961,

12. АРАВИН В.И.,НУМЕРОВ С.Н. Теория движения жидкостей и газрвв недеформируемой пористой среде. Гостехиздат,1953,

13. АРАВИН В.И, Основные напрвления фильтрационных исследованийв СССР в области гидротехники.Изв.ВНМИГ,т.78,1965, tf 14, -ЛСКАЛОНОВ В.В. Силикатизация лессовых грунтов.Машстрокиздат,1949.

14. ACKAJI0H0B В,В, Классификация химических способов закрепления грунтов в основании зданий и сооружений, 0снования,фундаменты и механика грунтов ,£6,1966.

15. БАРЕНБДШ Г.И.,ШЕСТАКОВ В.М. Определение коэффициента фильтрации и активной пористости.по наливу в сухой грунт,"Разработка и охрана недр",$8,1966.

16. БАУШЕВ В.К. Исследование некоторых свойств инъекционных сме -сей на основе фурфурола и бензосульфокислоты. Сб-к докладов по гидротехнике,вып.6,Из-во "Энергия",1965.

17. БЕЗРУК В.М. Теоретические основы укрепления грунтов цементам Автореферат докторской диссертации,МГУ,М,1964 .

18. БЕЗРУК В.М, Методы укрепления грунтов к дорожном строительстве США. 0ргтранстрой,МД961.

19. БЕЗРУК В,М.,МОРОЗОВ С.С.,Р1АНИ1ЩН Б.А. Современное состояниетехнической мелиорации грунтов СССР. Сб-к докладов Межвед.сыпо инж.геологии,М.,МГУ,1968.

20. БЕ1ЕТ0В А.К.,ГОЛОВАНОВ A.M.,ЗЕЛЕНСКИЙ В.Ю.,ПОЛЯКОВ В.Л, Не -которые вопросы силикатизации лессовых грунтов. "Строитель * ство на просадочных грунтах",Ростов ,1967.

21. БЕЛЬЗЕРОВ В.Б.,ЗНАМЕНСКИЙ В.А.,ЛИСТР0В А.Т. О течении вязко пластичной среды в трубах некруглого сечения. ПМТФ,14,1965.25» БОБРОВ Р.И. Инъекционные завесы в скальных породах.ж-л Гидро техническое строительство,<17,1963.

22. БОГОМОЛОВ Г.В, Гидрогеология с основами инженерной геологии. Из-во Высшая школа,1966.4

23. БУЛЫЧЕВ В.Г. Физиш-^механические свойства грунтов и методы их определения. М-Л,1940.

24. ВАЙСФЕЛЬД Г.Б. Увеличение радиуса химического закрепления в мелкозернистых песчаных грунтов."Водоснабжение и сантехника, $9,1937.

25. ВАЙСФЕЛЬД Г.Б, Цементно-глинистые тампонажные растворы.Сб. $17,Искусственное закрепление грунтов,Госстроиздат,М,1952.

26. ВАХРАИЕЕВ И.И. Некоторые вопросы геометрии фильтрации.Изве стия ВУЗ,Г0рный журнал,Ш,I960.

27. Некоторые данные о коэффициенте фильтрации несвязных грунтов. Известия ВУЗ,Г0рный журнал, .16,1961.34. -."-J'^"-"-,"-,-» Геометрические параметры трещинозатости гор*ных пород. Известия ВУЗ,Горный журнал,$9,1961.

28. Функция времени при тампонаже грунтов, йзвеостия ВУЗ,Горный журнал,$10,1962.36. "—"-"-"^''-'U" Новый подход к расчету цементации,глинизациигорных пород .Известия ВУЗ,Горный журнал,14,1960.37