非水反应类高聚物注浆材料对土体作用机理研究

随着高分子材料与岩土工程等学科的交叉融合，高聚物注浆技术已得到迅速发展，但对其注浆机理目前缺乏深入认识。申请者最近的研究表明，非水反应类高聚物注浆材料的自膨胀特性导致其在一般土体中的扩散不符合球形扩散或柱状扩散假定，而以片状扩散为主要特征。本项目以此为基础，深入探讨高聚物注浆材料对土体作用机理。基于高聚物流变动力学原理，分析高聚物注浆材料在土体中的渗透扩散规律。从细观角度研究高聚物对土体的渗透胶结与劈裂挤密效应，建立高聚物注浆材料与土体相互作用细观力学模型。以超薄防渗体高聚物注浆为工程背景，开展高聚物在土体狭窄空腔中的流动填充理论模拟和现场试验研究。本项目旨在揭示非水反应类高聚物注浆材料对土体渗透、挤密及填充机理，为进一步研究高聚物注浆理论奠定基础，对于发展高聚物注浆技术具有指导作用，在病险堤坝防渗加固方面具有广阔的应用前景。

非水反应类高聚物材料已广泛应用于堤防、大坝等水利基础设施防渗加固，但关于其注浆机理仍缺乏深入认识。本项目通过试验、理论分析等手段，系统研究了非水反应高聚物注浆材料对土体的作用机理，取得的研究成果如下：.1、开展了高聚物在粉土和砂土中的自由劈裂和定向劈裂注浆试验，研究了高聚物在两种土体中的劈裂扩散过程，分析了高聚物材料扩散范围随注浆量、土体密度的变化规律。基于断裂力学理论，模拟分析了高聚物浆液对土体自由劈裂和定向劈裂过程，揭示了高聚物膨胀力、土体弹性模量、预设裂隙长度等对劈裂扩散长度和宽度的影响规律。.2、基于粘性流体力学理论，综合运用计算流体动力学方法和移动界面追踪技术，建立了高聚物材料在土体狭窄空腔中的流动填充模型，研发了高聚物提升注浆试验装置，开展了高聚物材料在土体狭窄空腔中注浆模型试验、现场试验和仿真分析，研究了高聚物材料膨胀扩散过程及浆液压力分布特征，揭示了高聚物膨胀率和胶凝时间等因素对浆液扩散行为的影响规律。.3、研究了高聚物与土体间的摩擦强度和粘结性能。研制了高聚物与土体间摩擦强度和粘结性能测试装置，开展了多组土体与高聚物注浆体间摩擦强度试验和正向粘结强度试验，结果表明，高聚物与土体间的摩擦强度和粘结强度随高聚物注浆体密度、土体密度的增大而增大，相同条件下，粘土与高聚物间的摩擦强度要高于粉土与高聚物间的摩擦强度。.4、开展了高聚物注浆材料在砂层、砾石层和砂砾混合料中的扩散特性试验研究。结果显示，高聚物在砂层中以劈裂扩散为主要特征，同时表现出一定的渗透特性；高聚物在砾石中呈明显球形扩散，符合典型的渗透扩散规律；高聚物在砂砾混合料中既有渗透扩散，也有劈裂扩展。所得结果表明高聚物在介质中的扩散行为与介质孔隙大小和颗粒粒径有关，在较大孔隙介质中以渗透扩散为主，在较小粒径介质中以劈裂扩散为主。.通过该项目的实施，揭示了非水反应类高聚物材料对土体渗透、劈裂和填充机理，为进一步研究高聚物注浆理论奠定了基础，对于发展高聚物注浆技术具有指导作用，在病险堤坝防渗加固方面具有广阔的应用前景。