在煤矿、隧道等地下工程建设过程中,松散含水层是产生工程强度破坏或大量突水涌砂的症结所在,注浆技术成为治理突涌水灾害的有效手段。因此,为了保证地下工程的施工安全,对建设生产过程中所遇到的地下水必须加以控制与疏导。本文以安徽朱仙庄煤矿为地质原型,综合运用室内模型试验和理论分析方法,建立了松散含水层注浆模型试验系统,进行砂砾层中劈裂注浆浆液扩散规律研究,分析了地层渗透系数、浆液水灰比以及注浆压力对浆液扩散半径的影响规律,主要工作和获得的成果如下:(1)研究了朱仙庄煤矿注浆区的工程地质和水文地质结构。在详细分析和论述朱仙庄煤矿的工程地质条件及水文地质条件的基础上,分析了突水溃砂灾害的主要水源。由于侏罗系第五含水层(简称“五含”)与新生界松散层第四含水层(简称“四含”)、太原组石灰岩(简称“太灰”)含水层及奥陶系石灰岩(简称“奥灰”)含水层均存在水力联系,不利于疏干,因此,采用注浆帷幕截流方法进行水害治理,把“五含”、“四含”、作为帷幕截流的主要对象。本文结合朱仙庄帷幕截流注浆工程,选取“四含”砂砾层作为研究对象,进行室内注浆模拟试验研究。(2)设计了室内注浆试验模型系统,研究浆液在砂砾层中的扩散规律和影响因素。在对实验室设备进行改造的基础上,采用均匀试验设计方案开展了5组砂砾层中劈裂注浆试验,研究了不同影响因素与浆液扩散半径的关系,并建立了数学公式,分析了各影响因素的主次关系。(3)分析试验结果得到了砂砾层中劈裂注浆的浆液扩散路径和加固模式。根据注浆结石体性状分析浆液扩散形式,其浆液劈裂路径可以划分为四个阶段:(a)劈裂能量积聚;(b)劈裂通道饱和;(c)新劈裂通道形成和(d)外围渗透。试验发现,浆液的扩散模式主要是以劈裂—压密模式为主,该模式对砂砾层加固作用主要体现在三个方面:(1)浆脉骨架作用,(2)渗透充填胶结作用,(3)外围压密固结作用。(4)发现了砂砾层中浆液扩散的优势区域和不均匀性的特点。将注浆过程中的土压、水压变化规律和注浆结石体的扩散性状结合起来进行分析,发现注浆管中上部及优势通道区域为浆液扩散的优势区域,土压力和孔隙水压力在注浆过程中响应明显,劈裂脉的发育方向具有随机性,分布存在空间不均匀性。(5)对注浆结石体的微观分析表明,注浆后土体孔隙度有一定幅度降低,水泥和砂颗粒的之间存在胶结体。采用压汞法和扫描电镜技术对注浆结石体微观孔隙特性进行了研究。得到了结石体试样的累积进汞与压力曲线均呈现出S型变化,中孔和小孔是试样孔体积的主要贡献者,注浆后的土体的孔隙率大幅度减小。水泥和砂颗粒的胶结断面并不是一个单纯的胶结面,而是具有一定厚度的结构体,并且其内部是存在明显的渗透过渡区。