【摘 要】
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我国滨海岩溶主要分布在辽东半岛、山东和西南沿海地区,区域地层破碎、致灾性强,导致岩溶涌水、海水入侵等地质灾害频发,常采用帷幕截流法封堵过水通道保障生产建设安全。区域内注浆止水帷幕滨海一侧沿深度方向所受水压不同导致离子扩散速率不尽相同,海水长期溶蚀下表面粗糙的岩体对帷幕耐久性也具有较大影响。因此,开展不同水压和岩体粗糙程度对止水帷幕稳定性研究,揭示滨海岩溶环境下帷幕体劣化机理,提出止水帷幕耐久性预测
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我国滨海岩溶主要分布在辽东半岛、山东和西南沿海地区,区域地层破碎、致灾性强,导致岩溶涌水、海水入侵等地质灾害频发,常采用帷幕截流法封堵过水通道保障生产建设安全。区域内注浆止水帷幕滨海一侧沿深度方向所受水压不同导致离子扩散速率不尽相同,海水长期溶蚀下表面粗糙的岩体对帷幕耐久性也具有较大影响。因此,开展不同水压和岩体粗糙程度对止水帷幕稳定性研究,揭示滨海岩溶环境下帷幕体劣化机理,提出止水帷幕耐久性预测方法,对于保障帷幕体服役安全具有重大理论和实践价值。本文从滨海岩溶区注浆加固体稳定性影响因素——岩体和注浆材料展开研究,研究了岩体粗糙程度,分析了不同岩体粗糙程度对加固体力学性能的影响规律;开展了 CIS注浆材料抗蚀性能时效性变化研究,获取了 CIS注浆材料抗蚀特性演化规律;研发了止水帷幕加速侵蚀试验系统,建立了滨海岩溶区止水帷幕加速侵蚀实验方法;开展了考虑侵蚀龄期、不同水压和岩体粗糙程度的帷幕稳定性加速侵蚀试验研究;最终建立了考虑水压和岩体粗糙程度的止水帷幕耐久性预测模型,实现了滨海岩溶区注浆止水帷幕长效稳定性分析。主要研究内容和结果如下:（1）基于华润水泥合浦石灰石矿山导水构造,采用岩体完整性指标RQD定性分析了滨海岩溶断层区域岩体受海水溶蚀程度,结果表明区域内岩体受海水溶蚀效应较强;推导了三维形态因子SF计算方法,滨海岩溶断层区域SF呈双峰分布,SF平均=2.24,并引入JRC量化算法验证了 SF分布规律的准确性。最终以SF为指标,将滨海岩溶区岩体定量划分为高粗糙、中粗糙、低粗糙和微粗糙,研究了不同粗糙程度岩体对加固体性能的影响,结果表明高粗糙岩体中加固体具有更高的力学强度和更好的塑性变形能力。（2）开展了 CIS注浆材料抗海水侵蚀性研究。结果表明随龄期上升,CIS注浆材料抗蚀能力先增大后减小,侵蚀前期由于侵蚀产物“填充效应”和侵蚀离子的“盐激发”效应优化了结石体孔径分布,7 d时抗蚀系数K最大,0.7、1.0和1.5水灰比对应抗蚀系数分别为1.26、1.23和1.18,后逐渐下降;60 d后AFt和Friedel盐等侵蚀产物破坏了硬化浆体结构,小孔转变为大孔,导致抗蚀系数K小于1.0,水灰比1.5时,180 d对应K值仅为0.45。（3）通过提升离子浓度与侵蚀温度,提出了滨海岩溶区止水帷幕加速侵蚀实验方法;研发了考虑滨海区域水压变化的滨海岩溶区注浆止水帷幕长期稳定性试验系统,为滨海岩溶区注浆止水帷幕长期稳定性分析提供了良好实验平台;开展了加速侵蚀倍率验证实验,0 mm和10 mm处加速侵蚀组离子浓度为分别对照组的12.07倍和12.78倍,验证了理论加速倍率的科学准确性。（4）基于自主研发的加速侵蚀试验系统,开展了注浆止水帷幕耐久性时效性研究,结果表明随侵蚀龄期上升,帷幕体力学强度先增大后减小,375 d时强度最高,后逐渐下降,500 d时力学强度下降约6%～7%,滨海岩溶区注浆止水帷幕劣化效应显现时间为1～1.5年。微观分析表明离子对帷幕中硬化浆体侵蚀表现为由外至内的过程:沿渗透方向硬化浆体无害孔比例上升、有害孔比例下降,侵蚀产物含量逐渐减少;另一方面,侵蚀性离子会与界面处Ca（OH）2和C-S-H发生反应,破坏过渡区胶结结构,形成渗透裂隙。（5）开展了考虑不同水压和岩体粗糙程度的止水帷幕加速侵蚀实验,结果表明,水压增大对离子扩散具有显著加速效果,0.6 MPa下帷幕离子扩散深度是0 MPa水压的3.5倍,0.6 MPa下帷幕体力学强度相比0 MPa下降了 35.61%;高粗糙岩体中帷幕具有更好的抗蚀能力,力学强度为6.3 MPa,相比于微粗糙岩体中帷幕体提升了 36.36%,离子扩散深度减少了 60.6%;微观分析表明高水压有利于浆体中渗透裂隙形成,加速离子扩散,导致帷幕体力学强度快速下降,而高粗糙岩体曲折的表面提供了更复杂的渗透路径,阻碍了离子沿界面过渡区快速扩散,提升了帷幕体抗蚀能力。（6）以帷幕体力学强度和离子扩散深度为评价指标,基于人工神经网络法建立了帷幕体耐久性预测模型,采用梯度下降法计算了离子击穿帷幕时间,结果表明滨海岩溶区注浆止水帷幕击穿时间最短约为29年,考虑到实际工程的复杂性,研究成果为止水帷幕稳定性分析提供了一定参考。
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