模袋注浆技术中模袋材料力学性能研究

模袋注浆技术因施工简便、处理范围可控、节省材料等优势已广泛应用于多种软土地基处治加固工程中。在该技术中，模袋材料抗拉性能直接决定了帷幕墙的防渗效果。为研究常用模袋材料的抗拉性能，本文选择了三种不同模袋材料开展了拉伸强度试验，得到了不同材料的破坏模式、抗拉强度和伸长率。提出了圆柱形和球形模袋简化力学模型，并据此分别建立了模袋拉伸强度与内部注浆压力之间的数学关系。研究结果可为相关工程中模袋材料选择和设计计算提供参考。

我国矿产资源分布广泛且储量丰富，近年来随着经济的不断发展，各种矿产资源的需求量也在不断攀升。矿产资源持续大量开采的同时，也在地下遗留了大量的采空区。由采空区引起的地表塌陷、坑洞等灾害对交通、水利、建筑等基础设施建设和安全运营带来严重安全隐患[1] [2] [3] [4]。目前，工程上常采用压力注浆技术填充采空区空洞，起到充填裂缝作用和支撑作用，以达到减小地表沉降目的。目前常用的注浆技术包括模袋注浆和袖阀管注浆等[5] [6] [7] [8]，与其他技术相比，模袋注浆技术通过导管向模袋内注入浆液并使浆液在模袋内凝固形成结石体，内部含结石体的模袋便可起到帷幕墙或围堰的作用， 实现注浆可控的目的。该技术可以缩短充填料凝结时间，有效提高工程的加固处治效果，节省注浆材料， 被广泛应用于水利、岩土、矿山等众多工程领域[6] [9] [10] [11]。

模袋注浆技术中土工模袋一般由高分子聚合物纤维编织而成， 具有透水不透浆的特点[12]， 相较于传统的围堰模袋，模袋注浆技术对模袋的性能有更高的要求：1) 帷幕注浆技术中模袋旋转折叠后随钻机下放至钻孔一定深度，为保证模袋的准确定位，对成孔尺寸和质量具有较高要求。一般来说，孔径越大越利于模袋放入，但也容易出现塌孔，成孔质量难以控制。因此，在保证强度和抗渗性能满足要求的前提下模袋厚度不应过大；2) 模袋下放定位后要进行高压注浆充填，随着模袋内注浆量的增加，模袋内部压力也会逐渐增大，因此模袋抗拉强度应大于注浆压力；3) 模袋有着较好的抗拉性能和延展性能，以保证注浆过程中模袋不会脆性开裂。目前学者对于模袋材料的研究主要集中于内部注浆材料配比对整体性质的影响[13] [14] [15]， 针对不同模袋材料的抗拉性能与延展性能研究较少，且缺少不同模袋材料用于模袋注浆技术中可行性的相关研究。

为研究不同模袋材料的力学性能和延展性，本文选用三种不同材料模袋开展抗拉强度试验，基于力学平衡关系建立圆柱形和球形注浆模袋简化力学模型，推导得出注浆压力与模袋抗拉强度之间的函数关系，用于指导类似工程设计。

2. 模袋抗拉强度试验 2.1. 模袋材料 根据调研， 目前常用的模袋材料主要包括压烫土工布、细纺麻布和帆布， 各材料参数汇总至下表1 中。