岩体裂隙产状对速凝类浆液扩散规律影响研究

通过选取地下工程灾害处理中常用的水泥－水玻璃双液浆（Ｃ－Ｓ浆液）为速凝浆液注浆材料,将其当作一种具有黏度时变性的宾汉流体。基于流体力学理论,建立了综合考虑浆液自重及其黏度时空变化的倾斜裂隙注浆扩散模型,继而推导了注浆扩散过程中浆液黏度和压力时空分布方程。在此基础上,借助室内试验和三维有限元程序,对理论模型的有效性和合理性进行验证。最后,基于构建的注浆扩散模型,系统分析了岩体裂隙产状对浆液扩散规律的影响。研究表明,岩体裂隙倾角和浆液扩散方位角均会对浆液扩散特征产生显著影响,在实际注浆过程中应给予足够重视。     

速凝浆液岩体倾斜裂隙注浆扩散模型研究

针对以往渗透注浆扩散模型常以水平平板裂隙面为前提,未考虑岩体裂隙面产状对注浆扩散机制的影响问题,选取工程地质灾害处理中常用的水泥-水玻璃双浆液(C-S浆液)为速凝类注浆材料,将C-S浆液流型看成是具有黏度时变性的宾汉流体进行分析。基于流体力学理论及粗糙裂隙等效水力开度的确定方法,同时考虑了浆液自重作用的影响,建立了恒速率注浆条件下反映浆液黏度时空变化的倾斜裂隙注浆扩散模型。在此基础上,推导了浆液扩散区内的黏度及压力时空分布方程,定量确定了注浆压力与注浆时间及浆液扩散距离的关系。最后,借助于室内试验和有限元分析程序,研究了恒速率注浆时不同裂隙面产状下的浆液扩散规律,并将数值模拟结果与理论计算值进行对比,进一步验证了所建立的注浆扩散模型的有效性和合理性。研究成果可为注浆工程速凝类浆液注浆参数的确定提供借鉴。     

坝基裂隙岩体三维灌浆数值模拟

坝基灌浆工程地质条件复杂且具有隐蔽性,如何建立能准确反映岩体内裂隙分布情况的三维随机裂隙网络模型,并进行浆液扩散特征的研究是灌浆数值模拟的关键和难点。现有研究大多通过岩体揭露面统计资料估计裂隙的几何参数,无法有效反映复杂裂隙真实特征,且灌浆模拟研究中多将裂隙简化为单一裂隙或规则裂隙网络。本文采用Monte Carlo法建立三维随机裂隙网络模型;提出三维裂隙宾汉姆流体灌浆数学模型,实现对随机裂隙内宾汉姆浆液扩散特征的研究;运用该模型对某水电站坝基裂隙岩体灌浆过程进行模拟,结果表明：浆液主要在与灌浆孔相交的裂隙内流动,灌浆压力在灌浆孔附近衰减速率最快且对浆液扩散的影响较为显著。同传统裂隙灌浆模拟相比,该方法能有效反映复杂裂隙的真实特征,获取更贴近实际工程的灌浆结果,为保障灌浆工程的安全建设和经济合理性提供了理论依据。     

三维正交裂隙网络动水注浆耦合 试验研究

注浆加固止水技术是水利工程中地下洞室建设的常用技术,其工程设计研究对提高堵水效果具有重要意义。文章在考虑温度场和应力场的条件下,进行三维裂隙网络的动水注浆耦合试验,并得出了封堵效果、浆液扩散过程以及动水流量方面的变化规律。     

裂隙岩体网络注浆渗流规律

本文在裂隙结构模拟的基础上，建立了裂隙网络非牛顿流体的渗流模型，并应用所建立的分析模型进行注浆渗透过程模拟，建立了确定注浆参数的一般方法。在此基础上，本文还讨论了裂隙岩体注浆过程中的渗流和应力耦合问题，分析了应力和渗流耦合对注浆过程的影响。     

水库坝基裂隙岩体注浆加固机理及其应用研究

由于在水库坝基裂隙岩体处治施工过程中缺乏对裂隙注浆加固机理的深入研究,亟须解决裂隙岩体注浆压力缺少定量分析而选取盲目的问题。需要确立扩散半径和注浆压力的关系式,为裂隙注浆加固工程设计、施工提供理论基础和技术措施。本文通过对水库坝基中裂隙岩体注浆加固机理、模型试验以及工程实践进行研究分析,揭示了裂隙带和注浆孔存在相交与不相交两种位置关系,并得出了注浆时裂隙发生劈裂的过程。通过建立物理模型、分析数据,建立了不同水灰比条件下注浆压力与扩散半径的关系,分析了裂隙岩体注浆施工中合理的注浆压力区间。根据工程中水库坝基基岩物理量参数,计算出了扩散半径,以指导注浆加固工程施工。     

千米立井动水注浆特性研究

壁后注浆是治理煤矿立井突水最行之有效的手段,而注浆的最主要对象就是壁后岩层中的裂隙,为研究岩层裂隙中浆液的扩散规律,根据牛顿摩擦阻力定律及力的平衡定律推导出裂隙动水注浆模型。分析研究了水流对浆液扩散的影响,分别得出了顺水流方向与逆水方向浆液的扩散模型,通过模型得知顺水水流有利于提高注浆效果,逆水水流对浆液扩散半径的影响程度比顺水水流大,得出不同水流方向条件下浆液的扩散半径与注浆压力之间的关系及扩散半径与注浆时间的关系。     

岩体裂隙内稳定水泥浆液扩散范围的理论分析

根据粗糙裂隙的等效水力开度与力学开度的关系,导出了计算粗糙裂隙内流体扩散范围的修正系数;然后建立了宾汉浆体在光滑裂隙内的辐射流运动方程,求解得到预测稳定水泥浆液最大扩散距离的解析公式;该公式经给定的修正系数修正后可应用于粗糙岩体裂隙。研究结果表明,现有求解岩体裂隙内浆液扩散半径的理论公式中,裂隙的开度值应取粗糙裂隙的等效水力开度,且预测公式应该用一个小于1的系数修正。     

单裂隙水流作用下岩体稳定温度场理论模型与有限元数值模拟

建立了单裂隙岩体的几何模型,在不考虑热对流、热辐射的前提下用岩体导热微分方程描述了裂隙岩体稳定温度场分布及定解条件,并进行了理论方面的分析;给出了岩体导热偏微分方程的有限元描述,应用FEPG软件对裂隙岩体二维稳定温度场分布进行了数值模拟。模拟结果表明:由于和裂隙水流发生了热量交换作用,裂隙岩体温度场也随之发生变化;裂隙岩体和裂隙水流温度相差越大,温度等值线越密集,岩体温度场变化越大,热量传递越快。     

基于ＢｌｏｃｋＤｙｎａ的裂隙岩体压水灌浆规律数值模拟研究

采用块体动力学分析系统（ＢｌｏｃｋＤｙｎａ）中的渗流模块,对裂隙岩体中的压水灌浆规律进行了数值模拟。采用达西渗流模型描述压水过程,采用宾汉渗流模型描述灌浆过程,分别探讨了裂隙数量、裂隙开度对压水吕荣值及灌浆注入量的影响规律。计算结果表明,随着裂隙数量、裂隙开度的增大,吕荣值及浆液注入量均呈现逐渐增大的趋势。裂隙开度对压水吕荣值的影响是二次方关系,裂隙条数是一次方关系,裂隙开度对压水吕荣值的改变更为敏感。由于裂隙随机性及浆液进入截止开度等因素的影响,使得浆液最终注入量会出现局部反常现象。     

水泥灌浆浆液运动及压力技术分析

水泥灌浆是裂隙性岩体防渗与加固工程的主要手段之一,特别是在水利水电工程地基处理中被广泛采用。灌浆过程的控制多体现在灌浆压力与流量的关系上。本文围绕水泥灌浆工程中水泥浆液在岩体裂隙中的运动方式,探讨了水泥浆液的运动规律及灌浆机理,分析了灌浆对地表抬动的作用及影响灌浆压力使用的控制因素,提出了水泥灌浆的双限控制压力技术,可供水泥灌浆设计和施工参考。     

坝基岩体裂隙渗流效应数值模拟方法

为获取工程尺度的裂隙岩体三维渗流效应,在裂隙岩体基质岩块和裂隙水力传导特性研究基础上,推导了含裂隙单元渗透系数表达式。基于嵌入裂隙单元（EFE）模型,使用离散裂隙网络（DFNs）技术与连续介质渗流分析方法,提出了利用连续介质渗流分析方法模拟非连续介质渗流效应的数值模拟技术,通过算例对该方法的有效性进行了验证,分析了单元尺度大小对该方法计算准确性的影响,并提出了提高计算精度的措施。工程实例研究表明裂隙岩体渗流分析的EFE模型能够真实地模拟坝基岩体渗流路径和孔隙压力分布,更好地揭示坝基的扬压力实际非规则分布形态。     

基于离散单元法的裂隙岩体渗流与应力耦合作用机制研究

采用UDEC离散单元法中关于裂隙岩体开挖模拟及水力全耦合分析模型,分析裂隙岩体洞室开挖后,围岩应力与水力耦合作用导致的裂隙隙宽变化及渗流变化的过程。结果表明：洞室开挖完成后,在围岩渗流与应力耦合作用下,围岩中裂隙隙宽、裂隙中水压及其渗透流量的变化是一个动态过程,且相互作用与相互依赖;裂隙的闭合使得结构面水力梯度变大,作用在裂缝上的渗透压力增大,促进导水裂缝扩展,裂隙连通性增加;裂缝张开度增大,渗透能力增强,渗流量增大,其渗流压力相应降低;由于围岩中裂隙隙宽、压力和渗流量的动态依赖性,在一定条件下,裂隙隙宽的改变可导致局部水力通道的形成,高压水头从局部涌出,从而促进突水灾害的形成。研究成果初步表明了所采用方法的有效性,并为研究裂隙岩体中开挖洞室引起的突水问题提供了潜在的研究方向。     

COUPLING DISTINCT AND CONTINUOUS MEDIUM MODEL FOR FLOW ANALYSIS IN A FRACTURED ROCK MASS AND ITS APPLICATION

Fractures in a rock mass can be divided into dominant fracture system and network fracture system. An approach for the analysis of three dimensional ground water flow in a fractured rock mass is presented, in which flow in the dominant fracture system is described by a distinct medium model while flow in the network fracture system plus rock matrices (if considered) is described by a continuous medium model, and the two models are coupled by hydraulic head and flux. The coupling model facilitates to calculate one-by-one the fluid flow in the dominant fractures which are functioned as the major water transmission conduits, and it avoids unnecessary calculating fluid flow in individual network fractures which are numerous in number. In this way, the method can be applied to a large-sized calculation domain. In addition, a method of using network geometry data to calculate its equivalent porous permeability is presented in the paper, and the model implementation of water source and sink such as the pumping     

裂隙岩体加固浆材的试验研究

以裂隙岩体的注浆加固材料为研究对象,对“超细水泥-粉煤灰-膨润土-生石灰-水玻璃”浆液的固化反应加固机理进行了可行性分析,并针对浆液的渗透性、黏度、结石率以及结石体的抗压强度、耐久性等因素进行了室内试验（正交试验和耐久性试验）研究;详细分析了浆液及结石体的物理化学特征,给出了浆材的最佳配比及相应的性能指标。通过煤层底板注浆加固试验,验证了浆材对裂隙岩体加固的可行性,并取得了良好的治理效果。该类浆液与水泥类及一些常见的化学类浆材相比,具有价廉、储存方便、且无毒无污染的优点。     

小湾电站坝址区渗流与应力场耦合分析

本文研究了小湾电站坝址区岩体渗流场与应力场的耦合相互作用，并结合右坝肩Ｆ１１断层的特性，探讨了裂隙内具有不同填充物情况下，裂隙表面分形对裂隙渗流和应力的影响，通过数值分析，得到了场耦合情况下的渗流分布及断层Ｆ１１在不同应力水平下的分维数－渗流量、不同分维数下的应力－裂隙开度、应力－流量关系曲线。     

单轴压缩下不同裂隙张开度岩石破坏数值模拟

为了研究不同张开度裂隙岩体单轴压缩过程中的力学特性,以裂隙试样室内试验结果标定岩体细观参数,采用改进刚体弹簧元法对不同张开度裂隙试样压缩破坏过程进行数值模拟。结果表明:试件峰值强度随着裂隙张开度的增大表现出先增大后减小,最后维持稳定的规律;根据微裂纹起裂位置,将不同张开度裂隙岩体破坏模式总结为3类,并得出最终失稳破坏本质上都是由张拉所致的结论;随轴向应变增加,试件内部微裂纹的发育速度逐渐提高,但剪切裂纹数量远小于张拉裂纹;最后通过位移场演化规律从细观层面揭示了微裂纹开裂的力学机理。