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。     

复合膏浆渗透扩散的二维离散元模拟分析

针对现有注浆理论难以对岩土体中的浆液在空隙及裂隙通道网络中的真实扩散规律进行准确描述的问题,本文从连续性方程的角度出发,运用二维颗粒流程序(PFC2D)建立数值模型,模拟研究注浆压力、注浆时间及砂卵石层渗透系数对复合膏浆在砂卵石层渗透扩散过程中的扩散半径的影响,总结规律并利用非线性拟合得出各因素与复合膏浆渗透扩散半径间的关系式。结合现场注水试验及开挖结果,得到与模拟基本一致的结果,所得成果可为工程施工提供一定的理论支撑和指导。     

幂律型流体劈裂注浆机理研究

劈裂注浆技术已广泛应用于各种地下工程之中,但其理论研究远落后于工程实践。为了明确幂律型流体劈裂注浆机理,基于平板裂缝模型及幂律型流变方程,推导出幂律型流体劈裂注浆最大扩散半径计算公式,并分析其适用范围及参数确定方法,最后通过现场注浆试验对其进行验证。结果表明:① 劈裂注浆最大扩散半径与起裂注浆压力、浆液锋前压力、裂缝劈裂宽度、黏度系数、浆液平均流动速率及流变指数等有关;②通过分析浆液最大扩散半径与注浆压力差之间的关系,发现注浆压力差越大,浆液最大扩散半径越大;同时,根据裂缝宽度与浆液压力差的关系,可知裂缝宽度越大,所需要的注浆压力差越小;③根据工程试验结果,得到幂律型流体劈裂注浆最大扩散半径理论计算值与实际测量值之间的误差,验证了幂律型流体劈裂注浆最大扩散半径计算公式的正确性与可行性。研究成果可为同类型注浆工程提供一定的理论支撑与技术支持。     

基于CW环氧浆液流变性的注浆扩散理论研究

为建立更符合实际的化学注浆扩散模型,针对CW环氧浆液的流变性能进行了多组黏度时变性试验研究,结果表明温度不变时各种配比浆液的黏度和时间存在一定的指数函数关系。结合球形、柱形注浆扩散理论,对环氧浆液的注浆量和注浆扩散半径公式进行了时变性优化。通过分析优化公式,显示环氧浆液在渗透过程中呈减速运动;当各种环境系数保持不变时,注浆最大注浆量和最大扩散半径取决于黏度与时间函数关系中参数的乘积。对比了各组环氧浆液的函数参数乘积,得到黏度增长较慢的浆液具有更好的注浆扩散能力。     

基于离散元模拟的黏土劈裂注浆扩散特性

为从细观角度研究劈裂注浆对富含黏土隧洞的加固效果,依托滇中引水工程伍庄村隧洞进口段,采用离散元软件PFC^2D,基于离散元流固耦合理论、平板窄缝流动模型与Fish语言的二次开发,实现了注浆过程中浆液和土体颗粒的相互作用,建立了颗粒流劈裂注浆数值模型。研究了注浆时步、注浆压力、颗粒粒径比及黏结强度对浆液扩散半径及土体孔隙率的影响。结果表明：注浆压力是影响土体加固效果的主控因素,随着注浆压力的增大,浆液扩散半径不断扩大,孔隙率持续增加,与注浆孔距离越远,对孔隙率影响越小,存在最优注浆压力。土体细观参数对注浆后宏观力学特性有较为明显的影响,随颗粒粒径比和黏结强度的增大,浆液扩散半径及孔隙率明显减小。将数值模拟结果与室内模型试验结果对比,发现二者趋势吻合较好,与实际相符,验证了所建立的注浆数值模型的正确性。     

劈裂注浆扩散半径及压力衰减分析

本文假设浆液在裂缝中的流动符合达西定律，劈裂注浆在土体中形成的裂缝宽度为均匀裂缝宽度，推导出劈裂注浆的注浆压力沿裂缝长度的衰减规律以及裂缝在土体中的扩散规律，并用数值分析的结果证明了这些规律的可靠性。随后分析了多孔注浆时的相互影响，得出最优注浆孔数量及其布置方式，同时推导出多孔同时注浆时各个主流线上注浆压力的大小以及此时的浆液扩散半径。     

砂砾石土渗透注浆浆液扩散规律及扩散半径影响因素试验研究

注浆技术在砂砾石土等水利工程的建设中发挥着越来越重要的作用,但是注浆技术存在理论研究滞后于工程实践需要的现象,需要对浆液扩散规律及浆液扩散半径等进行研究。通过设计试验,将拌合水泥浆用的自来水加热并插入温度传感器的方法,来探测水泥浆液在砂砾石层中的扩散过程;并通过正交试验,分析孔隙比e、水灰比m、灌浆压力p等各因素对扩散半径的影响。试验结果表明,浆液扩散过程中其时间t与扩散半径R呈较好的三次函数关系,这与Magg公式基本一致;而在水泥浆液的扩散半径方面,相对于孔隙比和灌浆压力,水灰比起着更显著的影响。本试验工作为砂砾石土灌浆技术提供了有益探索。     

裂隙岩体注浆模拟试验研究

通过在模拟的裂隙岩体中进行注浆试验,研究分析裂隙宽度d、注浆压力p、水灰比m的单因素和多因素对浆液扩散半径R、注浆后试件的抗压强度P和渗透系数K的影响规律和它们之间的相互关系。结果表明：R随着d、p、m的增加而增大,影响R最显著的因素是p,其次是d、m;P与d、p呈正相关性,与m呈负相关性,d对P有较大的影响,p次之,m则占有明显的优势;渗透系数K随着d、m的增大而增大,随着p的增大而减小,对K影响最大的是d,其次是p、m。利用计算机优化回归试验数据,得出了它们之间的关系式。     

变态混凝土成孔注浆浆液扩散研究

为探究变态混凝土注浆浆液扩散情况,根据变态混凝土注浆的特点,建立注浆模型,分析影响注浆效果的主要因素,根据注浆扩散试验结果,用多元回归分析各个试验因素对试验结果的影响,得出各个参数之间的定量关系式。通过对公式中的自变量和因变量的相关系数分析,可知注浆扩散情况与受注介质的注浆压力、单孔注浆量以及浆液的水胶比具有较强的相关性。该研究所得公式可以指导变态混凝土注浆施工,优化变态混凝土注浆施工工艺。     

南水北调工程采空区三维宾汉姆流体紊流模拟

南水北调中线工程穿越多个煤矿采空区,对工程的安全施工与运行造成了严重威胁,因此对煤矿采空区进行注浆加固处理已成为工程迫切需要解决的问题。本文根据注浆浆液的宾汉姆流体特性,建立宾汉姆流体本构模型方程。基于采空区三维几何地质信息模型,提出三维宾汉姆流体k-ε紊流数学模型。针对注浆工程中岩层、断裂带、冒落区、采空区、煤层底板等地质层采用不同的地质参数、孔隙率和阻力系数,对宾汉姆流体浆液在采空区中的紊流扩散进行模拟,实现了宾汉姆流体浆液的采空区多孔分序注浆模拟,并分析了浆液的扩散规律。结果表明：在一定时间范围内,浆液扩散半径和采空区的充填率随时间的增加而增加,但其变化率呈逐渐减少的趋势,并最终趋于零,数值模拟的注浆量与实际注浆量相比误差为11.8%。研究可为采空区注浆的设计与优化提供理论依据与技术支持,对确保南水北调渠道长期安全稳定运行具有重要的理论意义和实践价值。     

考虑参数动态变化和相互关联的浆液扩散范围研究

土体注浆加固与防渗施工引起的浆液扩散过程,涉及固体骨架应力应变、浆液的渗流场分布以及浆液浓度垂直于扩散方向的分布梯度等问题。基于多孔介质渗流场和应力场的耦合作用,考虑注浆浆液参数的粘时变特性,以及注浆过程中多孔介质的密度、孔隙率、渗透率等物性参数的动态变化,分析注浆过程中的土体物性参数相互关联性和动态变化过程,给出了浆液时变和多孔介质参数动态变化的渗流场与应力场耦合的注浆扩散的模拟实现过程。采用有限单元法对均质土体进行流固耦合作用下注浆扩散范围的数值模拟,得到了黏度时变和黏度不变条件下的球形扩散半径和柱面扩散半径范围。与经典注浆扩散理论对比分析可知,考虑浆液时变特性、土性参数的动态变化和相互关联的流固耦合作用模拟可以很好地分析土体中浆液扩散范围。     

砂砾石土灌浆浆液扩散半径试验研究

砂砾石层灌浆施工中,水泥浆液的扩散半径决定着灌浆孔的布置和浆液消耗量,也是选择工艺参数、评价灌浆效果的重要依据,因此,水泥浆液的扩散半径是灌浆施工中非常重要的参数。通过设计正交试验,对影响水泥浆液扩散半径的几个因素(水灰比、孔隙比、灌浆压力)进行了试验研究。试验结果表明:水灰比是影响水泥浆液扩散半径最显著的因素,水泥浆液的水灰比越大,浆液中的多余水分越多,对水泥浆液流动性能的改善越显著。     

水电工程化学灌浆对浆液扩散有效半径的控制方法

目前国内化学灌浆主要根据施工经验,采用定时、定量进行对浆液扩散半径的控制,但由于各工程地质条件的差异,无法准确地控制其扩散有效半径,时有造成浆材的浪费、增加施工成本。为了保证工程质量、节约材料,对化学灌浆工程浆液扩散有效半径的计算,将起着重要作用。     

大坝基岩帷幕宾汉姆浆液灌浆的三维数值模拟

由于灌浆工程的掩蔽性和地质条件的复杂性,如何准确地确定复杂地质条件下浆液的扩散规律是灌浆数值模拟分析的关键及难点。目前,在水利工程中灌浆数值模拟的相关研究未考虑宾汉姆浆液扩散过程中两相流特征和大坝基岩的复杂地质条件;且主要以单一裂隙或单个灌浆孔为研究对象,均未进一步涉及浆液锋面的模拟。针对上述问题,本文建立包含不同地层、不良地质体和帷幕孔的三维精细地质信息统一模型,在CFD商用软件STAR-CCM+中采用耦合VOF法的三维非稳态宾汉姆浆液气液两相流灌浆模型,实现了宾汉姆水泥浆液在大坝基岩中的多孔分序灌浆精细模拟,并分析了浆液的扩散规律和灌后帷幕搭接情况。运用该模型模拟某水电站的基岩帷幕灌浆过程,结果表明:在一定时间范围内,浆液扩散半径随灌注时间而增加,但其变化率呈递减趋势;各序孔灌注完成后,浆液锋面搭接良好;将灌浆量和灌浆时间的模拟值与现场实测值相比,平均误差分别为9.08%和6.32%,模拟值与现场实测值基本吻合,验证了该模型的可靠性。