基于漿液黏度時(shí)變特性的交叉裂隙注漿擴(kuò)散規(guī)律.pdf

1、隨著國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國對(duì)于能源開發(fā)以及交通建設(shè)的需求日益增大，因此隧道工程、礦山工程等地下工程建設(shè)項(xiàng)目逐漸增加，地下工程建設(shè)過程中所工程災(zāi)害，如涌水、塌方、巖爆等也越來越多。注漿能夠提升被注巖土體的力學(xué)性能與抗?jié)B透性能，是地下災(zāi)害治理中的常用方法之一。但由于漿液在裂隙網(wǎng)絡(luò)中的擴(kuò)散規(guī)律十分復(fù)雜，相關(guān)理論研究無法滿足注漿工程的實(shí)際需要。本文針對(duì)水泥漿液以及水泥基速凝類漿液的理化性質(zhì)，通過室內(nèi)試驗(yàn)、數(shù)值模擬、工程驗(yàn)證等手段，研究了漿液在

2、交叉裂隙模型中的擴(kuò)散規(guī)律，得出以下結(jié)論:
　　(1)采用試驗(yàn)方法測定了不同配比的水泥-水玻璃漿液以及添加緩凝劑后的水泥-水玻璃漿液黏度時(shí)變數(shù)據(jù)，提出漿液黏度時(shí)變過程會(huì)經(jīng)歷混合期、初凝期、固化期3個(gè)階段，研究了水灰比、混合體積比等因素對(duì)漿液凝膠過程的影響規(guī)律。同時(shí)研究了磷酸鹽緩凝劑對(duì)于水泥-水玻璃漿液的影響，結(jié)果表明磷酸鹽緩凝劑的漿液在混合后長時(shí)間保持在初凝期并維持低黏度。最后對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了擬合，得出了2種漿液材料不同配比下的黏度

3、時(shí)變方程，為之后的數(shù)值模擬提供了依據(jù)。
　　(2)建立了二維平面交叉裂隙模型，模擬了水泥漿液與水泥基速凝類漿液在交叉裂隙模型中的擴(kuò)散過程。通過模擬發(fā)現(xiàn)，靜水中漿液形態(tài)基本相同。對(duì)于水泥漿液，由于漿液黏度基本不變，注漿壓力上升速度較慢，壓力場變化受分支裂隙影響明顯;對(duì)于水泥基速凝類漿液，由于漿液黏度隨時(shí)間變化快，注漿壓力上升速度快，壓力場變化受分支裂隙影響不明顯。動(dòng)水環(huán)境中進(jìn)漿口位置、地下水流速、注漿速率對(duì)于水泥漿液的擴(kuò)散過程均有影

4、響，進(jìn)漿口位于主裂隙中，注漿速率大于地下水流速，則地下水對(duì)于漿液沖刷稀釋影響小。
　　(3)建立三維交叉裂隙模型，模擬了水泥漿液與水泥基速凝類漿液在交叉裂隙模型中的擴(kuò)散過程。通過模擬發(fā)現(xiàn)在靜水環(huán)境中，水泥漿液由于黏度基本不變，漿液在主裂隙及分支裂隙中擴(kuò)散形態(tài)規(guī)則，壓力場分布均勻，漿液擴(kuò)散形態(tài)及壓力分布受分支裂隙影響明顯;水泥基速凝類漿液由于漿液黏度隨時(shí)間增長速度較快，漿液在主裂隙及分支裂隙中擴(kuò)散形態(tài)不規(guī)則，壓力場分布不均勻，漿液擴(kuò)

5、散形態(tài)及壓力分布受分支裂隙影響不明顯。動(dòng)水環(huán)境中，地下水入口位置、地下水流速對(duì)于水泥漿液的擴(kuò)散過程有明顯影響。當(dāng)?shù)叵滤肟谖挥谥髁严吨校叵滤魉傩∮谧{速率時(shí)，漿液擴(kuò)散形態(tài)穩(wěn)定，對(duì)于裂隙能起到良好的充填效果。
　　(4)綜合以上研究成果，針對(duì)湖南某隧道涌水段面臨的主要地質(zhì)問題，通過現(xiàn)場試驗(yàn)選擇合適的漿液材料及漿液配比進(jìn)行注漿封堵，根據(jù)探查報(bào)告結(jié)論，尋找存在富水裂隙的主要區(qū)域，在傳統(tǒng)帷幕注漿設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，增加關(guān)鍵孔注漿設(shè)計(jì)，有效封