透明裂隙介質(zhì)注漿擴(kuò)散機(jī)理試驗研究.pdf

1、地下工程突水大都與巖體斷層和裂隙有關(guān)。斷層、裂隙都有一定的開度及延展性，由此所形成的地層空隙往往會成為導(dǎo)水優(yōu)勢通道。注漿技術(shù)作為一項實用性強(qiáng)、適用性廣的工程技術(shù)，已成為突水災(zāi)害防治和預(yù)防的關(guān)鍵技術(shù)之一。本文采用室內(nèi)模擬試驗研究和理論分析相結(jié)合的方法，以野外裂隙發(fā)育特性為研究基礎(chǔ)，以注漿技術(shù)的工程實踐及理論研究認(rèn)識為依據(jù)，對巖體裂隙介質(zhì)突水災(zāi)害進(jìn)行地質(zhì)模型概化，利用透明土技術(shù)的實時、可視化、無損、無人工干擾等觀測優(yōu)點(diǎn)，組建了基于透明土技術(shù)

2、的粗糙平板單裂隙試驗?zāi)Ｐ拖到y(tǒng)與基于透明土技術(shù)的巖體裂隙網(wǎng)絡(luò)試驗?zāi)Ｐ拖到y(tǒng)。結(jié)合理論分析分別對兩種流體的漿液與模擬裂隙作用機(jī)理、粗糙平板單裂隙注漿效果及擴(kuò)散理論模型、巖體網(wǎng)絡(luò)裂隙注漿效果及擴(kuò)散理論模型等進(jìn)行了研究。主要結(jié)論如下：
　　（1）以重慶巫山地區(qū)三疊系巴東組泥巖、泥灰?guī)r及嘉陵江組灰?guī)r為例，進(jìn)行了巖體裂隙測量和發(fā)育特征的分析研究。主要研究了裂隙的發(fā)育、充填與粗糙度等特點(diǎn)。應(yīng)用分形維數(shù)的方法進(jìn)行野外裂隙粗糙度的判別。根據(jù)謝和平的公

3、式所得到的六張圖像中分維數(shù)對應(yīng)的JRC值取值在9~23之間，與Barton標(biāo)準(zhǔn)曲線有較好的對應(yīng)關(guān)系。為了考慮到起伏度Wa對裂隙JRC值的影響，提出分形維數(shù)D與起伏度Wa綜合控制JRC的理論公式，經(jīng)計算裂隙的粗糙度JRC值基本在0~20之間變化，精確度滿足要求。
　?。?）利用透明土技術(shù)進(jìn)行了牛頓流體在巖體裂隙網(wǎng)絡(luò)中滲透擴(kuò)散的特性研究。對試驗數(shù)據(jù)分析可得到流體擴(kuò)散半徑與擴(kuò)散時間的擬合公式。擬合公式與馬格（Maag）球形擴(kuò)散滲透理論公

4、式有一定的相似性。可知，牛頓流體在裂隙巖體網(wǎng)絡(luò)中滲透已表現(xiàn)出類似在砂土孔隙滲透擴(kuò)散的特點(diǎn)，故而裂隙充填物對裂隙滲流特性的改造作用顯著。
　?。?）利用透明土技術(shù)完成了含充填物的粗糙平板單裂隙賓漢姆漿液注漿正交試驗。由正交試驗的極差分析結(jié)果可知，三種因素對試驗結(jié)果影響的主次順序為注漿壓力＞動水流速＞漿液凝膠時間。通過各因素的直觀分析圖及方差分析表，可知注漿壓力是影響漿液擴(kuò)散效果的最主要因素，其在α=0.05，α=0.10水平下均顯著

5、，而動水流速和漿液凝膠時間對擴(kuò)散距離的影響不顯著。
　?。?）含充填物的粗糙平板單裂隙賓漢姆漿液注漿正交試驗中漿液的擴(kuò)散形態(tài)根據(jù)其形態(tài)變化規(guī)律分為兩大類型，近圓狀擴(kuò)散及順?biāo)魃嘈螖U(kuò)散。其中近圓狀擴(kuò)散根據(jù)擴(kuò)散邊界的平整度可以分為邊緣鋸齒狀擴(kuò)散和邊緣平滑型擴(kuò)散。近圓形鋸齒狀擴(kuò)散型集中出現(xiàn)在注漿壓力較低水平、漿液膠凝時間較高水平的注漿條件下，與動水流速水平相關(guān)性不大。近圓形平滑型擴(kuò)散集中出現(xiàn)在動水流速較低水平、漿液膠凝時間較低水平的注漿

6、條件下，與注漿壓力水平相關(guān)性不大。順?biāo)魃嘈螖U(kuò)散形態(tài)集中出現(xiàn)在較高的注漿壓力水平及較高的動水流速試驗條件下，與漿液凝膠時間水平的相關(guān)性不大。
　?。?）通過對含充填物的粗糙平板單裂隙賓漢姆漿液注漿正交試驗中漿液的填充狀態(tài)的總結(jié)，漿液擴(kuò)散結(jié)果有分區(qū)型與不分區(qū)型之分。其中漿液擴(kuò)散分區(qū)型中根據(jù)漿液的凝固特征可以進(jìn)一步劃分為漿液二分區(qū)型，漿液三分區(qū)型及漿液剪裂型。另外，根據(jù)測壓孔曲線的形態(tài)特征，可將試驗結(jié)果大致分為三類，“響應(yīng)跟隨型”孔壓

7、曲線，“欲揚(yáng)先抑型”孔壓曲線，“先揚(yáng)后抑型”孔壓曲線。其呈現(xiàn)出不同特征的主要原因為注漿壓力的差異以及漿液最終凝固區(qū)域范圍的不同導(dǎo)致模型內(nèi)部滲流場的差異。
　?。?）依據(jù)立方定律推導(dǎo)思路，基于注漿量守恒原則，分別對光滑無充填平板單裂隙牛頓流體注漿擴(kuò)散、粗糙含充填物的平板單裂隙牛頓流體注漿擴(kuò)散、光滑無充填平板單裂隙賓漢姆流體注漿擴(kuò)散和粗糙含充填物的平板單裂隙賓漢姆流體注漿擴(kuò)散四種試驗條件下的擴(kuò)散機(jī)理進(jìn)行了分析，推導(dǎo)了數(shù)學(xué)模型，給出了注