水泥基速凝漿液地下工程動(dòng)水注漿擴(kuò)散封堵機(jī)理及應(yīng)用研究.pdf

1、隨著我國(guó)西部交通網(wǎng)的逐步完善、水電資源大開發(fā)及深部礦產(chǎn)資源開采，大批交通隧道、水工隧洞及礦山井巷工程投入建設(shè)。復(fù)雜水文地質(zhì)條件下地下工程建設(shè)期間，經(jīng)常會(huì)遭遇突涌水、塌方等地質(zhì)災(zāi)害。其中突涌水造成的人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失和工期延誤均排在各種地質(zhì)災(zāi)害的前列。因此，突涌水注漿封堵理論與技術(shù)成為我國(guó)地下工程建設(shè)中的亟需解決的關(guān)鍵科學(xué)問題。本文針對(duì)動(dòng)水條件下注漿擴(kuò)散封堵理論與技術(shù)難題，緊密結(jié)合工程實(shí)踐，研發(fā)了一種適用于動(dòng)水封堵的新型高分子水泥基速凝注

2、漿材料，建立單一平板裂隙的動(dòng)水注漿擴(kuò)散模型，通過理論分析、模型試驗(yàn)與數(shù)值模擬方法，深入研究了新型注漿材料在靜水和動(dòng)水條件下的擴(kuò)散運(yùn)移規(guī)律，建立了動(dòng)水注漿封堵判據(jù)。通過與水泥-水玻璃等常規(guī)注漿材料對(duì)比，系統(tǒng)分析了不同類型漿液注漿擴(kuò)散規(guī)律的影響因素及作用機(jī)制，并進(jìn)行了工程應(yīng)用研究，取得了一系列研究成果。
　　 (1)針對(duì)動(dòng)水注漿工程對(duì)材料的特殊需求，基于高分子聚合物改性機(jī)制，確定了新型材料主劑與助劑，應(yīng)用正交試驗(yàn)原理優(yōu)化了材料組份與

3、配比。通過一系列的力學(xué)性能試驗(yàn)，測(cè)定了新型注漿材料的性能指標(biāo)，提出了可泵性和動(dòng)水抗分散性的測(cè)試方法。通過儀器分析方法，研究了復(fù)合材料體系的微觀特征，揭示了聚合物在復(fù)合體系中的作用。通過依托工程，研究了新型注漿材料在動(dòng)水治理中應(yīng)用的技術(shù)特點(diǎn)和操作工藝，證實(shí)了該材料良好的動(dòng)水注漿適用性。
　　 (2)建立了單一平板裂隙注漿擴(kuò)散模型，通過對(duì)水泥基速凝類漿液粘度時(shí)變性的測(cè)試，構(gòu)建了漿液粘度時(shí)間函數(shù)。系統(tǒng)分析了漿液流型，采用考慮漿液粘度時(shí)

4、變性的廣義賓漢流體本構(gòu)方程，研究了漿液在靜水和動(dòng)水條件下的擴(kuò)散規(guī)律，建立了單一平板裂隙條件下的注漿擴(kuò)散運(yùn)移方程。
　　 (3)為查明水泥基速凝類漿液擴(kuò)散規(guī)律與影響因素，開展了準(zhǔn)三維單一平板裂隙注漿模型試驗(yàn)研究，揭示了動(dòng)水條件下水泥基速凝類漿液的“非對(duì)稱橢圓(AE)”擴(kuò)散規(guī)律，建立了漿液擴(kuò)散跡線的瞬態(tài)與穩(wěn)態(tài)方程，獲得了試驗(yàn)條件下的壓力速度場(chǎng)分布特征。建立了單一平板裂隙漿液擴(kuò)散的三維數(shù)值模型，采用粘度時(shí)變本構(gòu)方程，研究了漿液擴(kuò)散形態(tài)

5、、壓力場(chǎng)和速度場(chǎng)分布、地下水流量的瞬態(tài)規(guī)律。通過理論分析、模型試驗(yàn)與數(shù)值模擬研究結(jié)果的相互驗(yàn)證及對(duì)比，系統(tǒng)分析了地下水壓力與流速、注漿壓力與流量等關(guān)鍵參數(shù)對(duì)漿液擴(kuò)散跡線形態(tài)、壓力場(chǎng)速度場(chǎng)分布特征及變化規(guī)律的影響。
　　 (4)系統(tǒng)研究了動(dòng)水注漿封堵過程中的靜壓水頭、流速水頭和水頭損失的轉(zhuǎn)換規(guī)律，揭示了特定水文地質(zhì)條件下，漿液擴(kuò)散開度同地下水流速的關(guān)系，分析了地下水流速極大值的存在性與注漿完全封堵的可行性。依據(jù)水泥基速凝漿液?jiǎn)我黄?/p>