巖體裂隙潰水潰砂注漿治理模擬試驗.pdf

1、巖體裂隙突水潰砂問題嚴重影響著地下工程的安全，注漿治理技術已成為水砂災害防治的關鍵手段之一。在已有注漿理論和實踐基礎上，進一步加強對裂隙動水及水砂混合流條件下的注漿封堵效果及相關理論和技術研究是非常有必要的。本文通過室內模型試驗和理論分析相結合的方法，進行了單裂隙動水注漿試驗研究，分析了各因素及其組合對注漿堵水效果、漿液擴散、留存封堵、裂隙滲流壓力等影響規(guī)律；研究了粘時變漿液動水裂隙留存封堵過程機理并提出了堵水判據。進行了模擬裂隙潰砂注

2、漿治理試驗初探，建立了可視化裂隙突水潰砂注漿試驗平臺，研究了裂隙傾角及寬度對裂隙潰砂注漿封堵效果的影響及原因。主要研究內容及成果如下：
　?。?）分析了粘時變漿液性能及與模擬裂隙相互作用的力學關系。改性脲醛樹脂漿液與裂隙作用過程分為三個階段：初始階段，固化階段和穩(wěn)定階段；單位面積最大粘結力隨時間呈對數增大。
　　（2）建立了模擬巖體裂隙動水注漿試驗系統(tǒng)平臺，進行了巖體單裂隙動水注漿封堵試驗。光滑平直裂隙動水注漿L16（45）

3、正交試驗結果表明，影響注漿堵水效果程度的因素依次為：動水流速、裂隙開度、注漿流量和漿液膠凝時間；根據堵水率將動水注漿堵水效果劃分了六個等級；注漿過程中動水流量變化表現(xiàn)為單峰值遞減型和多峰值波動型。研究了不同裂隙因素組合對注漿堵水效果的影響，發(fā)現(xiàn)網絡狀充填裂隙的注漿堵水效果最優(yōu)，規(guī)則平直狀裂隙次之，順水流方向呈開口狀裂隙注漿堵水效果最差，并對各類型裂隙影響注漿堵水效果原因進行了分析。
　?。?）分析了注漿過程中漿液擴散圖像，進行了動

4、水裂隙注漿漿液擴散規(guī)律研究。漿液擴散封堵分為6種類型：留存完全封堵、留存封堵前緣剪裂、沿側邊界沖刷通道、切穿漿液沖刷通道、交叉通道沖刷破碎和分區(qū)分層擴散底部殘留型；并對各類型漿液擴散距離和擴散面積進行了分析。發(fā)現(xiàn)順水流方向呈開口狀裂隙漿液擴散沖刷破碎程度較大；網絡充填裂隙，漿液擴散過程基本一致，注漿封堵效果較好。
　?。?）對粘時變漿液裂隙動水注漿擴散模型及機理進行了研究，建立了驅替擴散-留存封堵/沖刷模型。漿液擴散分為徑向擴散階

5、段、沿側向邊界擴散階段和漿液留存穩(wěn)定階段；注漿穩(wěn)定階段，注漿壓力值受堵水率影響明顯，注漿堵水效果越好注漿壓力越大；裂隙離注漿孔越近的位置滲流壓力值越高，受注漿過程影響越大；基于壓力擴散和運移擴散兩種機制對粘時變漿液擴散機理進行了討論；推導了基于賓漢姆流體粘時變漿液動水裂隙擴散數學模型。
　?。?）研究了粘時變漿液裂隙動水注漿留存封堵機理與封堵判據，并建立了數學表達式。根據脲醛樹脂漿液隨時間發(fā)生膠凝固化過程把漿液留存封堵過程機理分為

6、三個階段：流態(tài)運動擴散期，充填膠凝阻水期和固化留存封堵期。提出了裂隙注漿成功堵水的三個條件，對注漿流量、注漿時間和漿液總量進行了臨界值推導；提出了粘時變漿液裂隙注漿堵水判據，分為直接判據和條件判據，并分別推導了各個判據的數學表達式。
　?。?）進行了裂隙潰砂注漿治理模擬試驗初探。建立了模擬微傾裂隙潰砂注漿治理試驗平臺，進行了不同傾角和寬度的裂隙潰砂注漿封堵試驗，分析了封堵效果及原因；發(fā)現(xiàn)在設計試驗條件下裂隙展布寬度對潰砂臨界角度沒