基于浆液黏度时变特性的交叉裂隙注浆扩散规律

发布时间：2020-07-01 21:29

【摘要】：随着国民经济的不断发展,我国对于能源开发以及交通建设的需求日益增大,因此隧道工程、矿山工程等地下工程建设项目逐渐增加,地下工程建设过程中所工程灾害,如涌水、塌方、岩爆等也越来越多。注浆能够提升被注岩土体的力学性能与抗渗透性能,是地下灾害治理中的常用方法之一。但由于浆液在裂隙网络中的扩散规律十分复杂,相关理论研究无法满足注浆工程的实际需要。本文针对水泥浆液以及水泥基速凝类浆液的理化性质,通过室内试验、数值模拟、工程验证等手段,研究了浆液在交叉裂隙模型中的扩散规律,得出以下结论：(1)采用试验方法测定了不同配比的水泥-水玻璃浆液以及添加缓凝剂后的水泥-水玻璃浆液黏度时变数据,提出浆液黏度时变过程会经历混合期、初凝期、固化期3个阶段,研究了水灰比、混合体积比等因素对浆液凝胶过程的影响规律。同时研究了磷酸盐缓凝剂对于水泥-水玻璃浆液的影响,结果表明磷酸盐缓凝剂的浆液在混合后长时间保持在初凝期并维持低黏度。最后对试验数据进行了拟合,得出了2种浆液材料不同配比下的黏度时变方程,为之后的数值模拟提供了依据。(2)建立了二维平面交叉裂隙模型,模拟了水泥浆液与水泥基速凝类浆液在交叉裂隙模型中的扩散过程。通过模拟发现,静水中浆液形态基本相同。对于水泥浆液,由于浆液黏度基本不变,注浆压力上升速度较慢,压力场变化受分支裂隙影响明显；对于水泥基速凝类浆液,由于浆液黏度随时间变化快,注浆压力上升速度快,压力场变化受分支裂隙影响不明显。动水环境中进浆口位置、地下水流速、注浆速率对于水泥浆液的扩散过程均有影响,进浆口位于主裂隙中,注浆速率大于地下水流速,则地下水对于浆液冲刷稀释影响小。(3)建立三维交叉裂隙模型,模拟了水泥浆液与水泥基速凝类浆液在交叉裂隙模型中的扩散过程。通过模拟发现在静水环境中,水泥浆液由于黏度基本不变,浆液在主裂隙及分支裂隙中扩散形态规则,压力场分布均匀,浆液扩散形态及压力分布受分支裂隙影响明显；水泥基速凝类浆液由于浆液黏度随时间增长速度较快,浆液在主裂隙及分支裂隙中扩散形态不规则,压力场分布不均匀,浆液扩散形态及压力分布受分支裂隙影响不明显。动水环境中,地下水入口位置、地下水流速对于水泥浆液的扩散过程有明显影响。当地下水入口位于主裂隙中,地下水流速小于注浆速率时,浆液扩散形态稳定,对于裂隙能起到良好的充填效果。(4)综合以上研究成果,针对湖南某隧道涌水段面临的主要地质问题,通过现场试验选择合适的浆液材料及浆液配比进行注浆封堵,根据探查报告结论,寻找存在富水裂隙的主要区域,在传统帷幕注浆设计的基础上,增加关键孔注浆设计,有效封堵了隧道涌水。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U453.61

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