基于漿液黏度時變特性的交叉裂隙注漿擴散規(guī)律.pdf

1、隨著國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展，我國對于能源開發(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際需要。本文針對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、數(shù)值模擬、工程驗證等手段，研究了漿液在

2、交叉裂隙模型中的擴散規(guī)律，得出以下結(jié)論:
　　(1)采用試驗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-水玻璃漿液黏度時變數(shù)據(jù)，提出漿液黏度時變過程會經(jīng)歷混合期、初凝期、固化期3個階段，研究了水灰比、混合體積比等因素對漿液凝膠過程的影響規(guī)律。同時研究了磷酸鹽緩凝劑對于水泥-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間保持在初凝期并維持低黏度。最后對試驗數(shù)據(jù)進行了擬合，得出了2種漿液材料不同配比下的黏度

3、時變方程，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散過程。通過模擬發(fā)現(xiàn)，靜水中漿液形態(tài)基本相同。對于水泥漿液，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;對于水泥基速凝類漿液，由于漿液黏度隨時間變化快，注漿壓力上升速度快，壓力場變化受分支裂隙影響不明顯。動水環(huán)境中進漿口位置、地下水流速、注漿速率對于水泥漿液的擴散過程均有影

4、響，進漿口位于主裂隙中，注漿速率大于地下水流速，則地下水對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散形態(tài)規(guī)則，壓力場分布均勻，漿液擴散形態(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間增長速度較快，漿液在主裂隙及分支裂隙中擴散形態(tài)不規(guī)則，壓力場分布不均勻，漿液擴

5、散形態(tài)及壓力分布受分支裂隙影響不明顯。動水環(huán)境中，地下水入口位置、地下水流速對于水泥漿液的擴散過程有明顯影響。當(dāng)?shù)叵滤肟谖挥谥髁严吨?，地下水流速小于注漿速率時，漿液擴散形態(tài)穩(wěn)定，對于裂隙能起到良好的充填效果。
　　(4)綜合以上研究成果，針對湖南某隧道涌水段面臨的主要地質(zhì)問題，通過現(xiàn)場試驗選擇合適的漿液材料及漿液配比進行注漿封堵，根據(jù)探查報告結(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)計的基礎(chǔ)上，增加關(guān)鍵孔注漿設(shè)計，有效封