巖體裂隙潰水潰砂注漿治理模擬試驗(yàn).pdf

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

2、漿治理試驗(yàn)初探，建立了可視化裂隙突水潰砂注漿試驗(yàn)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(nèi)容及成果如下：
　?。?）分析了粘時(shí)變漿液性能及與模擬裂隙相互作用的力學(xué)關(guān)系。改性脲醛樹脂漿液與裂隙作用過程分為三個(gè)階段：初始階段，固化階段和穩(wěn)定階段；單位面積最大粘結(jié)力隨時(shí)間呈對數(shù)增大。
　　（2）建立了模擬巖體裂隙動水注漿試驗(yàn)系統(tǒng)平臺，進(jìn)行了巖體單裂隙動水注漿封堵試驗(yàn)。光滑平直裂隙動水注漿L16（45）

3、正交試驗(yàn)結(jié)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(shí)間；根據(jù)堵水率將動水注漿堵水效果劃分了六個(gè)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(wǎng)絡(luò)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?biāo)鞣较虺书_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(jìn)行了分析。
　?。?）分析了注漿過程中漿液擴(kuò)散圖像，進(jìn)行了動

4、水裂隙注漿漿液擴(kuò)散規(guī)律研究。漿液擴(kuò)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(cè)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(kuò)散底部殘留型；并對各類型漿液擴(kuò)散距離和擴(kuò)散面積進(jìn)行了分析。發(fā)現(xiàn)順?biāo)鞣较虺书_口狀裂隙漿液擴(kuò)散沖刷破碎程度較大；網(wǎng)絡(luò)充填裂隙，漿液擴(kuò)散過程基本一致，注漿封堵效果較好。
　　（4）對粘時(shí)變漿液裂隙動水注漿擴(kuò)散模型及機(jī)理進(jìn)行了研究，建立了驅(qū)替擴(kuò)散-留存封堵/沖刷模型。漿液擴(kuò)散分為徑向擴(kuò)散階

5、段、沿側(cè)向邊界擴(kuò)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(kuò)散和運(yùn)移擴(kuò)散兩種機(jī)制對粘時(shí)變漿液擴(kuò)散機(jī)理進(jìn)行了討論；推導(dǎo)了基于賓漢姆流體粘時(shí)變漿液動水裂隙擴(kuò)散數(shù)學(xué)模型。
　　（5）研究了粘時(shí)變漿液裂隙動水注漿留存封堵機(jī)理與封堵判據(jù)，并建立了數(shù)學(xué)表達(dá)式。根據(jù)脲醛樹脂漿液隨時(shí)間發(fā)生膠凝固化過程把漿液留存封堵過程機(jī)理分為

6、三個(gè)階段：流態(tài)運(yùn)動擴(kuò)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(gè)條件，對注漿流量、注漿時(shí)間和漿液總量進(jìn)行了臨界值推導(dǎo)；提出了粘時(shí)變漿液裂隙注漿堵水判據(jù)，分為直接判據(jù)和條件判據(jù)，并分別推導(dǎo)了各個(gè)判據(jù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式。
　?。?）進(jìn)行了裂隙潰砂注漿治理模擬試驗(yàn)初探。建立了模擬微傾裂隙潰砂注漿治理試驗(yàn)平臺，進(jìn)行了不同傾角和寬度的裂隙潰砂注漿封堵試驗(yàn)，分析了封堵效果及原因；發(fā)現(xiàn)在設(shè)計(jì)試驗(yàn)條件下裂隙展布寬度對潰砂臨界角度沒