裂隙岩体注浆加固浆液扩散规律研究

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注浆法是控制围岩变形,提高围岩稳定性的一种常用技术手段。目前注浆加固工程已经得到了广泛的应用,但由于注浆工程的隐蔽性,注浆理论的发展则远远滞后于工程实践,注浆工程尤其是裂隙注浆仍缺乏科学的理论指导。浆液在裂隙中最终扩散距离以及注浆对岩体结构的影响难以查明;注浆参数的确定、注浆工程的设计很大程度上依赖施工经验,这些问题都严重制约着注浆理论的发展。本文采用理论分析与数值模拟相结合的方法,针对无地下水影响且仅有简单裂隙、无较多孔隙的岩体,对裂隙岩体注浆加固浆液扩散规律展开研究,分析了不同流型浆液在单一裂隙及交叉裂隙中的浆液扩散形态、扩散范围和浆液压力分布及变化规律。研究主要成果如下:(1)根据浆液流变曲线的不同及水灰比的不同,将浆液流体分为牛顿流体、宾汉姆流体、幂律流体等不同流型,通过建立单一裂隙浆液扩散计算模型,基于一些基本假设,根据流体本构方程和控制方程,以浆液压力损失作为研究对象,推导出不同流型浆液在裂隙中的扩散方程。(2)根据浆液扩散方程和注浆控制方程,分析影响浆液扩散的主要因素有注浆工艺因素、浆液因素、裂隙因素三方面。根据建立的不同流型浆液扩散方程,从影响浆液扩散的三方面因素中各选取适当参数进行工况设计,利用COMSOL Multiphysics数值模拟软件的层流模块和流-固耦合模块,建立单一裂隙浆液扩散模型,根据单一变量原则,分析各因素对浆液扩散范围、浆液压力分布、裂隙变形的影响。(3)建立交叉裂隙浆液扩散模型,参照单一裂隙浆液扩散的规律,设置7种工况,根据单一变量原则,选取注浆工艺因素和裂隙因素适当参数,分析分支裂隙开度、分支裂隙位置、浆液流速对浆液扩散范围、浆液压力分布的影响。
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