基于孔隙-裂隙滲透效應(yīng)的注漿擴(kuò)散分析方法.pdf

1、地下工程涌水災(zāi)害治理問(wèn)題一直是困擾地下工程安全快速施工的主要難題之一，而地下工程巖體具有結(jié)構(gòu)多樣、各向異性強(qiáng)烈、水文地質(zhì)條件差異性大等特點(diǎn)，對(duì)于注漿治理提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。其中，地下工程中廣泛存在裂隙切割較為嚴(yán)重且圍巖介質(zhì)本身透水性較強(qiáng)的圍巖體（如裂隙切割強(qiáng)烈的高孔隙率砂巖地層），圍巖不僅作為主要儲(chǔ)水介質(zhì)，也作為導(dǎo)水通道與裂隙一起構(gòu)成地下水流動(dòng)通道，該種巖體在注漿理論研究中可抽象為孔隙-裂隙介質(zhì)，該孔隙-裂隙介質(zhì)具有如下特點(diǎn):①裂隙網(wǎng)絡(luò)切割

2、巖體，裂隙導(dǎo)水能力較強(qiáng);②孔隙介質(zhì)孔隙率高、滲透性強(qiáng)，與裂隙相比滲透性能處于同一數(shù)量級(jí);③流體在該介質(zhì)中流動(dòng)時(shí)，裂隙流動(dòng)與孔隙流動(dòng)在裂隙邊界處發(fā)生強(qiáng)烈的質(zhì)量交換。本文基于裂隙流動(dòng)與孔隙流動(dòng)分析方法，研究了牛頓流體在孔隙-裂隙介質(zhì)中的擴(kuò)散規(guī)律，系統(tǒng)分析了不同參數(shù)對(duì)漿液在孔隙-裂隙介質(zhì)中擴(kuò)散規(guī)律的影響，取得了一系列成果。并基于研究成果，從注漿堵水和加固地層兩個(gè)角度出發(fā)，對(duì)實(shí)際注漿設(shè)計(jì)提出了改進(jìn)建議。
　　(1)針對(duì)裂隙切割較為嚴(yán)重且圍

3、巖介質(zhì)本身透水性較強(qiáng)的圍巖體的水力學(xué)特征，建立了孔隙-裂隙介質(zhì)注漿擴(kuò)散模型，選取單一裂隙+孔隙介質(zhì)為研究對(duì)象，將漿液擴(kuò)散過(guò)程簡(jiǎn)化為水平輻射圓，漿液在裂隙擴(kuò)散過(guò)程中伴隨漿液在裂隙通道側(cè)壁的滲透過(guò)程，分別建立裂隙注漿擴(kuò)散過(guò)程與滲透注漿擴(kuò)散過(guò)程的運(yùn)動(dòng)控制方程，利用漿液在基巖孔隙介質(zhì)中的滲透量指標(biāo)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)擴(kuò)散過(guò)程的雙向耦合，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)物理模型。
　　(2)提出了基于試錯(cuò)法的孔隙-裂隙介質(zhì)注漿擴(kuò)散分析思想，建立了孔隙-裂隙介質(zhì)注漿擴(kuò)散的

4、迭代計(jì)算方法，實(shí)現(xiàn)了孔隙-裂隙介質(zhì)注漿擴(kuò)散過(guò)程的有效描述，可求解任意注漿時(shí)刻基巖孔隙中的漿液滲透量，為孔隙-裂隙介質(zhì)注漿過(guò)程分析提供一種新思路。并通過(guò)與有限元計(jì)算軟件COMSOL對(duì)孔隙-裂隙介質(zhì)注漿擴(kuò)散過(guò)程的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)標(biāo)，驗(yàn)證了所提出的計(jì)算方法的合理性。
　　(3)運(yùn)用所提出的理論模型和計(jì)算方法進(jìn)行了不同工況的注漿過(guò)程模擬，并選取合理的邊界條件和初始條件，根據(jù)實(shí)際工況選取了注漿參數(shù)，得出了漿液在孔隙-裂隙介質(zhì)和單一平板裂隙中壓

5、力分布規(guī)律和擴(kuò)散形態(tài)。
　　(4)分別針對(duì)各影響因素進(jìn)行分析，通過(guò)對(duì)比分析得出了一系列漿液擴(kuò)散規(guī)律，從注漿堵水范圍和加固范圍兩個(gè)角度出發(fā)，分析了孔隙-裂隙介質(zhì)注漿模型與傳統(tǒng)裂隙注漿模型的不同之處;并通過(guò)各參數(shù)的對(duì)比分析說(shuō)明了孔隙-裂隙介質(zhì)模型對(duì)注漿工作的影響。
　　(5)基于正交試驗(yàn)思想，選取了5因素4水平的正交試驗(yàn)，得出了對(duì)漿液在基巖孔隙介質(zhì)中滲透擴(kuò)散量占總注漿量百分比影響因素大小:裂隙開度＞滲透率＞孔隙率＞注漿時(shí)間＞注漿