幂律型流体劈裂注浆机理研究.pdf

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1、第33卷第12期长江科学院院报Vol.33No.122016年12月JournalofYangtzeRiverScientificResearchInstituteDec.2016doi：10.11988/ckyyb.201509082016,33(12)：113-118幂律型流体劈裂注浆机理研究张军贤a’b(山东科技大学a.土木工程与建筑学院；b.山东省土木工程防灾减灾重点实验室，山东青岛266590)摘要:劈裂注浆技术已广泛应用于各种地下工程之中，但其理论研究远落后于工程实践。为了明确幂律型流体

2、劈裂注浆机理，基于平板裂缝模型及幂律型流变方程，推导出幂律型流体劈裂注浆最大扩散半径计算公式,并分析其适用范围及参数确定方法，最后通过现场注浆试验对其进行验证。结果表明:①劈裂注浆最大扩散半径与起裂注浆压力、浆液锋前压力、裂缝劈裂宽度、黏度系数、浆液平均流动速率及流变指数等有关;②通过分析浆液最大扩散半径与注浆压力差之间的关系，发现注浆压力差越大，浆液最大扩散半径越大;同时，根据裂缝宽度与浆液压力差的关系，可知裂缝宽度越大,所需要的注浆压力差越小;③根据工程试验结果，得到幂律型流体劈裂注浆最大扩散半

3、径理论计算值与实际测量值之间的误差，验证了幂律型流体劈裂注浆最大扩散半径计算公式的正确性与可行性。研究成果可为同类型注浆工程提供一定的理论支撑与技术支持。关键词:幂律型流体;最大扩散半径;劈裂注浆机理;计算公式;注浆压力中图分类号:TD45文献标志码:A文章编号=1001-5485(2016)12-0113-06在国内外众多的隧道注浆工程中，幂律型注浆流体得到了广泛的应用，但是，现阶段的幂律型流体劈裂1研究背景注浆机理的研究还不能满足工程需要及保证注浆效隧道工程建设过程中常遭遇错综复杂的地质果。本文

4、运用平板裂缝模型及幂律型流变方程进行灾害，其治理方法多种多样。注浆技术作为一种简劈裂注浆机理研究，依托齐岳山隧道现场注浆试验，单有效的方法，在解决各种地质灾害中已得到广泛分析注浆效果并得到一些实用性结论。的应用。国内外学者通过理论分析、室内外试验等方法对注浆机制进行了大量的研究。湛铠瑜等[1]2幂律型流体劈裂注浆机理通过裂隙动水注浆模型试验，得到了渗流压力场、注浆效果以及注浆工艺三者之间的相互关系；李术才2.1幂律型流体流变方程等[2]通过三维裂隙动水注浆模型试验，形成了以浆幂律型流体基本流变方程[

5、15]为水流量比为核心控制因素的裂隙涌水注浆封堵方t=t〇+/j,yn〇(1)法;杨志全等[3_7]分别对牛顿流体、宾汉流体、考虑式中:T为剪切应力;T。为屈服应力;为黏度系数;时变性的宾汉流体、幂律型流体及考虑时变性幂律y为剪切速率;《为流变指数。型流体等流体的柱-半球形渗透注浆形式扩散参数在式(1)中，当时，幂律型流体为分进行了研究;C.Baker[8]对岩体裂隙内牛顿流体的散相浓度较高的带屈服值假塑性流体;当％#〇，《>1最大扩散半径计算公式进行了探讨；G.Lombardi时，幂律型流体为高固

6、相带屈服值膨胀流体;当％=0，等>12]均对宾汉姆流体在岩体裂隙中的注浆扩散理«<1时，幂律型流体为幂律曲线过原点的假塑性流论开展过研究;孙峰等[13]基于宾汉体流变方程和平体;当T〇=0，ra>l时，幂律型流体为幂律曲线过原点板窄缝注浆扩散模型，推导了考虑浆液时变性的劈的膨胀流体。在注浆工程应用中，典型幂律型流体浆裂注浆机理;阮文军[14]建立了基于黏度时变性的岩液是指当浆液水灰比(W7C)在0.5〜0.7范围内的假塑体裂隙注浆扩散模型。综上所述，国内外学者在研性水泥液浆流体[1M7]。即假塑性流

7、体(下文中都将究注浆机理过程中，常把浆液看作牛顿流体或宾汉统称为幂律型流体)基本流变方程为流体，且大多数集中于渗透注浆扩散理论的研究。t=^yn〇⑵收稿日期:2015-10-28;修回日期:2015-12-30作者简介:张军贤（1989_),男，河南安阳人，硕士，主要研究方向为岩土工程及燧道工程，（电话）1865382〇518(电子信箱）l857823l2@qq.114长江科学院院报2016牟.2.2幂律型流体劈裂注浆扩散公式力禅度dpAk的増大而增大，表现为正相关的关:系。注桨过程中，基于流体能量

8、耗散原理,劈裂注由式(2)和式(4)联立求得浆存在一定的范围，即存在极限扩散半径。根据沈崇棠等t的研究，在研究幂律型流体劈裂注浆扩散公式时提出以下基本假设：对式（5)两端同时进行不定积分，可得层流速(1)被注介质或材料具有均质各向同性的显率表达式为著特点，在注浆劈裂过程中，裂缝是经过一次劈裂而^±1^1dpV17n(---+C(6)fjbax成，同时只考虑单一竖向裂缝注浆过程。⑵浆液为幂律型水泥浆液，沿*轴IE方向单式中C为常数。向运动，流速f鼠定，同时流体满足水力平