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《渗透注浆浆液扩散与注浆压力分布数值模拟.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、水利学报2007年11月SHUILIXUEBAO第37卷第11期文章编号:05599350(2007)11140206渗透注浆浆液扩散与注浆压力分布数值模拟1,422,31孙斌堂,凌贤长,凌晨,朱国荣(1南京大学地质系,江苏南京210093;2哈尔滨工业大学土木工程学院,黑龙江哈尔滨150001;3海南省建设项目规划设计研究院,海南海口570203;4山东正元建没工程有限责任公司,山东济南250014)摘要:基于非稳定渗流公式,推导了渗透注浆的浆液渗流基本微分方程,随后将其由直角坐标系下的解析形式转换
2、成极坐标系下的解析形式,并将其数值化离散,且给出合理的初始条件、边界条件与边界条件处理方法,得到了计算浆液渗流的有限元模型。最后对实际注浆工程进行计算。结果表明,计算结果与工程实际符合良好。柱状注浆和非溶性浆液注浆在开始阶段均十分容易灌注,而后随浆液扩散半径的增加,灌注的难度越来越大,且非溶性浆液注浆较柱状注浆的难度大得多。关键词:渗透注浆;注浆时间;注浆压力分布;浆液扩散半径;数值模拟中图分类号:TV543文献标识码:A1研究背景注浆技术虽然属于一种传统的工艺手段,但是因具有成本低、见效快、施工简便等优点而日益应用于地基、路基、堤坝、边坡等
3、多种工程的防渗加固处理,特别是在我国的应用极其广泛。然而,注浆技术中仍存在不少急待研究并予以解决的问题,尤其是注浆孔距、浆液压力、注浆效果检测等一般需要根据[1~3]既往工程经验、现场试验等合理确定,这无疑给此项技术的推广带来一定困难。正因为如此,已陆续有学者相继从理论和试验两方面开展注浆技术研究,如前苏联学者曾基于模拟注浆试验且结合回归[4][1]分析获得浆液扩散半径、注浆时间、注浆压力、土的空隙性、浆液性质之间关系;杨坪等通过模拟注浆试验研究了注浆压力、注浆时间、地层渗透系数等对浆液扩散半径、结石体抗压强度的影响;苗兴城[2]等针对压密注浆
4、工艺研究了注浆影响范围、超孔压分布规律、土的强度增长趋势、地层抬高效应;杨秀[3]竹等基于广义达西定律和球形扩散理论模型推导了宾汉体浆液在砂土中渗透注浆的有效扩散半径的计算公式;文献[5,6]依据活塞式驱替注浆渗流模型和高压注浆渗流模型分析了高压注浆过程中浆体[7~9]区、原水体区的压力分布与停止注浆后井底压力消退过程;邹金锋等建立了劈裂注浆的初始启劈注浆压力求解公式、压密注浆极限注浆压力的理论解答并研究了劈裂注浆的注浆压力沿裂缝长度的衰减[10]规律、裂缝扩散规律;刘润等研究了浅层压力注浆后岩体边坡中位移场变化、边坡安全系数提高情况、岩体强度
5、参数增长程度与压力注浆法取得显著加固效果的原因。总的来看,在注浆过程中,若能够事先较准确掌握浆液扩散过程和相应的浆液扩散半径与注浆时间、注浆压力之间关系,将非常有助于进[11]行合理的注浆设计与施工。马格公式和非溶性浆液渗透注浆理论,虽然给出了浆液扩散半径与注浆时间、注浆压力之间关系,但是实用意义不大,现有的注浆设计大多依据过去的工程实践、而很少来自注[12~15]浆理论研究。鉴于上述,本文针对渗透注浆工艺,并考虑注浆防渗加固体的组成和结构的个例性与不可预见性,通过数值模拟方法,研究浆液扩散规律及其主要影响因素,为注浆设计提供必要的理论依据。收
6、稿日期:20060303基金项目:国家自然科学基金项目(50378031,50178027);哈尔滨市科技攻关计划项目(2003AA9CG048)作者简介:孙斌堂(1969-),男,博士生,高级工程师,主要从事水文与水资源方面研究。Email:sbintang@sohu.com14022理论模型21基本微分方程建立为了便于推导基本微分方程的解析解,需要作如下基本假定:(1)注浆加固的土体为各向同性的均质体且渗透系数保持定值。由于每一注浆孔的影响半径一般只有15~2m,且每一有效注浆段只有1~2m,在如此小的范围内土性和渗透系
7、数的变化极小,所以该假定基本合理;(2)土体的孔隙性和浆液密度不随注浆压力大小而改变。由于只针对渗透注浆而非压密注浆,注浆压力相对较小而不对土体产生压密作用或压密作用很小,此外在较小的注浆压力作用下浆液密度也不可能有明显的变化,所以这种假定也基本合理;(3)浆液近似为牛顿流体且在土体中渗透符合达西定律。由于浆液的剪应力剪应变速率试验曲线表明浆液的黏度系数近似为常数(只是开始部分为变量),为便于分析做这种假定。32直角坐标系下浆液的流变过程见图1。图中q为单位面积上浆液的渗流量(单位:m(ms)),为浆液渗流矢量方向角,r为浆液扩散半径方
8、向坐标轴,y为与r垂直的坐标轴度,dl为沿浆液渗流自由面的微分长度,dn为沿浆液渗流方向的微分长。根据通过微单元体的浆液流入量与流出量相等的原[16]
