基于速凝浆液流–固相变特性的裂隙岩体注浆扩散机制

速凝类浆液流–固相变特性对裂隙岩体注浆扩散过程具有显著影响。为揭示速凝浆液裂隙岩体注浆扩散机制,以水泥–水玻璃浆液(C-S浆液)作为典型速凝浆液,提出采用基于屈服应力、黏度均随时间变化的Bingham流变本构模型描述速凝浆液流–固相变特性,并通过室内试验获得C-S浆液的屈服应力、黏度时变方程,在此基础上建立速凝浆液裂隙注浆扩散过程理论模型。开展恒定注浆速率下的C-S浆液裂隙注浆模拟试验,获得注浆压力–时间关系与浆液压力空间分布情况,并对理论计算结果进行正确性验证,揭示速凝浆液屈服应力与黏度的时空分布特征,以及静水阻力、流体相阻力、固体相阻力三者在注浆扩散过程中的变化规律。研究结果表明:在C∶S体积比为1∶1,2∶1,3∶1三种工况下,C-S浆液的剪切应力–剪切速率关系均符合Bingham流变本构关系模型,随着C∶S体积比的增加,浆液流–固相变起始时间与结束时间均显著缩短,浆液屈服应力与黏度峰值均显著增加;相比试验结果,基于屈服应力与黏度均随时间变化的Bingham模型、屈服应力固定的Bingham模型、Newton模型的注浆压力计算结果最大误差分别为12.73%~19.62%,20.12%~29.44%,21.84%~31.35%,说明前1种模型优于后2种模型;在整个裂隙注浆扩散过程中,浆液流体相阻力先由0%快速增加至峰值,然后缓慢下降,固体相阻力在整个注浆扩散过程中一直呈近似线性增加趋势。不同C∶S体积比对注浆结束时刻的流体相阻力占比、固体相阻力占比影响不显著,注浆结束时刻的流体相阻力占比为81.7%~82.9%,固体相阻力占比为15.7%~17.3%。