幂律型流体柱形渗透注浆机制

为进一步完善与丰富幂律型流体的渗透注浆理论,探讨了幂律型流体的柱形渗透注浆机制.采用理论分析与实验研究等方法,以幂律型流体流变方程及渗流运动方程为基础,推导了幂律型流体柱形渗透注浆扩散机制;分析它的适用范围及参数确定方法,并设计室内注浆试验对其进行验证.结果表明:实际测量计算的幂律型流体在被注砾(砂)石体中的等效扩散半径值与由幂律型流体柱形渗透注浆扩散机理公式计算出的扩散半径理论值间虽有30%35%的差异,但都处于可接受误差范围内.幂律型流体柱形渗透注浆扩散机理在整体上能较好地反映幂律型流体在被注介质中的柱形注浆渗透扩散规律,可为实际注浆施工提供理论支撑与指导作用.

不同粒径分布多孔介质的幂律流体渗透注浆机制

以分形理论与幂律流体在多孔介质中的渗流运动方程为基础,推导出不同粒径分布因素的多孔介质幂律流体渗透注浆理论模型,通过室内试验与COMSOL Multiphysics软件对理论模型进行验证,同时使用并行电法仪对浆液扩散范围进行监测,开展不同注浆压力与多孔介质孔隙率条件下的模型试验与数值仿真分析。结果表明:激励电流可以较好地指示浆液的渗流路径,视电阻成像分析可对浆液扩散范围进行宏观监测,幂律流体在考虑不同粒径组成多孔介质中的渗透扩散半径小于不考虑不同粒径组成多孔介质中的扩散半径,二者相差的均值为11.77%,且考虑不同粒径组成多孔介质模型得到的扩散半径更接近实测值,且注浆压力与多孔介质孔隙率越大,越不能忽略不同粒径分布因素对浆液扩散的影响,采用该理论模型更能反映幂律流体在不同粒径组成多孔介质中的渗透扩散规律。将该理论模型成功应用于顾北矿南二采区1512(3)工作面预注浆加固,取得了良好的工程实践效果。

流变参数时变性幂律型水泥浆液的柱形渗透注浆机制研究

幂律型水泥浆液的流变参数时变性特征对注浆效果具有非常重要的影响。采用理论分析与实验研究等方法,研究时变性幂律型水泥浆液的流变方程与渗流运动方程,推导流变参数时变性幂律型水泥浆液的柱形渗透注浆扩散机制,分析其适用范围及参数的确定方法,探讨注浆管侧面注浆孔的设计依据。通过设计注浆实验对其进行验证,结果表明:实际测量计算的幂律型水泥浆液在被注砾(砂)石体中的等效横向扩散半径值与由流变参数时变性幂律型水泥浆液的柱形渗透注浆扩散机制公式计算出的扩散半径理论值间虽有20%~30%的差异,然都处于可接受的范围内,因此能较好地说明幂律型水泥浆液在被注材料中随时间变化的柱形渗透注浆特征与规律。该研究成果可为实际注浆施工提供理论支撑与指导作用。

幂律型流体的柱–半球形渗透注浆机制研究

在实际工程实践中,注浆是最常用的方法,注浆扩散机制是决定其能否在工程中成功应用的关键因素。采用理论分析与试验研究等方法,研究幂律型流体的柱–半球形渗透注浆形式的柱体部分扩散高度与半球形部分扩散半径的理论机制公式并分析其适用范围及参数的确定方法。通过设计室内注浆试验对其进行验证,结果表明：试验实际测量的半球体部分扩散半径及柱体部分扩散高度值与由幂律型流体的柱–半球形渗透注浆扩散公式得到的扩散半径与扩散高度理论计算值间虽有30%-35%的差异,但都处于可接受误差范围内,在总体上能较好地反映幂律型流体在被注介质中的柱–半球形注浆渗透扩散规律。由于国际国内对幂律型注浆流体的柱–半球形渗透注浆机制的研究还鲜见报道,由此,本文的研究成果可为实际注浆施工提供一定理论支撑与指导作用。

考虑多孔介质迂回曲折效应的幂律流体柱形渗透注浆机制

多孔介质的迂回曲折效应对浆液在其中的渗透扩散与注浆效果具有非常重要的影响。采用理论分析,研究考虑多孔介质迂回曲折效应的幂律流体渗流运动方程,推导考虑多孔介质迂回曲折效应的幂律流体柱形渗透注浆机制;基于计算机编程技术,依托COMSOL Multiphysics平台与达西定律,二次开发得到考虑多孔介质迂回曲折效应的幂律流体柱形渗透注浆机制的三维数值模拟程序,并以此开展不同水灰比幂律型水泥浆液在砾石土体中渗透注浆过程的数值模拟;通过对比分析,研究理论分析、模型试验与数值模拟结果验证该理论机制。研究结果表明:采用考虑多孔介质迂回曲折效应的幂律流体柱形渗透注浆机制得到的扩散半径理论计算值、数值模拟值较不考虑多孔介质迂回曲折效应的幂律流体柱形渗透注浆扩散机制公式得到的扩散半径理论计算值、数值模拟值更接近注浆模型试验值,因此可较好地说明考虑多孔介质迂回曲折效应的幂律流体柱形渗透注浆机制较不考虑多孔介质迂回曲折效应的幂律流体柱形渗透注浆扩散机制公式更能反映幂律流体在多孔介质中的渗透注浆扩散规律。该研究成果可为多孔介质地层的实践注浆工程设计及施工提供一定的理论指导与技术参考。