黏时变渗透分段注浆压力的上、下限解

在浆液的黏时变效应下,渗透注浆压力(p)和注浆速率(q)都是随时间t变化的,给注浆工程的设计计算带来困难。首先,考虑到设计的便利,利用定积分原理,提出了p-q双时间变量下对应的分段注浆压力(P)和注浆速率(Q)的工程定义。其次,根据黏时变理论和Darcy定律,建立了p-q双时间变量下的黏时变渗透注浆解析模型(包括物理方程、几何方程和边界条件),揭示了黏时变渗透注浆的复杂数学物理过程,讨论了模型解的存在性与唯一性。再次,利用P-Q的工程定义式和渗透注浆解析模型进行P的理论解研究,充分利用积分不等式的性质,分别得到了P的下限与上限通解,讨论解的科学性与普适性。最后,结合当前实际工程需要,进一步讨论了指数黏时变函数P的上、下限特解(包括球面和柱面两种扩散模式)。

倾斜裂隙水平孔注浆浆液扩散规律

华北型煤田下组煤资源受奥陶系中统厚层灰岩或太原组薄层灰岩等承压含水层突水威胁严重,现阶段利用水平定向钻对含水层进行超前区域注浆改造是消除底板突水威胁、解放煤炭资源的重要手段。但由于底板岩溶裂隙含水层水平注浆孔浆液扩散规律不清,注浆设计和工程实践中的关键注浆参数确定缺少理论依据,无法有效把控注浆过程、保证注浆效果,因此综合采用室内试验、理论推导、数值分析、对比验证和数值模拟等手段研究构建了倾斜裂隙水平注浆孔牛顿流体和黏时变性流体浆液扩散模型,通过模型试验和数值模拟计算进行了对比验证,计算分析了不同因素下倾斜裂隙浆液扩散迹线和扩散距离变化规律。研究结果:理论计算得到的浆液扩散形态和倾角的影响特征与倾斜裂隙浆液扩散物理模型试验结果和数值模拟计算结果具有一致性;岩溶含水层单裂隙中不同注浆压力、裂隙倾角(不包括0°)、裂隙开度和浆液水灰比下中浆液扩散形态为沿中心垂线对称的近似椭圆形态,上方裂隙中部迹线呈现微凹特征分布,浆液扩散距离最大值和最小值分别出现在方位角180°和0°位置。下方裂隙浆液扩散迹线范围的增加幅度大于上方裂隙;浆液扩散迹线范围在下方裂隙和上方裂隙中随裂隙倾角增加分别增大和减小;相同条件下,水平注浆孔上方裂隙中的浆液扩散距离大于下方裂隙中的,且在宽张裂隙尺度下差距呈现倍数增加特征。