透明裂隙介質(zhì)注漿擴(kuò)散機(jī)理試驗(yàn)研究.pdf

1、地下工程突水大都與巖體斷層和裂隙有關(guān)。斷層、裂隙都有一定的開度及延展性，由此所形成的地層空隙往往會(huì)成為導(dǎo)水優(yōu)勢(shì)通道。注漿技術(shù)作為一項(xiàng)實(shí)用性強(qiáng)、適用性廣的工程技術(shù)，已成為突水災(zāi)害防治和預(yù)防的關(guān)鍵技術(shù)之一。本文采用室內(nèi)模擬試驗(yàn)研究和理論分析相結(jié)合的方法，以野外裂隙發(fā)育特性為研究基礎(chǔ)，以注漿技術(shù)的工程實(shí)踐及理論研究認(rèn)識(shí)為依據(jù)，對(duì)巖體裂隙介質(zhì)突水災(zāi)害進(jìn)行地質(zhì)模型概化，利用透明土技術(shù)的實(shí)時(shí)、可視化、無損、無人工干擾等觀測(cè)優(yōu)點(diǎn)，組建了基于透明土技術(shù)

2、的粗糙平板單裂隙試驗(yàn)?zāi)Ｐ拖到y(tǒng)與基于透明土技術(shù)的巖體裂隙網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)?zāi)Ｐ拖到y(tǒng)。結(jié)合理論分析分別對(duì)兩種流體的漿液與模擬裂隙作用機(jī)理、粗糙平板單裂隙注漿效果及擴(kuò)散理論模型、巖體網(wǎng)絡(luò)裂隙注漿效果及擴(kuò)散理論模型等進(jìn)行了研究。主要結(jié)論如下：
　　（1）以重慶巫山地區(qū)三疊系巴東組泥巖、泥灰?guī)r及嘉陵江組灰?guī)r為例，進(jìn)行了巖體裂隙測(cè)量和發(fā)育特征的分析研究。主要研究了裂隙的發(fā)育、充填與粗糙度等特點(diǎn)。應(yīng)用分形維數(shù)的方法進(jìn)行野外裂隙粗糙度的判別。根據(jù)謝和平的公

3、式所得到的六張圖像中分維數(shù)對(duì)應(yīng)的JRC值取值在9~23之間，與Barton標(biāo)準(zhǔn)曲線有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。為了考慮到起伏度Wa對(duì)裂隙JRC值的影響，提出分形維數(shù)D與起伏度Wa綜合控制JRC的理論公式，經(jīng)計(jì)算裂隙的粗糙度JRC值基本在0~20之間變化，精確度滿足要求。
　?。?）利用透明土技術(shù)進(jìn)行了牛頓流體在巖體裂隙網(wǎng)絡(luò)中滲透擴(kuò)散的特性研究。對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可得到流體擴(kuò)散半徑與擴(kuò)散時(shí)間的擬合公式。擬合公式與馬格（Maag）球形擴(kuò)散滲透理論公

4、式有一定的相似性。可知，牛頓流體在裂隙巖體網(wǎng)絡(luò)中滲透已表現(xiàn)出類似在砂土孔隙滲透擴(kuò)散的特點(diǎn)，故而裂隙充填物對(duì)裂隙滲流特性的改造作用顯著。
　?。?）利用透明土技術(shù)完成了含充填物的粗糙平板單裂隙賓漢姆漿液注漿正交試驗(yàn)。由正交試驗(yàn)的極差分析結(jié)果可知，三種因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響的主次順序?yàn)樽{壓力＞動(dòng)水流速＞漿液凝膠時(shí)間。通過各因素的直觀分析圖及方差分析表，可知注漿壓力是影響漿液擴(kuò)散效果的最主要因素，其在α=0.05，α=0.10水平下均顯著

5、，而動(dòng)水流速和漿液凝膠時(shí)間對(duì)擴(kuò)散距離的影響不顯著。
　?。?）含充填物的粗糙平板單裂隙賓漢姆漿液注漿正交試驗(yàn)中漿液的擴(kuò)散形態(tài)根據(jù)其形態(tài)變化規(guī)律分為兩大類型，近圓狀擴(kuò)散及順?biāo)魃嘈螖U(kuò)散。其中近圓狀擴(kuò)散根據(jù)擴(kuò)散邊界的平整度可以分為邊緣鋸齒狀擴(kuò)散和邊緣平滑型擴(kuò)散。近圓形鋸齒狀擴(kuò)散型集中出現(xiàn)在注漿壓力較低水平、漿液膠凝時(shí)間較高水平的注漿條件下，與動(dòng)水流速水平相關(guān)性不大。近圓形平滑型擴(kuò)散集中出現(xiàn)在動(dòng)水流速較低水平、漿液膠凝時(shí)間較低水平的注漿

6、條件下，與注漿壓力水平相關(guān)性不大。順?biāo)魃嘈螖U(kuò)散形態(tài)集中出現(xiàn)在較高的注漿壓力水平及較高的動(dòng)水流速試驗(yàn)條件下，與漿液凝膠時(shí)間水平的相關(guān)性不大。
　?。?）通過對(duì)含充填物的粗糙平板單裂隙賓漢姆漿液注漿正交試驗(yàn)中漿液的填充狀態(tài)的總結(jié)，漿液擴(kuò)散結(jié)果有分區(qū)型與不分區(qū)型之分。其中漿液擴(kuò)散分區(qū)型中根據(jù)漿液的凝固特征可以進(jìn)一步劃分為漿液二分區(qū)型，漿液三分區(qū)型及漿液剪裂型。另外，根據(jù)測(cè)壓孔曲線的形態(tài)特征，可將試驗(yàn)結(jié)果大致分為三類，“響應(yīng)跟隨型”孔壓

7、曲線，“欲揚(yáng)先抑型”孔壓曲線，“先揚(yáng)后抑型”孔壓曲線。其呈現(xiàn)出不同特征的主要原因?yàn)樽{壓力的差異以及漿液最終凝固區(qū)域范圍的不同導(dǎo)致模型內(nèi)部滲流場(chǎng)的差異。
　　（6）依據(jù)立方定律推導(dǎo)思路，基于注漿量守恒原則，分別對(duì)光滑無充填平板單裂隙牛頓流體注漿擴(kuò)散、粗糙含充填物的平板單裂隙牛頓流體注漿擴(kuò)散、光滑無充填平板單裂隙賓漢姆流體注漿擴(kuò)散和粗糙含充填物的平板單裂隙賓漢姆流體注漿擴(kuò)散四種試驗(yàn)條件下的擴(kuò)散機(jī)理進(jìn)行了分析，推導(dǎo)了數(shù)學(xué)模型，給出了注