岩体裂隙动水注浆试验及浆液扩散模型研究

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目前注浆技术在治理隧道、隧洞突水以及处理大坝坝体、坝基渗漏等工程中应用广泛,浆液在封堵裂隙的同时也能加固周围岩体从而增强结构的稳定性,但由于注浆施工具有独特的不可见性,因此针对浆液在裂隙中的扩散规律和封堵机理进行研究十分有必要。本文基于目前已有的研究成果,通过搭建室内动水注浆试验平台,研究了浆液基于倾斜光滑裂隙和倾斜粗糙裂隙在动态水流中的扩散规律,并且根据试验所得浆液扩散图像、动水流量、浆液覆盖率等数据分析了影响注浆堵水效果的因素,主要研究内容和成果如下:(1)基于动态水流开展了光滑单裂隙在倾斜角度下的注浆试验研究,共进行了 16组四因素四水平正交试验,试验结果表明对注浆堵水效果的影响权重由大到小依次为裂隙倾角、动水流速、注浆压力、水灰比。根据16组正交试验所记录的浆液扩散图像,将其扩散模式分为三类:类似圆形扩散至裂隙边界、类似椭圆形扩散至裂隙边界以及类似椭圆形扩散至裂隙出口。将16组测得的水流量数据描绘成图像可分为三类:单平台递减型、多平台递减型和持续递减型。(3)基于宾汉流体浆液,结合静力学、理论力学和几何学等对流体微元进行受力分析,建立了动态水流条件下宾汉浆液在倾斜裂隙内的扩散模型,考虑了裂隙倾斜角度、注浆压力、水流速度、裂隙开度等因素,并且在此基础上推导了浆液的扩散方程。(4)基于动态水流开展了粗糙裂隙在不同倾斜角度下的注浆试验研究,选取了常见的三条Barton粗糙度曲线:JRC=8~10、14~16、18~20,进行了四因素三水平正交试验,试验结果表明对注浆堵水效果的影响权重由大到小依次为粗糙度系数、动水流速、注浆压力、裂隙倾角。浆液最终分布模式分为四种:①封堵成功,无过水通道;②封堵效果一般,无明显过水通道但留有部分空腔区;③封堵效果较差,沿裂隙两侧留有过水通道和空腔区;④封堵效果很差,沿裂隙两侧留有较大过水通道和空腔区四种类型。将9组正交试验所得流量数据描绘成图像,可分为三类:水平持续递减型、双平台递减型和锯齿波动型。
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