本文關(guān)鍵詞：基于孔隙—裂隙滲透效應(yīng)的注漿擴(kuò)散分析方法

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【摘要】：地下工程涌水災(zāi)害治理問題一直是困擾地下工程安全快速施工的主要難題之一,而地下工程巖體具有結(jié)構(gòu)多樣、各向異性強(qiáng)烈、水文地質(zhì)條件差異性大等特點,對于注漿治理提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。其中,地下工程中廣泛存在裂隙切割較為嚴(yán)重且圍巖介質(zhì)本身透水性較強(qiáng)的圍巖體(如裂隙切割強(qiáng)烈的高孔隙率砂巖地層),圍巖不僅作為主要儲水介質(zhì),也作為導(dǎo)水通道與裂隙一起構(gòu)成地下水流動通道,該種巖體在注漿理論研究中可抽象為孔隙-裂隙介質(zhì),該孔隙-裂隙介質(zhì)具有如下特點：①裂隙網(wǎng)絡(luò)切割巖體,裂隙導(dǎo)水能力較強(qiáng)；②孔隙介質(zhì)孔隙率高、滲透性強(qiáng),與裂隙相比滲透性能處于同一數(shù)量級；③流體在該介質(zhì)中流動時,裂隙流動與孔隙流動在裂隙邊界處發(fā)生強(qiáng)烈的質(zhì)量交換。本文基于裂隙流動與孔隙流動分析方法,研究了牛頓流體在孔隙-裂隙介質(zhì)中的擴(kuò)散規(guī)律,系統(tǒng)分析了不同參數(shù)對漿液在孔隙-裂隙介質(zhì)中擴(kuò)散規(guī)律的影響,取得了一系列成果。并基于研究成果,從注漿堵水和加固地層兩個角度出發(fā),對實際注漿設(shè)計提出了改進(jìn)建議。(1)針對裂隙切割較為嚴(yán)重且圍巖介質(zhì)本身透水性較強(qiáng)的圍巖體的水力學(xué)特征,建立了孔隙-裂隙介質(zhì)注漿擴(kuò)散模型,選取單一裂隙+孔隙介質(zhì)為研究對象,將漿液擴(kuò)散過程簡化為水平輻射圓,漿液在裂隙擴(kuò)散過程中伴隨漿液在裂隙通道側(cè)壁的滲透過程,分別建立裂隙注漿擴(kuò)散過程與滲透注漿擴(kuò)散過程的運動控制方程,利用漿液在基巖孔隙介質(zhì)中的滲透量指標(biāo)實現(xiàn)兩個擴(kuò)散過程的雙向耦合,建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)物理模型。(2)提出了基于試錯法的孔隙-裂隙介質(zhì)注漿擴(kuò)散分析思想,建立了孔隙-裂隙介質(zhì)注漿擴(kuò)散的迭代計算方法,實現(xiàn)了孔隙-裂隙介質(zhì)注漿擴(kuò)散過程的有效描述,可求解任意注漿時刻基巖孔隙中的漿液滲透量,為孔隙-裂隙介質(zhì)注漿過程分析提供一種新思路。并通過與有限元計算軟件COMSOL對孔隙-裂隙介質(zhì)注漿擴(kuò)散過程的計算結(jié)果進(jìn)行對標(biāo),驗證了所提出的計算方法的合理性。(3)運用所提出的理論模型和計算方法進(jìn)行了不同工況的注漿過程模擬,并選取合理的邊界條件和初始條件,根據(jù)實際工況選取了注漿參數(shù),得出了漿液在孔隙-裂隙介質(zhì)和單一平板裂隙中壓力分布規(guī)律和擴(kuò)散形態(tài)。(4)分別針對各影響因素進(jìn)行分析,通過對比分析得出了一系列漿液擴(kuò)散規(guī)律,從注漿堵水范圍和加固范圍兩個角度出發(fā),分析了孔隙-裂隙介質(zhì)注漿模型與傳統(tǒng)裂隙注漿模型的不同之處；并通過各參數(shù)的對比分析說明了孔隙-裂隙介質(zhì)模型對注漿工作的影響。(5)基于正交試驗思想,選取了5因素4水平的正交試驗,得出了對漿液在基巖孔隙介質(zhì)中滲透擴(kuò)散量占總注漿量百分比影響因素大�。毫严堕_度滲透率孔隙率注漿時間注漿速率。希望對注漿設(shè)計有所指導(dǎo)。(6)通過孔隙-裂隙介質(zhì)注漿擴(kuò)散現(xiàn)象驗證試驗,分析試驗現(xiàn)象,并結(jié)合電鏡掃描結(jié)果得出以下結(jié)論：在孔隙-裂隙介質(zhì)注漿過程中,漿液的擴(kuò)散運移過程比傳統(tǒng)的裂隙注漿或滲透注漿要復(fù)雜的多,裂隙通道具有高滲透率,而基巖孔隙介質(zhì)滲透率比裂隙通道的滲透率低幾個數(shù)量級,漿液從裂隙通道進(jìn)入基巖孔隙介質(zhì)從而產(chǎn)生竄流,該過程導(dǎo)致了漿液在基巖孔隙介質(zhì)中的滲透擴(kuò)散,而不是傳統(tǒng)的裂隙注漿中僅僅考慮漿液在裂隙系統(tǒng)中的擴(kuò)散。
【關(guān)鍵詞】：孔隙-裂隙介質(zhì) 注漿擴(kuò)散模型 擴(kuò)散規(guī)律 正交試驗 注漿設(shè)計
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TU753
【目錄】：

• 摘要10-12
• ABSTRACT12-15
• 第1章 緒論15-27
• 1.1 研究背景15
• 1.2 注漿技術(shù)現(xiàn)狀15-18
• 1.2.1 國外注漿技術(shù)現(xiàn)狀16
• 1.2.2 國內(nèi)注漿技術(shù)現(xiàn)狀16
• 1.2.3 現(xiàn)有注漿工法16-18
• 1.3 注漿理論研究現(xiàn)狀18-23
• 1.3.1 滲透注漿理論18-19
• 1.3.2 壓密注漿理論19
• 1.3.3 劈裂注漿理論19-21
• 1.3.4 動水注漿理論21
• 1.3.5 裂隙巖體注漿理論21-23
• 1.4 裂隙-孔隙介質(zhì)滲流研究現(xiàn)狀23-24
• 1.5 注漿模型試驗與數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀24-25
• 1.5.1 注漿模型試驗研究現(xiàn)狀24
• 1.5.2 注漿數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀24-25
• 1.6 主要研究內(nèi)容、方法及技術(shù)路線25-27
• 1.6.1 主要研究內(nèi)容25-26
• 1.6.2 技術(shù)路線26-27
• 第2章 孔隙-裂隙介質(zhì)注漿擴(kuò)散分析模型27-41
• 2.1 孔隙-裂隙介質(zhì)注漿擴(kuò)散過程概述27-28
• 2.2 孔隙-裂隙介質(zhì)注漿擴(kuò)散理論模型28-35
• 2.2.1 注漿物理模型構(gòu)建28-30
• 2.2.2 模型假設(shè)條件30
• 2.2.3 漿液本構(gòu)方程30-31
• 2.2.4 裂隙通道漿液擴(kuò)散運動控制方程31-33
• 2.2.5 孔隙介質(zhì)漿液擴(kuò)散運動控制方程33-34
• 2.2.6 裂隙流動與孔隙流動的耦合分析34-35
• 2.3 基于試錯法的孔隙-裂隙介質(zhì)注漿擴(kuò)散計算方法35-39
• 2.3.1 △t時刻漿液滲透量確定方法35-38
• 2.3.2 等效壓力方法38-39
• 2.4 本章小結(jié)39-41
• 第3章 漿液在孔隙-裂隙介質(zhì)中擴(kuò)散規(guī)律及影響因素分析41-66
• 3.1 基于試錯法的孔隙-裂隙介質(zhì)計算方法合理性檢驗41-49
• 3.1.1 基于試錯法的孔隙-裂隙介質(zhì)注漿擴(kuò)散過程計算結(jié)果41-43
• 3.1.2 基于COMSOL軟件的漿液擴(kuò)散過程有限元計算結(jié)果43-48
• 3.1.3 兩種計算結(jié)果對比分析48-49
• 3.2 孔隙-裂隙介質(zhì)漿液擴(kuò)散規(guī)律分析49-59
• 3.2.1 裂隙開度b49-51
• 3.2.2 注漿速率q51-53
• 3.2.3 基巖孔隙介質(zhì)的滲透率k53-55
• 3.2.4 基巖孔隙介質(zhì)的孔隙率n55-57
• 3.2.5 漿液粘度u57-59
• 3.3 與傳統(tǒng)裂隙注漿擴(kuò)散計算結(jié)果對比59-64
• 3.3.1 裂隙開度b59-61
• 3.3.2 注漿速率q61-63
• 3.3.3 漿液粘度u63-64
• 3.4 本章小結(jié)64-66
• 第4章 孔隙-裂隙介質(zhì)漿液擴(kuò)散正交試驗66-76
• 4.1 正交試驗法概述66-67
• 4.1.1 正交試驗法的產(chǎn)生及發(fā)展66
• 4.1.2 正交試驗法特點66-67
• 4.1.3 正交試驗法方法步驟67
• 4.2 孔隙-裂隙介質(zhì)注漿擴(kuò)散正交試驗67-70
• 4.3 試驗結(jié)果分析70-75
• 4.3.1 同一因素不同水平影響分析70-71
• 4.3.2 極差分析71-73
• 4.3.3 影響因素趨勢分析73-75
• 4.4 本章小結(jié)75-76
• 第5章 孔隙-裂隙介質(zhì)注漿現(xiàn)象驗證試驗76-84
• 5.1 孔隙-裂隙介質(zhì)注漿擴(kuò)散試驗76-79
• 5.1.1 孔隙-裂隙介質(zhì)注漿試驗裝置76-77
• 5.1.2 注漿擴(kuò)散試驗設(shè)計77-79
• 5.2 孔隙-裂隙介質(zhì)注漿擴(kuò)散結(jié)果分析79-82
• 5.2.1 注漿壓力分析79
• 5.2.2 漿液擴(kuò)散形態(tài)79-80
• 5.2.3 注漿巖樣電鏡掃描分析80-82
• 5.4 研究成果對注漿設(shè)計的指導(dǎo)意義82
• 5.5 本章小結(jié)82-84
• 第6章 結(jié)論及展望84-86
• 6.1 結(jié)論84-85
• 6.2 展望85-86
• 參考文獻(xiàn)86-91
• 致謝91-92
• 碩士期間科研成果92-93
• 學(xué)位論文評閱及答辯情況表93

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本文編號：596901