本文關鍵詞：透明裂隙介質注漿擴散機理試驗研究

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【摘要】：地下工程突水大都與巖體斷層和裂隙有關。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成為導水優(yōu)勢通道。注漿技術作為一項實用性強、適用性廣的工程技術,已成為突水災害防治和預防的關鍵技術之一。本文采用室內模擬試驗研究和理論分析相結合的方法,以野外裂隙發(fā)育特性為研究基礎,以注漿技術的工程實踐及理論研究認識為依據,對巖體裂隙介質突水災害進行地質模型概化,利用透明土技術的實時、可視化、無損、無人工干擾等觀測優(yōu)點,組建了基于透明土技術的粗糙平板單裂隙試驗模型系統(tǒng)與基于透明土技術的巖體裂隙網絡試驗模型系統(tǒng)。結合理論分析分別對兩種流體的漿液與模擬裂隙作用機理、粗糙平板單裂隙注漿效果及擴散理論模型、巖體網絡裂隙注漿效果及擴散理論模型等進行了研究。主要結論如下:(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,進行了巖體裂隙測量和發(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。應用分形維數的方法進行野外裂隙粗糙度的判別。根據謝和平的公式所得到的六張圖像中分維數對應的JRC值取值在9~23之間,與Barton標準曲線有較好的對應關系。為了考慮到起伏度對裂隙JRC值的影響,提出分形維數D與起伏度綜合控制JRC的理論公式,經計算裂隙的粗糙度JRC值基本在0~20之間變化,精確度滿足要求。(2)利用透明土技術進行了牛頓流體在巖體裂隙網絡中滲透擴散的特性研究。對試驗數據分析可得到流體擴散半徑與擴散時間的擬合公式。擬合公式與馬格(Maag)球形擴散滲透理論公式有一定的相似性�？芍�,牛頓流體在裂隙巖體網絡中滲透已表現出類似在砂土孔隙滲透擴散的特點,故而裂隙充填物對裂隙滲流特性的改造作用顯著。(3)利用透明土技術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。由正交試驗的極差分析結果可知,三種因素對試驗結果影響的主次順序為注漿壓力動水流速漿液凝膠時間。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散效果的最主要因素,其在α=0.05,α=0.10水平下均顯著,而動水流速和漿液凝膠時間對擴散距離的影響不顯著。(4)含充填物的粗糙平板單裂隙賓漢姆漿液注漿正交試驗中漿液的擴散形態(tài)根據其形態(tài)變化規(guī)律分為兩大類型,近圓狀擴散及順水流舌形擴散。其中近圓狀擴散根據擴散邊界的平整度可以分為邊緣鋸齒狀擴散和邊緣平滑型擴散。近圓形鋸齒狀擴散型集中出現在注漿壓力較低水平、漿液膠凝時間較高水平的注漿條件下,與動水流速水平相關性不大。近圓形平滑型擴散集中出現在動水流速較低水平、漿液膠凝時間較低水平的注漿條件下,與注漿壓力水平相關性不大。順水流舌形擴散形態(tài)集中出現在較高的注漿壓力水平及較高的動水流速試驗條件下,與漿液凝膠時間水平的相關性不大。(5)通過對含充填物的粗糙平板單裂隙賓漢姆漿液注漿正交試驗中漿液的填充狀態(tài)的總結,漿液擴散結果有分區(qū)型與不分區(qū)型之分。其中漿液擴散分區(qū)型中根據漿液的凝固特征可以進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,根據測壓孔曲線的形態(tài)特征,可將試驗結果大致分為三類,“響應跟隨型”孔壓曲線,“欲揚先抑型”孔壓曲線,“先揚后抑型”孔壓曲線。其呈現出不同特征的主要原因為注漿壓力的差異以及漿液最終凝固區(qū)域范圍的不同導致模型內部滲流場的差異。(6)依據立方定律推導思路,基于注漿量守恒原則,分別對光滑無充填平板單裂隙牛頓流體注漿擴散、粗糙含充填物的平板單裂隙牛頓流體注漿擴散、光滑無充填平板單裂隙賓漢姆流體注漿擴散和粗糙含充填物的平板單裂隙賓漢姆流體注漿擴散四種試驗條件下的擴散機理進行了分析,推導了數學模型,給出了注漿時間與注漿擴散半徑的理論公式。(7)利用透明土技術結合石英立方塊體完成了含充填物的巖體裂隙網絡注漿試驗。漿液在底面的擴散大部分時間是近似于圓形,與在無充填的裂隙網絡中的擴散有明顯的差異。由此可知石英砂的填充物對裂隙的滲流特性有明顯影響。試驗得到的漿液擴散半徑為4.087 cm,根據速寶玉推導的擴散公式所得計算結果為4.586 cm,有一定的可比性。
【關鍵詞】：透明介質 巖體裂隙 化學注漿 擴散機理
【學位授予單位】：中國礦業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TU943
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-21
• 變量注釋表21-24
• 1 緒論24-36
• 1.1 研究背景及意義24-25
• 1.2 注漿技術國內外研究現狀25-31
• 1.3 透明土國內外研究現狀31-33
• 1.4 研究內容、方法和技術路線33-36
• 2 巖體裂隙的工程地質特性研究36-53
• 2.1 裂隙的產狀36-40
• 2.2 裂隙的發(fā)育規(guī)模40-42
• 2.3 裂隙的充填率42
• 2.4 裂隙的粗糙度42-52
• 2.5 本章小結52-53
• 3 試驗材料及試驗方案53-70
• 3.1 流體材料53-56
• 3.2 模擬裂隙介質材料56-58
• 3.3 透明土材料58-62
• 3.4 試驗方案62-68
• 3.5 本章小結68-70
• 4 巖體裂隙介質可灌注性及牛頓流體滲流特性研究70-88
• 4.1 巖體裂隙介質可灌注性理論70-73
• 4.2 單一粗糙平板裂隙牛頓流體漿液滲流特性73-84
• 4.3 含充填物的巖體裂隙網絡滲流特性84-87
• 4.4 本章小結87-88
• 5 含充填物的粗糙平板單裂隙注漿試驗研究88-125
• 5.1 含充填物的粗糙平板單裂隙注漿試驗88-106
• 5.2 漿液擴散分區(qū)及擴散路徑特征106-111
• 5.3 注漿壓力及孔壓監(jiān)測曲線111-117
• 5.4 含充填物的粗糙平板單裂隙注漿擴散機理分析117-123
• 5.5 本章小結123-125
• 6 含充填物的巖體裂隙網絡注漿試驗125-132
• 6.1 巖體裂隙網絡注漿試驗125-129
• 6.2 分析和討論129-131
• 6.3 本章小結131-132
• 7 結論與展望132-135
• 7.1 主要結論132-133
• 7.2 展望133-135
• 參考文獻135-143
• 作者簡歷143-145
• 學位論文數據集145

【參考文獻】

中國期刊全文數據庫 前6條

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本文編號：975852