注漿是處理地下工程災(zāi)害的重要方法之一,可有效實(shí)現(xiàn)破碎地層加固、減小沉降、突水突泥防控等一系列治理目標(biāo)。漿液本構(gòu)形式以及漿液與被注介質(zhì)間力學(xué)作用的復(fù)雜性是制約注漿理論發(fā)展的關(guān)鍵問題,而傳統(tǒng)的水泥類漿液和新興的膨脹顆粒類漿液同屬于懸濁液,在流動規(guī)律方面存在許多共性。本文基于懸濁液的流變特性,以理論分析及數(shù)值模擬為主要研究手段,對漿液在地層中的擴(kuò)散形式及流動規(guī)律展開研究。在地層劈裂注漿加固方面,分別以粘聚性介質(zhì)(軟巖、黏土)、顆粒介質(zhì)(砂性土、礫石土)以及土石復(fù)合介質(zhì)作為被注介質(zhì),研究了漿液在地層中的劈裂-滲濾聯(lián)合擴(kuò)散機(jī)制,分析了注漿壓力、漿液性質(zhì)、被注介質(zhì)構(gòu)成、地層條件等因素對漿液流動的影響規(guī)律。在動水注漿封堵方面,建立了適用于膨脹顆粒類漿液的流體本構(gòu)及漿液流動方程,計算分析了漿液在巖溶管道以及裂隙中的動水?dāng)U散規(guī)律。主要工作及創(chuàng)新成果如下:(1)針對粘土、軟巖等粘聚性介質(zhì),建立了單一路徑注漿劈裂擴(kuò)散模型,并采用漸進(jìn)解法對偏微分方程組進(jìn)行計算推導(dǎo)。獲得了不同漿液粘度、.注漿流量等影響因素下劈裂通道形態(tài)時空變化規(guī)律。(2)針對砂性土、砂層等顆粒型介質(zhì),分析水泥漿液顆粒與介質(zhì)顆粒間的微觀力學(xué)作用...

【文章頁數(shù)】：249 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景與意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 劈裂注漿擴(kuò)散理論
        1.2.2 動水注漿擴(kuò)散理論
    1.3 目前存在的主要問題
    1.4 主要研究內(nèi)容、技術(shù)路線與創(chuàng)新點(diǎn)
        1.4.1 主要研究內(nèi)容
        1.4.2 技術(shù)路線
        1.4.3 主要創(chuàng)新點(diǎn)
第二章 單一路徑注漿劈裂數(shù)學(xué)模型及其漸進(jìn)解法
    2.1 單一路徑注漿劈裂理論概述
        2.1.1 粘聚性介質(zhì)劈裂注漿過程
        2.1.2 顆粒介質(zhì)劈裂注漿過程
        2.1.3 漿液起劈與劈裂通道擴(kuò)展理論的關(guān)系
    2.2 單一劈裂路徑注漿擴(kuò)散數(shù)學(xué)模型建立
        2.2.1 漿液劈裂物理過程及相關(guān)變量
        2.2.2 模型基本假設(shè)
        2.2.3 漿液流動與地層變形控制方程
        2.2.4 劈裂通道擴(kuò)展條件
    2.3 漿液劈裂擴(kuò)散方程的漸進(jìn)解法
        2.3.1 方程組及劈裂通道擴(kuò)展條件無量綱化
        2.3.2 特征參量表達(dá)式的確定
        2.3.3 粘度主導(dǎo)擴(kuò)散條件下的方程組簡化
        2.3.4 方程組求解
    2.4 漿液擴(kuò)散范圍及地層變形規(guī)律分析
        2.4.1 不同粘度條件下擴(kuò)散形態(tài)及巖土體位移變化
        2.4.2 不同彈性模量條件下擴(kuò)散形態(tài)及巖土體位移變化
        2.4.3 不同注漿速率條件下擴(kuò)散形態(tài)及巖土體位移變化
    2.5 本章小結(jié)
第三章 考慮漿-土界面滲濾的劈裂注漿擴(kuò)散機(jī)理
    3.1 滲濾效應(yīng)對顆粒介質(zhì)注漿劈裂的影響機(jī)制
        3.1.1 表層滲濾與深層滲濾過程簡述
        3.1.2 滲濾效應(yīng)影響下的漿液劈裂微觀力學(xué)過程
        3.1.3 滲濾效應(yīng)與劈裂注漿加固效果的辯證關(guān)系
    3.2 考慮漿-土界面滲濾過程的劈裂注漿擴(kuò)散模型
        3.2.1 注漿劈裂擴(kuò)散數(shù)學(xué)模型建立
        3.2.2 方程組無量綱化處理
        3.2.3 劈裂主導(dǎo)條件下的方程求解
        3.2.4 滲透主導(dǎo)條件下的方程求解
    3.3 劈裂-滲透聯(lián)合擴(kuò)散數(shù)值模型
        3.3.1 劈裂通道擴(kuò)展數(shù)值表征方法
        3.3.2 裂隙與介質(zhì)孔隙流動控制方程
        3.3.3 地層位移方程及劈裂通道擴(kuò)展條件
        3.3.4 網(wǎng)格劃分及相關(guān)計算參數(shù)
    3.4 漿液擴(kuò)散規(guī)律分析
        3.4.1 不同濾失系數(shù)下的擴(kuò)散范圍及地層位移變化
        3.4.2 注漿加固范圍隨注漿時間的變化
    3.5 本章小結(jié)
第四章 土石復(fù)合介質(zhì)注漿劈裂擴(kuò)散及加固機(jī)理
    4.1 土石復(fù)合介質(zhì)中的注漿劈裂擴(kuò)散模式
        4.1.1 水力劈裂基本類型劃分
        4.1.2 介質(zhì)組成及漿液性質(zhì)對劈裂模式的影響
    4.2 土石復(fù)合介質(zhì)注漿劈裂擴(kuò)散數(shù)值分析
        4.2.1 劈裂通道擴(kuò)展有限元模擬方法概述
        4.2.2 介質(zhì)破壞-滲透率變化關(guān)系數(shù)學(xué)描述
        4.2.3 有限元模型建立
        4.2.4 漿液擴(kuò)散規(guī)律分析
    4.3 土石復(fù)合介質(zhì)注漿加固體離散元數(shù)值模型
        4.3.1 土石復(fù)合介質(zhì)基本力學(xué)性質(zhì)
        4.3.2 注漿加固體強(qiáng)度影響因素分析
        4.3.3 加固體多結(jié)構(gòu)離散元表征方法
        4.3.4 注漿加固體離散元模型建立
    4.4 漿脈對注漿加固體強(qiáng)度影響規(guī)律
        4.4.1 漿脈空間分布形態(tài)描述方法
        4.4.2 漿脈均勻度對加固體強(qiáng)度的影響
        4.4.3 漿脈形態(tài)各向異性
        4.4.4 加固體強(qiáng)度公式建立
    4.5 含塊石影響的注漿加固體強(qiáng)度
        4.5.1 塊石骨架轉(zhuǎn)化率
        4.5.2 均勻度對骨架轉(zhuǎn)化率的影響
        4.5.3 骨架轉(zhuǎn)化率與注漿率的函數(shù)關(guān)系
        4.5.4 塊石含量對骨架轉(zhuǎn)化率的影響
    4.6 本章小結(jié)
第五章 考慮懸浮顆粒膨脹的漿液流變性質(zhì)研究
    5.1 吸水樹脂注漿材料基本理化性質(zhì)
        5.1.1 材料吸水膨脹機(jī)理及性能簡介
        5.1.2 顆粒最大膨脹倍率
        5.1.3 顆粒吸水膨脹速率
        5.1.4 漿液流動度
    5.2 膨脹顆粒漿液流動機(jī)制分析
        5.2.1 顆粒膨脹過程中的漿液形態(tài)轉(zhuǎn)化
        5.2.2 顆粒膨脹對漿液流變性質(zhì)的影響
        5.2.3 漿液流變性質(zhì)與顆粒分布狀態(tài)的內(nèi)在聯(lián)系
    5.3 膨脹顆粒漿液本構(gòu)模型
        5.3.1 連續(xù)性假設(shè)及代表性單元體
        5.3.2 漿液宏觀粘度定義
        5.3.3 漿液粘度影響因素分析
        5.3.4 膨脹顆粒漿液粘度函數(shù)
    5.4 本章小結(jié)
第六章 顆粒膨脹漿液動水?dāng)U散理論模型
    6.1 膨脹材料動水注漿過程概述
    6.2 漿液動水?dāng)U散數(shù)學(xué)模型
        6.2.1 問題簡化及基本假設(shè)
        6.2.2 巖溶管道漿液擴(kuò)散方程
        6.2.3 漿液鋒面運(yùn)移方程
        6.2.4 擴(kuò)散距離及速度變化規(guī)律
    6.3 考慮粘度時空變化的漿液擴(kuò)散模型
        6.3.1 漿液運(yùn)移過程中的粘度時空不均勻性
        6.3.2 顆粒運(yùn)移膨脹對粘度時空分布的影響機(jī)制
        6.3.3 漿液運(yùn)移-粘度變化耦合計算方法
    6.4 基于粘度時空變化的漿液擴(kuò)散規(guī)律分析
        6.4.1 低膨脹速率條件下漿液擴(kuò)散規(guī)律
        6.4.2 高膨脹速率條件下漿液擴(kuò)散規(guī)律
    6.5 本章小結(jié)
第七章 基于CFD- DEM的顆粒膨脹漿液擴(kuò)散數(shù)值模擬
    7.1 膨脹顆粒漿液流動CFD-DEM數(shù)值模型
        7.1.1 CFD-DEM數(shù)值模擬方法簡介
        7.1.2 網(wǎng)格劃分及流場信息計算
        7.1.3 顆粒-流體作用計算方法
        7.1.4 計算流程
    7.2 巖溶管道動水注漿擴(kuò)散規(guī)律分析
        7.2.1 計算模型
        7.2.2 顆粒膨脹形態(tài)及粘度分布
        7.2.3 漿液擴(kuò)散距離隨時間的變化
        7.2.4 孔隙率時空變化
        7.2.5 流體拖曳力時空變化
    7.3 裂隙動水注漿擴(kuò)散規(guī)律分析
        7.3.1 計算模型
        7.3.2 漿液擴(kuò)散范圍及顆粒膨脹形態(tài)
        7.3.3 顆粒膨脹對運(yùn)移軌跡及流場的影響
        7.3.4 顆粒與流體間的相互作用
    7.4 裂隙動水注漿封堵機(jī)制
        7.4.1 注漿封堵區(qū)影響因素
        7.4.2 漿水速比對擴(kuò)散距離影響
        7.4.3 漿水速比對擴(kuò)散速度的影響
        7.4.4 漿液極限擴(kuò)散開度
    7.5 本章小結(jié)
第八章 結(jié)論與展望
    8.1 主要結(jié)論
    8.2 進(jìn)一步研究的建議與展望
參考文獻(xiàn)
致謝
發(fā)表論文
參與項(xiàng)目
獲得獎勵
學(xué)位論文評閱及答辯情況表



本文編號：3821691