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《滲透注漿漿液擴散與注漿壓力分布數(shù)值模擬.pdf》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、水利學(xué)報2007年11月SHUILIXUEBAO第37卷第11期文章編號:05599350(2007)11140206滲透注漿漿液擴散與注漿壓力分布數(shù)值模擬1,422,31孫斌堂,凌賢長,凌晨,朱國榮(1南京大學(xué)地質(zhì)系,江蘇南京210093;2哈爾濱工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院,黑龍江哈爾濱150001;3海南省建設(shè)項目規(guī)劃設(shè)計研究院,海南?？?570203;4山東正元建沒工程有限責(zé)任公司,山東濟南250014)摘要:基于非穩(wěn)定滲流公式,推導(dǎo)了滲透注漿的漿液滲流基本微分方程,隨后將其由直角坐標(biāo)系下的解析形式轉(zhuǎn)換
2、成極坐標(biāo)系下的解析形式,并將其數(shù)值化離散,且給出合理的初始條件、邊界條件與邊界條件處理方法,得到了計算漿液滲流的有限元模型。最后對實際注漿工程進行計算。結(jié)果表明,計算結(jié)果與工程實際符合良好。柱狀注漿和非溶性漿液注漿在開始階段均十分容易灌注,而后隨漿液擴散半徑的增加,灌注的難度越來越大,且非溶性漿液注漿較柱狀注漿的難度大得多。關(guān)鍵詞:滲透注漿;注漿時間;注漿壓力分布;漿液擴散半徑;數(shù)值模擬中圖分類號:TV543文獻標(biāo)識碼:A1研究背景注漿技術(shù)雖然屬于一種傳統(tǒng)的工藝手段,但是因具有成本低、見效快、施工簡便等優(yōu)點而日益應(yīng)用于地基、路基、堤壩、邊坡等
3、多種工程的防滲加固處理,特別是在我國的應(yīng)用極其廣泛。然而,注漿技術(shù)中仍存在不少急待研究并予以解決的問題,尤其是注漿孔距、漿液壓力、注漿效果檢測等一般需要根據(jù)[1~3]既往工程經(jīng)驗、現(xiàn)場試驗等合理確定,這無疑給此項技術(shù)的推廣帶來一定困難。正因為如此,已陸續(xù)有學(xué)者相繼從理論和試驗兩方面開展注漿技術(shù)研究,如前蘇聯(lián)學(xué)者曾基于模擬注漿試驗且結(jié)合回歸[4][1]分析獲得漿液擴散半徑、注漿時間、注漿壓力、土的空隙性、漿液性質(zhì)之間關(guān)系;楊坪等通過模擬注漿試驗研究了注漿壓力、注漿時間、地層滲透系數(shù)等對漿液擴散半徑、結(jié)石體抗壓強度的影響;苗興城[2]等針對壓密注漿
4、工藝研究了注漿影響范圍、超孔壓分布規(guī)律、土的強度增長趨勢、地層抬高效應(yīng);楊秀[3]竹等基于廣義達西定律和球形擴散理論模型推導(dǎo)了賓漢體漿液在砂土中滲透注漿的有效擴散半徑的計算公式;文獻[5,6]依據(jù)活塞式驅(qū)替注漿滲流模型和高壓注漿滲流模型分析了高壓注漿過程中漿體[7~9]區(qū)、原水體區(qū)的壓力分布與停止注漿后井底壓力消退過程;鄒金鋒等建立了劈裂注漿的初始啟劈注漿壓力求解公式、壓密注漿極限注漿壓力的理論解答并研究了劈裂注漿的注漿壓力沿裂縫長度的衰減[10]規(guī)律、裂縫擴散規(guī)律;劉潤等研究了淺層壓力注漿后巖體邊坡中位移場變化、邊坡安全系數(shù)提高情況、巖體強度
5、參數(shù)增長程度與壓力注漿法取得顯著加固效果的原因?？偟膩砜?在注漿過程中,若能夠事先較準(zhǔn)確掌握漿液擴散過程和相應(yīng)的漿液擴散半徑與注漿時間、注漿壓力之間關(guān)系,將非常有助于進[11]行合理的注漿設(shè)計與施工。馬格公式和非溶性漿液滲透注漿理論,雖然給出了漿液擴散半徑與注漿時間、注漿壓力之間關(guān)系,但是實用意義不大,現(xiàn)有的注漿設(shè)計大多依據(jù)過去的工程實踐、而很少來自注[12~15]漿理論研究。鑒于上述,本文針對滲透注漿工藝,并考慮注漿防滲加固體的組成和結(jié)構(gòu)的個例性與不可預(yù)見性,通過數(shù)值模擬方法,研究漿液擴散規(guī)律及其主要影響因素,為注漿設(shè)計提供必要的理論依據(jù)。收
6、稿日期:20060303基金項目:國家自然科學(xué)基金項目(50378031,50178027);哈爾濱市科技攻關(guān)計劃項目(2003AA9CG048)作者簡介:孫斌堂(1969-),男,博士生,高級工程師,主要從事水文與水資源方面研究。Email:sbintang@sohu.com14022理論模型21基本微分方程建立為了便于推導(dǎo)基本微分方程的解析解,需要作如下基本假定:(1)注漿加固的土體為各向同性的均質(zhì)體且滲透系數(shù)保持定值。由于每一注漿孔的影響半徑一般只有15~2m,且每一有效注漿段只有1~2m,在如此小的范圍內(nèi)土性和滲透系
7、數(shù)的變化極小,所以該假定基本合理;(2)土體的孔隙性和漿液密度不隨注漿壓力大小而改變。由于只針對滲透注漿而非壓密注漿,注漿壓力相對較小而不對土體產(chǎn)生壓密作用或壓密作用很小,此外在較小的注漿壓力作用下漿液密度也不可能有明顯的變化,所以這種假定也基本合理;(3)漿液近似為牛頓流體且在土體中滲透符合達西定律。由于漿液的剪應(yīng)力剪應(yīng)變速率試驗曲線表明漿液的黏度系數(shù)近似為常數(shù)(只是開始部分為變量),為便于分析做這種假定。32直角坐標(biāo)系下漿液的流變過程見圖1。圖中q為單位面積上漿液的滲流量(單位:m(ms)),為漿液滲流矢量方向角,r為漿液擴散半徑方
8、向坐標(biāo)軸,y為與r垂直的坐標(biāo)軸度,dl為沿漿液滲流自由面的微分長度,dn為沿漿液滲流方向的微分長。根據(jù)通過微單元體的漿液流入量與流出量相等的原[16]
