基于速凝浆液流–固相变特性的裂隙岩体注浆扩散机制

作     者：张连震 黄长鑫 张庆松 裴妍 李志鹏 杨文东 刘军 王晓晨 ZHANG Lianzhen;HUANG Changxin;ZHANG Qingsong;PEI Yan;LI Zhipeng;YANG Wendong;LIU Jun;WANG Xiaochen

作者机构：中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院山东青岛266580 山东大学土建与水利学院山东济南250061 山东交通学院交通土建工程学院山东济南250357 山东建筑大学土木工程学院山东济南250101 

出 版 物：《岩石力学与工程学报》 (Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering)

年 卷 期：2024年第43卷第5期

页      面：1190-1203页

核心收录：

学科分类：08[工学] 080104[工学-工程力学] 0815[工学-水利工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家重点研发计划(2020YFB1600500) 国家自然科学基金资助项目(52179120,52171267) 

主　　题：岩石力学 速凝浆液 流–固相变特性 裂隙注浆 流变本构关系 模拟试验 

摘      要：速凝类浆液流–固相变特性对裂隙岩体注浆扩散过程具有显著影响。为揭示速凝浆液裂隙岩体注浆扩散机制,以水泥–水玻璃浆液(C-S浆液)作为典型速凝浆液,提出采用基于屈服应力、黏度均随时间变化的Bingham流变本构模型描述速凝浆液流–固相变特性,并通过室内试验获得C-S浆液的屈服应力、黏度时变方程,在此基础上建立速凝浆液裂隙注浆扩散过程理论模型。开展恒定注浆速率下的C-S浆液裂隙注浆模拟试验,获得注浆压力–时间关系与浆液压力空间分布情况,并对理论计算结果进行正确性验证,揭示速凝浆液屈服应力与黏度的时空分布特征,以及静水阻力、流体相阻力、固体相阻力三者在注浆扩散过程中的变化规律。研究结果表明:在C∶S体积比为1∶1,2∶1,3∶1三种工况下,C-S浆液的剪切应力–剪切速率关系均符合Bingham流变本构关系模型,随着C∶S体积比的增加,浆液流–固相变起始时间与结束时间均显著缩短,浆液屈服应力与黏度峰值均显著增加;相比试验结果,基于屈服应力与黏度均随时间变化的Bingham模型、屈服应力固定的Bingham模型、Newton模型的注浆压力计算结果最大误差分别为12.73%~19.62%,20.12%~29.44%,21.84%~31.35%,说明前1种模型优于后2种模型;在整个裂隙注浆扩散过程中,浆液流体相阻力先由0%快速增加至峰值,然后缓慢下降,固体相阻力在整个注浆扩散过程中一直呈近似线性增加趋势。不同C∶S体积比对注浆结束时刻的流体相阻力占比、固体相阻力占比影响不显著,注浆结束时刻的流体相阻力占比为81.7%~82.9%,固体相阻力占比为15.7%~17.3%。