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注浆材料的抗水性能及渗透注浆扩散规律数值模拟研究

注浆材料的抗水性能及渗透注浆扩散规律数值模拟研究

作     者:许茜 

作者单位:山东大学 

学位级别:硕士

导师姓名:王彦明

授予年度:2010年

学科分类:081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 

主      题:注浆材料 抗水溶蚀性 渗透注浆 扩散规律 数值模拟 

摘      要:注浆材料通常应用于地下工程,其应用环境多为地下水流较为丰富的区域,因此,实际工程中注浆材料不仅要求具有良好的工作性能,还必须具有优越的早期抗水分散性能和后期抗水溶蚀性能。本文对单液水泥注浆材料、水泥-水玻璃双液注浆材料和水玻璃-工业废渣双液注浆材料的固化机理与抗水溶蚀性能进行了理论分析与研究,并通过试验数据论证理论分析得出的结论,得出:(1)水玻璃-工业废渣双液注浆材料的抗水性能优于单液水泥注浆材料和水泥-水玻璃双液注浆材料;(2)注浆材料具有优越抗水性能的理想模型是:含有能够提供强度的高活性硅铝质成分、水化产物为具有抗水分散性能的CSH凝胶和具有抗水溶蚀性能的沸石类的结构体。 注浆技术由于被注介质条件的复杂性及注浆工程隐蔽性的制约,模拟研究比较困难。本文针对渗透注浆的特点,通过合理的基本假定,首先推导了渗透注浆浆液渗流的基本偏微分方程,采用有限差分算法将其数值化离散;然后结合初始条件和边界条件,建立了隐式差分格式下浆液渗流的微分方程组,并采用“追赶法求解方程组;最后结合工程实例,分析了注浆压力随浆液扩散半径、注浆时间变化的规律以及差分算法中计算参数的取值对注浆压力计算结果的影响,计算结果与实际工程吻合较好。本文算例得出以下结论:(1)渗透注浆压力随浆液扩散半径的增大而减小。浆液扩散半径数值较小时,其变化对注浆压力影响较大、浆液扩散半径数值较大时,其变化对注浆压力影响趋于减小,这说明浆液扩散半径较小时灌注浆液比较容易,随着浆液扩散半径的增大灌注难度越来越大;(2)在同一浆液扩散半径处,注浆压力随注浆时间的延长而增大,注浆时间超过1500s后逐渐趋于稳定。注浆压力随注浆时间的变化在注浆内部区域变化较明显,在注浆端部区域变化不明显;(3)有限差分算法中由于网格划分形式不同而引起计算参数λ和η取值不同,但本文理论分析和工程实例计算结果均表明λ和η取值对注浆压力的影响很小,这说明本文采用的隐式差分格式是无条件收敛和无条件稳定的。

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