Herschel-Bulkley浆液在裂隙中的扩散规律研究

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1、第33卷第5期岩土工程学报Vol.33No.52011年.5月ChineseJournalofGeotechnicalEngineeringMay2011Herschel–Bulkley浆液在裂隙中的扩散规律研究章敏，王星华，汪优(中南大学土木建筑学院，湖南长沙410075)摘要：基于柱坐标系下的流体连续性方程和动量方程，对Herschel–Bulkley浆液在光滑倾斜裂隙内做径向扩散流进行了理论推导，讨论了灌浆时间、灌浆压力、流变指数、裂隙开度及倾角对扩散规律的影响。研究结果表明：在注浆压力恒定的灌浆过程中，存在一极限扩散半径，且随着扩

2、散范围的增大，进浆量逐渐降低，灌注难度逐渐增大；提高注浆压力以及降低浆液的流变指数有利于扩大浆液的扩散范围，且裂隙倾角越大，顺坡向与逆坡向的扩散半径差值也越大，特别是对于流变指数n小于1的剪切稀释浆液其差值尤为明显。该结果由于综合了牛顿、宾汉塑性和幂律型流变模式流体的扩散规律，从而为更好地认识各类非牛顿流体在岩体裂隙、界面、裂缝中的流动规律提供了理论参考。关键词：Herschel–Bulkley流体；裂隙；注浆；扩散中图分类号：TU472.5文献标识码：A文章编号：1000–4548(2011)05–0815–06作者简介：章敏(1984

3、–)，男，江西新余人，博士研究生，主要从事隧道工程方面的科研工作。E-mail：zhangmin021410@126.com。DiffusionofHerschel–BulkleyslurryinfracturesZHANGMin,WANGXing-hua,WANGYou(SchoolofCivilandArchitecturalEngineering,CentralSouthUniversity,Changsha410075,China)Abstract:Basedonthecontinuityequationandthemomentu

4、mequationinthecylindercoordinate,themotionequationofHerschel–Bulkleyslurryfrontwithradialflowsininclined,narrowsmooth-walledfractureistheoreticallyderived.Thentheimpactsofgroutingtime,groutingpressure,rheologicalindexandfractureapertureanddipangleontheslurrydiffusinglawar

5、ediscussedintheanalyticalsolution.Theresultsshowthatalimiteddiffusionradiusisreachedforthecaseofconstantgroutingpressure.Thegroutingcapacitydecreaseswiththespreadingofthediffusionrangeandtheslurrybecomesdifficulttobeinjected.Furthermore,increasingthegroutingpressureanddec

6、reasingthepowerlawindexarehelpfultoexpandthespreadingrange.Thegreaterthefracturedipangle,thegreaterthedifferenceofdiffusionradiusbetweendown-slopecurrentsandinverse-slopecurrents,especiallyforthecaseofshear-thinningfluids.BecauseoftheintegrationofspreadinglawsoffluidsofNe

7、wton,BinghamplasticandPowerlawrheologicalmodel,thissolutionprovidesareferenceforabetterunderstandingoftheflowsofvariousnon-Newtonianfluidsinrockfractures,interfacesandcracks.Keywords:Herschel-Bulkleyfluid;fracture;grouting;spreading[4][5]0引言而对于超细水泥浆、黏土固化浆液以及近年目前对于注浆扩散理论的研

8、究，大多分别针对牛来在大坝注浆中开灌时使用的水灰比(W∶C)≤0.5的[6-7]顿流体、无屈服值的幂律流体和宾汉流体三类。在灌浓稠普硅水泥浆则是一类具有内聚力的剪切稀释浆中常用的水灰比在0.5