水泥浆液裂隙注浆扩散规律模型试验与数值模拟

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1、第31卷第12期岩石力学与工程学报Vol.31No.122012年12月ChineseJournalofRockMechanicsandEngineeringDec.，2012水泥浆液裂隙注浆扩散规律模型试验与数值模拟刘健，刘人太，张霄，李术才(山东大学土建与水利学院，山东济南250061)摘要：普通硅酸盐水泥浆液作为岩土工程注浆中最为常用的浆材，其静水与动水条件下的注浆扩散运移规律是目前研究的重点。通过模型试验和数值模拟系统研究水泥浆液在静水和动水条件下平面裂隙中的扩散规律；基于流体动力学理论，分析和验证水泥浆液在地下水影响下的扩散形态及压力场分布特征；通过对比模型试验

2、和数值模拟数据，分析水泥浆液在静水和动水条件下的运移和扩散机制。研究结果表明：动水条件下浆液扩散开度和逆水扩散距离存在极限；浆液压力场分布为自注浆孔沿扩散方向迅速衰减，注浆孔附近压力衰减速率最快，逆水方向压力衰减速率明显大于顺水方向。并据此对传统注浆工艺提出改善建议。关键词：地下工程；水泥浆液；注浆扩散形态；压力分布规律；模型试验；数值模拟中图分类号：TU91文献标识码：A文章编号：1000–6915(2012)12–2445–08DIFFUSIONLAWMODELTESTANDNUMERICALSIMULATIONOFCEMENTFRACTUREGROUTINGLIUJ

3、ian，LIURentai，ZHANGXiao，LIShucai(SchoolofCivilEngineering，ShandongUniversity，Jinan，Shandong250061，China)Abstract：Ordinarysilicatecementgroutisoneofthemostcommonlyusedgroutingmaterials，ofwhichtransportanddiffusionlawshavebecomeoneoffocusofgeotechnicalengineeringfields.Diffusionlawsofcement

4、groutinplanarfracturewereresearchedsystematicallybymodelexperimentandnumericalsimulation.Basedonthetheoryoffluiddynamics，actionmechanismofthegroutdiffusionpatternsandpressuredistributionlawsinfluencedbymovementofgroundwaterwereanalyzed.Throughcomparingtheexperimentalandnumericalsimulation

5、data，thetransportanddiffusionmechanismofcementgroutinthehydrodynamicandhydrostaticconditionswerestudied.Accordingtothestudyresults，underthehydrodynamiccondition，pressureofcementgroutdecreasesrapidlyfromthegroutinghole；andthepressuredecreasesextremelyatthedirectionoppositetowaterflowing.At

6、thesametime，therearelimitsofdiffusionspaceanddistanceoppositetothewaterflowingdirection.Somesuggestionswereputforwardtoimprovetraditionalgroutingtechniques.Keywords：undergroundengineering；cementgrout；groutingdiffusionmorphology；distributionlawofpressure；modeltest；numericalsimulation[1]诸多行

7、业中的应用已有200多年的历史。经过多1引言年的发展，注浆也已成为地下工程中一种重要的水害防控方法，用于解决诸如地下水突涌水封堵、地注浆可改善岩土体各项物理力学参数，使之基渗漏防治等问题。但因注浆扩散理论涉及材料、适用于工程需求，其在能源、矿业、交通和建筑等化学、流体力学等学科且岩土体物理模型复杂，目收稿日期：2012–05–04；修回日期：2012–08–28基金项目：国家自然科学基金资助项目(41172267)；山东省自然科学基金资助项目(ZR2011EEM004)；山东大学自主创新基金资助项目(2010TS044)作者简