考虑浆液黏度时变性的单裂隙动水注浆扩散模型(1)

1、Vol. 30 SupplJun.2011第30巻增刊1童庆交通大学爭报(自然科学版2011 6 月JOURNAL OF CHONGQING JIAOTONG LNIVERSrTYfNATLRAL SCIENCE)_ _ =_ _ _ 'L二 =_ 二一“. 一-DOJ：l0.3969/jJsBn. 16744)696.2011. suppl. 006考虑浆液黏度时变性的单裂隙动水注浆扩散模散模型田美礙中国煤炭科11集团產庆设卄研究険，重庆400016)摺要：通过理進推导建立了考虑浆液黏度时变性的单製障动水注變扩敵換型。研麹结果填补了住动水条件下考處 KfftW度时变性注浆扩諛理诰模型

2、的空白*对于根黒具有不同粘度时变性的幫液和不同水流麵速来设计注蕈王艺 有一定的指导作用。关tt词：裂陳：踰水注浆；注桨模舉：黏盧；时变挫中画分我号：TD3M文戟掾惠码；A文章编号J674 - 0696(20( )5uppl -0536 -02A Model for Grouting into Single Fracture with Flowing Water Based onTime-depen dent Behavior of ViscosityTIAN Mei-xia(Cho哎gin黑 D邮补 & Rcdearch inaiitute Chjma Cn*| Technology

3、& Engineering Group, Chongqing 400016, ChiwAbstract： A mathematical modiel for grouting into a frac lure with (lowing water based on lime-dependent behavior of vi»CMily was built through lheorelical analysis r The study resuhs fill the of having not a mold for grouting in Io single fracture

4、 with flowing waler based on hme-dlependent behavior of vii9OBitye And it can improve the lechnology of grouting baaed on different limE-dependenr behavior ofand the velocity of flowuKey wmis:nock fraclur#；; gwiuin富 with flowing waler- growling mndei； viaco«iLy + limedependehl behaviorVol. 30 S

5、upplJun.2011Vol. 30 SupplJun.2011在煤矿、隧道和基坑工程往往需要进行注浆堵水, 采用理论推导手段对浆液扩散半径及规律进行研究是 常用方法之一4针对牛顿流体和滨汉姆流怵戸" 已有很塞学者通过理论推导获得了大联注浆扩散模 型,但是他们都没有考虑地下水对注浆扩敞的影响;郑 玉辉虽然在注浆扩散模型中同时考虑了浆液黏度时 变性和地下水对注浆扩敢的形响，但是没有考虑在注 浆前就存在水流流动即裂隙动水注浆时的注浆扩散模 型,而很爭注浆工程实践小都是在动水条件下进行 注浆堵水;湛铠瑜等“町虽然研究了动水注浆时的注浆 扩散模型+但是文中没有考虑桨液粘度的时变性而很 零浆

6、液在胶凝前黏度会逐渐增大即浆液黏度具有时 蛮性口笔者利用文就9和文猷14中的理论推导方 袪在同时考虑浆液黏度的时变性和动水水源流速的 悄况下对单裂障动水注浆模型进行了理论推导。1考虑黏度时变性的单裂隙动水注浆 扩散模型1.1注浆扩敞模型的基本假设考虑黏度时变性的单裂隙动水注浆扩散模型与 文献14的唯一不同之处在于考虑了浆液黏度的 时变性因此建立考虑黏度时变性时单裂障动水注 浆扩散模型的基本假设除文献14中的6条假设 外，只需要补充一条假设条件:浆液黏度存在时变性 且其变化规律符合指数函数口1*2注浆扩散模型假设在水流流速为如裂隙开度为启的裂隙内注浆, 注浆孔内的注浆压力为內，水流流动对浆液的冲

7、刷力 为注浆孔半胫为甘则单裂隙动水注浆示意图、浆液 扩散示意图和徽元体受力示意图分别如图1 “图S1单一 动木注浆示图Fl(. 1 Sditmtdc dis gram of graatLag Into rinile tracfurc wltb Bowinj w«t«rVol. 30 SupplJun.2011Vol. 30 SupplJun.20114Lfl|BN|：2OII -05 -2J；» 订日期 QD11 fQ673柞童筒介：田美HK1幻了 -)*女，内蒙古呼和皓待人工程师主聲从事工程堆质和鬱土工程方面的研究“ Em川:璇朝聽沾瞬qq.炖m。増刊I熊 趣，

8、等：重庆瀚涪路黄草山危岩帘戚机理及治理对疑&69増刊I熊 趣，等：重庆瀚涪路黄草山危岩帘戚机理及治理对疑&69ScheniMtic dingruni «< gjoul diffusion甘赛斑如 «Hnglr hvr(ur« with IkrviDg waler对式（4）整理可得:宀认;二-叩忙叽伽-叭"(5)令了凶=y，将其代人式（刃可得：8宀宀叽1珈肌®圈3 -SWSfi*注蒙聚if单元蹙力分析Fig.3 Form pplltd Im grout elemtnc duriag grouting hii4 single

9、frtcttir* with flowing WAlcr 赧据文献14的研究成果可知，单裂隙动水注整理式（町可轉t字=-一如（lnro -nr）r 血方仏+ pM亠pj由式（7）积分并整理可得：6IJq丄*J(rJ -rJXIn +1)"nr Jb p0 * P* 'PJ将才H = y代人式（&）并整理可得:6冊-Ink(8),3/(，-+ I) - flwb(Po + 凡-pj杞据静压能与动槌转换公式有：当浆液扩散方 向与水流流动方向相同时，几=yp1 ;当浆液扩増刊I熊 趣，等：重庆瀚涪路黄草山危岩帘戚机理及治理对疑&69浆的浆液单位时间流屋为：打胪（內+

10、 P. - P J八、g =（ 1 ）121n 式中：7为浆酒黏度* S; Pq为注浆斥力，F叭p. 为水说流动对浆液的沖刷力P叭&为裂隙开度，WH 为浆液扩散半胫，叫心为注浆孔半径巾；q为浆液 单位时间流®TmJ/6? pr 静水压力浆液沿顺 水流方向扩散时为边界是敲开系统，不存在静氷圧 力，丙此颇水流方向扩散时机为当考虑浆液黏度的流变性时，牛顿流怵的鮎度 随时间的变化规律基本遵循指数函数变化皿曲，即 “匸叩（门=砌，武中：6为浆液的初始黏度tcp； k 为浆液随时间的变化指数汴灌浆时间，鮎将浆液黏度时变性公式n =叭门=听J代人 式（】）可得：儒尸（肌+几-p）rmq 】

11、2炳孑InrQ在单位时间段内注浆量应该等于该时间段内增 大扩散半径所需的浆液量，因此有：f gdt = J trdr将式（2）代人式（3）可得；f竺U二2血=（亦卄h12%肆b丄打q散方向与水流流动方向相反时f P. * -。式中：久为水的密度丄g/mUt为水流流速,m/So 将化誉士*代入式（9可得（10） 式中；各参数的物理惑丈见推导过程中所述；当浆液 沿顺水流方向扩散时.式00中的“ /取44 + P. 为0;当浆液沿邀水流方向扩歆时，式（W）中的“ 士" 取“-"，必为静水压力"式（皿）即为考虑浆液黏度 时变性的单裂隙动水注浆扩歆摸型口浆液沿逆水逾方向扩散

12、时的计算公式中当 = 0时即为考虑浆液黏度时变性的单裂隙静水注 浆扩歆換型.因为动水注浆时,顺水流方向均融开系 统嚴大扩敢半轻处边界条件是P =0*而逆水流方 向是封闭系统存在靜水压力，最大扩散半径虹边界 条件是P等于静水压力卩静水注浆与动水注浆中 逆水流方向扩散时的边界条件相同"'J2结论在同时考虑浆液黏度的时变性和水流流速对注 浆扩散影响的条件下推导了注浆扩散模型该理论 模型填补了在动水条件下考堆浆液黏度时变性的注（下转第669页model of control fiBsufr itl prfilottb fotk J ) r Applied M4kheni«l

13、>n «nd Merhamcn,2006.27(7) :W7 -974.(5J CHES Hoh-kAi, TAGWANG filing, rt al Elefie-anchon equivulenl proresnn of rock ni±Mwith iflchoif pileJ. Appliedwi Methanicf, 2001+22 8) ：96S -971.fr陈供SL唐竺揖.鲜学栩.刘爛術层址岩徉边坡储式漬ft规律 J.芝卅戈悌学报：自割科学版.20W, (IJr 20-25+ CHEN Hon k*i, TANG Honmeit XUN Xllt-fu.

14、 Chained devd* opirti pullrrn for rock 詁epw wilin gflnrlp dipMEla J . JoumlL Lanrhnu Uni vrrR-iIr： itural Sri"艸 + 200 H 5()： 20-2-5.7王林峰，陈洪3L危岩铸式規评的力学演绎Uh盧床建氛大 学学报 b 2008. 3&2>： 9497.(上撞第訂7页)浆护散理论摸型的空白对于根据具有不同黏度时 变性的浆液和不同水流流速来设计注浆工艺有一定 的指导作用“敷谢'在撰写本丈时帶劃T中煤科工樂团董求 设计研究院湛铠瞬摭供的帮见展此表示感谢&#

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