考虑岩体裂隙粗糙度的注浆模拟试验

摘要

裂隙岩体突涌水问题严重影响着地下工程的安全，注浆治理技术已成为突水灾害防治和预防的关键手段之一。加强对裂隙动水条件下的注浆封堵效果相关理论和技术研究是非常有必要的。本文考虑了因素之间交互作用进行了裂隙动水注浆模拟实验研究，分析了各因素及其交互作用对注浆堵水效果的影响。建立粗糙度裂隙动水注浆试验平台，进行了不同粗糙度裂隙注浆模拟平行试验和单裂隙动水注浆影响因素试验，研究了裂隙粗糙度对注浆堵水、浆液扩散、留存封堵、裂隙渗流压力的影响及原因。主要研究内容及成果如下：
　　（1）进行了动水流速、裂隙开度、注浆流量和浆液胶凝时间及其交互作用的平直光滑裂隙注浆堵水试验。影响注浆堵水率大小的顺序依次为裂隙开度D、动水流速A×裂隙开度D、注浆流量B×胶凝时间C。动水流速与裂隙开度之间、注浆流量与胶凝时间之间存在交互作用，其对注浆堵水率有显著影响。确定的因素水平的最优组合为：动水流速A为2cm/s，注浆流量B为200 ml/min，胶凝时间C为99.8s和裂隙开度D为2mm。
　　（2）组装了模拟粗糙裂隙动水注浆试验系统平台，根据Barton标准粗糙度等级剖面曲线，进行了10组不同粗糙度裂隙注浆模拟平行试验。浆液在粗糙裂隙中的扩散形态分为两种类型：近圆形扩散整体推移型和近矩形扩散跨越驱替型。当裂隙粗糙度系数JRC≤8时，浆液扩散形态为近圆形扩散整体推移型，浆液的前期扩散过程与相同条件下平直光滑裂隙的扩散过程基本类似。当裂隙粗糙度系数JRC＞8时，浆液扩散形态近矩形扩散跨越驱替型。裂隙粗糙度对浆液的扩散距离与扩散面积有着很大影响，裂隙粗糙度系数越小，越有利于浆液的扩散，粗糙度系数越大，浆液扩散越困难。
　　（3）对不同粗糙度裂隙注浆平行试验的水流量变化曲线规律进行分析。水流量变化曲线分为三类：单平台递减型、多峰值波动型与双平台型。从堵水率可以看出，当裂隙粗糙度系数JRC≤10时，其注浆堵水效果均不好，基本处于“失败”与“非常差”等级。而当JRC＞10时，堵水率要优于JRC≤10的情况。
　　（4）不同粗糙度裂隙注浆平行＜试验的渗流压力场分为：“单峰型”、“多峰型”、“平台型”和“波动型”四种类型。裂隙粗糙度系数JRC≤8时，其渗流压力场容易出现“单峰型”和“波动型”渗流压力场。当裂隙粗糙度系数JRC＞8时，其渗流压力场基本上为“多峰型”和““平台型””渗流压力场。
　　（5）单裂隙动水注浆效果及影响因素试验中，影响注浆堵水效果的因素由大到小依次为浆液胶凝时间、裂隙粗糙度系数、动水流速。
　　（6）在单裂隙动水注浆正交试验中，裂隙的粗糙度系数决定了浆液的扩散的整体类型，而动水流速和浆液的胶凝时间在裂隙粗糙度系数较小时，对浆液扩散形态影响不大，而粗糙度系数较大时，动水流速越大，浆液的胶凝时间越长，浆液破碎越严重，封堵效果越差，当动水流速最小时，浆液会向逆水流方向跨越扩散而不是顺水流方向。裂隙粗糙度系数对注浆过程中，水流量变化的影响较大，而动水流速与浆液胶凝时间的改变对注浆过程中水流量的改变影响较小。

目录

声明

致谢

变量注释表

1 绪论

1.1 研究背景及意义（ Background and Significance of the Research）

1.2 国内外研究现状 (Research Works at Home and Abroad)

1.3 研究内容（Research Contents）

1.4 研究方案（Research Programs）

2 试验材料

2.1注浆材料(Grouting Materials)

2.2 模拟粗糙裂隙材料（ Materials Simulated Rock Rough Fracture）

3试验原理及试验模型系统

3.1试验原理（The Principle of Test）

3.2试验模型系统（Experimental Set Up）

4 考虑多因素及其交互作用的单一裂隙动水注浆堵水试验

4.1试验方案设计（The Test Programme Design）

4.2试验结果分析（The Test Result Analysis）

4.3本章小结（The Summary of This Chapter）

5不同粗糙度裂隙注浆模拟平行试验研究

5.1试验方案设计（The Test Programme Design）

5.2平行试验浆液扩散结果分析（The Results and Analysis of Parallel Test Grout Propagation）

5.3 注浆堵水效果及动水流量变化过程分析（ Analysis of Sealing Effect with Grouting and Dynamic Flow Change Process）

5.4粗糙裂隙注浆渗流压力分析（Analysis of Grouting Seepage Pressure in The Rough Fracture）

5.5本章小结（Summary）

6考虑粗糙度的单裂隙动水注浆效果及影响因素试验

6.1试验方案设计（The Test Programme Design）

6.2影响堵水效果因素分析（Analysis of Influence Factors For Sealing Effect）

6.3正交试验浆液扩散结果分析（The Analysis of Orthogonal Test Grout Propagation Results）

6.4 注浆堵水效果及动水流量变化过程分析（ Analysis of Sealing Effect with Grouting and Dynamic Flow Change Process）

6.5正交试验注浆渗流压力分析（Analysis of Grouting Seepage Pressure in The Orthogonal Test）

6.6本章小结（Summary）

7 结论与展望

7.1 主要结论(Conclusions)

7.2展望（Outlooks）

参考文献

作者简历

学位论文数据集