岩土力学 ›› 2022, Vol. 43 ›› Issue (2): 385-394.doi: 10.16285/j.rsm.2021.1224

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

考虑扩散路径的宾汉姆流体渗透注浆机制

路乔1, 2, 3,杨智超1, 2, 3,杨志全1, 2, 3,于荣霞1, 2, 3,朱颖彦1, 2, 3, 4,杨溢1, 2, 3, 张碧华5,王仁超6,方迎潮7,余东亮7,刘浩8,苏建坤8   

  1. 1. 昆明理工大学 公共安全与应急管理学院,云南 昆明 650093;2. 昆明理工大学 应急管理部地质灾害风险防控与应急减灾重点实验室, 云南 昆明 650093;3. 昆明理工大学 云南省高校高烈度地震山区交通走廊工程地质病害早期快速判识与防控重点实验室,云南 昆明 650093; 4. 中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所,四川 成都 610041;5. 北京菲博泰光电科技有限公司,北京 100083; 6. 电子科技大学 计算机科学与工程学院,四川 成都 611731;7. 国家管网集团西南管道有限责任公司,四川 成都 610041; 8. 云南航天工程物探检测股份有限公司,云南 昆明 650217
  • 收稿日期:2021-08-05 修回日期:2021-12-06 出版日期:2022-02-11 发布日期:2022-02-22
  • 通讯作者: 杨志全,男,1983年生,博士,教授,主要从事岩土力学与防灾减灾工程方面的研究工作。E-mail: yzq1983816@163.com E-mail:1141310649@qq.com
  • 作者简介:路乔,女,1997年生,硕士研究生,主要从事岩土力学与渗透注浆理论方面的研究。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(No. 41861134008);云南省阿瑟夫?汉院士工作站(No. 202105AF150076);云南省重点研发计划(No. 202003AC100002);云南省基础研究计划面上项目(No. 202001AT070043)

Penetration grouting mechanism of Binham fluid considering diffusion paths

LU Qiao1, 2, 3, YANG Zhi-chao1, 2, 3, YANG Zhi-quan1, 2, 3, YU Rong-xia1, 2, 3, ZHU Ying-yan1, 2, 3, 4, YANG Yi1, 2, 3, ZHANG Bi-hua5, WANG Ren-chao6, FANG Ying-chao7, YU Dong-liang7, LIU Hao8, SU Jian-kun8   

  1. 1. Faculty of Public Safety and Emergency Management, Kunming University of Science and Technology, Kunming, Yunnan 650093, China; 2. Key Laboratory of Geological Disaster Risk Prevention and Control and Emergency Disaster Reduction of Ministry of Emergency Management of the People's Republic of China, Kunming University of Science and Technology, Kunming, Yunnan 650093, China; 3. Key Laboratory of Early Rapid Identification, Prevention and Control of Geological Diseases in Traffic Corridor of High Intensity Earthquake Mountainous Area of Yunnan Province, Kunming University of Science and Technology, Kunming, Yunnan 650093, China; 4. Institute of Mountain Hazards and Environment, Chinese Academy of Sciences, Chengdu, Sichuan 610041, China; 5. Beijing Fibote Photoelectric Technology Co., Ltd., Beijing 100083, China; 6. School of Computer Science and Engineering, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu, Sichuan 611731, China; 7. PipeChina Southwest Pipeline Company, Chengdu, Sichuan 610041, China; 8. Yunnan Aerospace Engineering Geophysical Detecting Co., Ltd., Kunming, Yunnan 650217, China
  • Received:2021-08-05 Revised:2021-12-06 Online:2022-02-11 Published:2022-02-22
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (41861134008), the Muhammad Asif Khan Academician Workstation of Yunnan Province (202105AF150076), the Key R&D Program of Yunnan Province (202003AC100002) and the General Program of Basic Research Plan of Yunnan Province (202001AT070043).

摘要: 浆液在多孔介质中的扩散路径对渗透扩散范围和注浆效果具有非常重要的影响。采用理论分析,以分形特征与宾汉姆流体在多孔介质中的渗流运动方程为基础,揭示了考虑扩散路径的宾汉姆流体渗透注浆机制,并利用团队前期开展的渗透注浆试验对其进行了验证。分析了多孔介质孔隙率、宾汉姆水泥浆液水灰比、多孔介质渗透系数、注浆压力、地下水压力等对扩散半径的影响变化规律。同时,基于Comsol Multiphysics平台,采用计算机编程技术二次开发得到了考虑扩散路径的宾汉姆流体渗透注浆机制的渗透注浆三维数值模拟程序,并以此开展了宾汉姆水泥浆液在多孔介质中渗透扩散形态效果的数值模拟。研究结果表明:与不考虑扩散路径的宾汉姆流体渗透注浆球形扩散公式获得的扩散半径理论计算值相比,采用考虑扩散路径的宾汉姆流体渗透注浆机制得到的扩散半径理论计算值更接近试验值。该研究成果可为实践注浆工程提供一定的理论支撑。

关键词: 多孔介质, 扩散路径, 宾汉姆流体, 渗透注浆

Abstract: The diffusion path of grout in porous media has a significant effect on the diffusion range and grouting effect. Based on the fractal characteristics and the seepage motion equation of Bingham fluid in porous media, the penetration grouting mechanism of Bingham fluid considering the diffusion path was revealed through theoretical analysis, and verified by the penetration grouting test carried out by the team in the previous studies. The effects of porosity of porous media, water-cement ratio of Bingham cement slurry, permeability coefficient of porous media, grouting pressure and groundwater pressure on diffusion radius are analyzed. In addition, a 3D numerical simulation program of penetration grouting mechanism of Bingham fluid considering the diffusion path was developed through Comsol Multiphysics platform. Then the penetration and diffusion morphology effect of Bingham cement grout in porous media was investigated by the developed simulation program. The results show that the theoretical calculation value of diffusion radius obtained by using the Bingham fluid penetration grouting mechanism considering the diffusion path is closer to the experimental value than that obtained by the spherical diffusion formula of Bingham fluid penetration grouting without considering the diffusion path. The results can provide theoretical support for practical grouting engineering.

Key words: porous media, diffusion path, Bingham fluid, penetration grouting

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[1] 林丹彤, 胡黎明. 多孔介质中磷负载纳米铁运动特性的模型试验[J]. 岩土力学, 2022, 43(2): 337-344.
[2] 马鹏飞, 李树忱, 王修伟, 周慧颖, 王曼灵, 赵一民. 多孔介质渗流过程的非局部近场动力学模拟方法[J]. 岩土力学, 2021, 42(11): 3147-3156.
[3] 贺文海, 王通. 二维饱和土体动态孔隙率及相关动力响应特性研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(8): 2703-2711.
[4] 侯晓萍, 陈胜宏. 采用复合单元法模拟裂隙多孔介质变饱和流动[J]. 岩土力学, 2020, 41(4): 1437-1446.
[5] 周凤玺, 柳鸿博, 蔡袁强, . 饱和多孔热弹性介质中Rayleigh波 传播特性分析[J]. 岩土力学, 2020, 41(1): 315-324.
[6] 沙飞, 李术才, 林春金, 刘人太, 张庆松, 杨磊, 李召峰. 砂土介质注浆渗透扩散试验与加固机制研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(11): 4259-4269.
[7] 宋 佳,古 泉,许成顺,杜修力,. 饱和土动力方程全显式有限元法在 OpenSees中的实现与应用[J]. , 2018, 39(9): 3477-3485.
[8] 杨 斌,徐曾和,杨天鸿,杨 鑫,师文豪, . 高水力梯度条件下颗粒堆积型多孔介质渗流规律试验研究[J]. , 2018, 39(11): 4017-4024.
[9] 包汉营,陈文化. 衬砌隧道中移动轴向激励作用下两相多孔介质动力响应[J]. , 2018, 39(10): 3735-3742.
[10] 刘 宝,苏 谦,李 婷,桂 波,. 饱和多孔介质动力响应移动单元法分析[J]. , 2017, 38(7): 2071-2079.
[11] 王荣华,章 青,夏晓舟. 含裂隙饱和多孔介质流-固耦合的扩展有限元分析[J]. , 2017, 38(5): 1489-1496.
[12] 李术才,冯 啸,刘人太,张乐文,韩伟伟,郑 卓. 考虑渗滤效应的砂土介质注浆扩散规律研究[J]. , 2017, 38(4): 925-933.
[13] 张连震,张庆松,刘人太,李术才,王洪波,李 卫,张世杰,朱光轩. 考虑浆液黏度时空变化的速凝浆液渗透注浆扩散机制研究[J]. , 2017, 38(2): 443-452.
[14] 张鹏远,白 冰,蒋思晨. 孔隙结构和水动力对饱和多孔介质中颗粒迁移和沉积特性的耦合影响[J]. , 2016, 37(5): 1307-1316.
[15] 柴华友,李天斌,张电吉,陈 健,吴巧云,柴修伟,. 饱和多孔介质表面透水性对表面波传播特性影响薄层分析法[J]. , 2016, 37(12): 3371-3379.
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[1] 姚仰平,侯 伟. 土的基本力学特性及其弹塑性描述[J]. , 2009, 30(10): 2881 -2902 .
[2] 徐金明,羌培,张鹏飞. 粉质黏土图像的纹理特征分析[J]. , 2009, 30(10): 2903 -2907 .
[3] 向天兵,冯夏庭,陈炳瑞,江 权,张传庆. 三向应力状态下单结构面岩石试样破坏机制与真三轴试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2908 -2916 .
[4] 石玉玲,门玉明,彭建兵,黄强兵,刘洪佳. 地裂缝对不同结构形式桥梁桥面的破坏试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2917 -2922 .
[5] 夏栋舟,何益斌,刘建华. 土-结构动力相互作用体系阻尼及地震反应分析[J]. , 2009, 30(10): 2923 -2928 .
[6] 徐速超,冯夏庭,陈炳瑞. 矽卡岩单轴循环加卸载试验及声发射特性研究[J]. , 2009, 30(10): 2929 -2934 .
[7] 张力霆,齐清兰,魏静,霍倩,周国斌. 淤填黏土固结过程中孔隙比的变化规律[J]. , 2009, 30(10): 2935 -2939 .
[8] 张其一. 复合加载模式下地基失效机制研究[J]. , 2009, 30(10): 2940 -2944 .
[9] 易 俊,姜永东,鲜学福,罗 云,张 瑜. 声场促进煤层气渗流的应力-温度-渗流压力场的流固动态耦合模型[J]. , 2009, 30(10): 2945 -2949 .
[10] 陶干强,杨仕教,任凤玉. 崩落矿岩散粒体流动性能试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2950 -2954 .