[发明专利]岩土体迂曲度幂律浆液时变性的柱半球渗透半径确定方法

说明书

本发明公开了一种岩土体迂曲度幂律浆液时变性的柱半球渗透半径确定方法，包括：利用岩土体试验得到多孔介质的孔隙率及其相应的渗透系数，并测量获得注浆点处地下水压力，确定多孔介质迂曲度；利用流变试验获得设计水灰比的幂律水泥浆液的初始稠度系数、流变指数与时变性系数，并确定水的黏度；获取注浆参数，所述注浆参数包括注浆压力、注浆时间、注浆管侧面注浆孔数目和注浆孔半径；求得考虑多孔介质迂曲度与幂律水泥浆液时变性耦合效应的柱‑半球形渗透注浆扩散半径。通过上述方案，本发明具有逻辑简单、准确可靠等优点。

技术领域

本发明涉及环境保护与生态修复技术领域，尤其是岩土体迂曲度幂律浆液时变性的柱半球渗透半径确定方法。

背景技术

注浆流体在多孔介质中的渗透注浆可表现球形、柱形及柱-半球形3 种扩散形式，且依据不同的流变本构方程将注浆流体可分为牛顿流体、宾汉流体及幂律流体三类。多孔介质的孔隙是曲折分布的，因此浆液在其中的渗透扩散通道非直线路径，而具有典型的迂回曲折效应；同时，水泥浆液的流变参数也并非为常量，而会随时间发生变化关系，具有典型的时变性影响，如果不考虑多孔介质的迂回曲折效应（即迂曲度）与水泥浆液时变性显然与水泥浆液在多孔介质中的实际渗透扩散情况严重不符，不能真实反映水泥浆液在多孔介质中的渗透扩散效果。然而，现有技术中的渗透注浆机理尚未考虑多孔介质迂曲度与水泥浆液时变性耦合效应对渗透扩散效果的影响，由此采用现有技术计算得到的扩散参数远大于实践注浆工程中的实际值，难以满足工程实践的需要。

目前，一些学者对幂律流体在多孔介质中的渗透扩散规律开展了一定的研究。在不考虑幂律流体流变参数时变性渗透扩散机理方面，例如杨秀竹在《幂律型浆液扩散半径研究》中推导了幂律流体在多孔介质中以球形方式扩散的渗透注浆扩散半径公式；杨志全在此基础上分别探讨了幂律流体在多孔介质中以柱形、柱-半球形扩散的渗透注浆机理（《幂律型流体柱形渗透注浆机制》和《幂律型流体的柱–半球形渗透注浆机制研究》）；叶飞发表了《盾构隧道管片注浆幂律流型浆液渗透扩散模型》；张聪发表了《考虑区间分布的幂律流体脉动球形渗透注浆扩散机制》。在考虑幂律流体流变参数时变性渗透扩散规律方面，杨志全研究了考虑流变参数时变性幂律水泥浆液在多孔介质呈球形、柱形扩散的渗透注浆机制，杨剑分析了考虑稠度时变作用幂律浆液的隧道管片壁后注浆柱形扩散规律。在考虑多孔介质迂曲度对渗透扩散影响方面，张焜，杨志全分别研究了考虑多孔介质迂曲度的幂律流体球形、柱形渗透注浆机制。

再如专利公开号为“CN113297815A”、名称为“一种考虑多孔松散介质迂曲度的宾汉姆型水泥浆液渗透注浆扩散半径计算方法”的中国发明专利，其通过宾汉姆流体流变曲线得到宾汉姆流体本构方程中的屈服应力与塑性黏度，并得到不同水灰比的宾汉型水泥浆液流变方程；根据宾汉型水泥浆液在岩土体流动路径迂曲度和宾汉型水泥浆液流变方程，推导出考虑多孔介质迂曲度的宾汉姆流体的渗流运动方程；根据注浆初始条件及边界条件，推导出考虑多孔松散介质迂曲度影响的宾汉姆型水泥浆液渗透注浆扩散半径计算式。该技术仅考虑了多孔松散介质迂曲度对宾汉姆型水泥浆液渗透注浆扩散半径的影响，未考虑水泥浆液的时变性特征；同时，水泥浆液依据不同的流变本构方程可分为牛顿、宾汉及幂律三种流体类型，不同流体类型的水泥浆液在多孔介质中具有不同的渗透注浆机理，该技术以宾汉姆型水泥浆液为研究对象，而本发明针对幂律水泥浆液开展探索，因此它们具有不同的渗透注浆扩散半径确定方法。

据工程实践与理论研究表明：幂律流体时变性、多孔介质迂曲度均对渗透扩散过程及注浆效果具有非常重要的影响；然而，由上述研究成果可知：目前的渗透注浆机理均尚未考虑多孔介质迂曲度与幂律流体时变性耦合效应对渗透扩散过程及注浆效果的影响，甚至仅考虑幂律流体时变性、多孔介质迂曲度各自分别影响的幂律流体柱-半球形渗透注浆机理都未见相关的成果发表。由此可见，目前的渗透注浆理论难以满足注浆工程实践的需求，因此也不能合理有效地确定考虑多孔介质迂曲度与幂律水泥浆液时变性耦合效应的柱-半球形渗透注浆扩散半径。

因此，急需要提出一种更符合注浆工程实践的考虑多孔介质迂曲度与幂律水泥浆液时变性耦合效应的岩土体迂曲度幂律浆液时变性的柱半球渗透半径确定方法。

发明内容