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技术

本发明专利技术涉及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，属于岩石工程技术领域。本发明专利技术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τ

【技术实现步骤摘要】
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
本专利技术涉及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，属于岩石工程

技术介绍
注浆技术在我国矿业工程、土木工程和水利水电工程等众多领域已经得到了很好的应用。但是，现阶段注浆理论都是在一定假设前提下发展的，与实际注浆情况还有较大偏差，仍不能满足实际工程需求。在实际工程中，浆液扩散的通道是曲折的。基于孔隙通道线性假设获得的研究结果往往与实际值有明显的偏差，一般情况下对应于同一时刻和同一测点的注浆压力会高于计算得出的压力值。因此，无法真实反映岩土介质曲折的孔隙通道，揭示水泥浆液岩土介质内流动过程。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术对宾汉型水泥浆液流动过程研究的不足，提供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，本专利技术基于宾汉姆流体本构方程，建立的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方法，可解决水泥浆液在岩土介质对应于同一时刻和同一测点的注浆压力会高于计算得出的压力值，以及浆液有效加固范围计算问题。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，具体步骤如下：(1)通过室内注浆实验获得宾汉姆流体流变曲线，通过宾汉型水泥浆液流变曲线得到宾汉姆流体本构方程中的屈服应力τ0与塑性黏度μp，并得到不同水灰比的宾汉型水泥浆液流变方程；(2)根据宾汉型水泥浆液在岩土体流动路径迂曲度和步骤(1)宾汉型水泥浆液流变方程，推导出考虑多孔松散介质迂曲度的宾汉姆流体的渗流运动方程；宾汉型水泥浆液在岩土体流动路径迂曲度：式中，Γ岩土体流动路径迂曲度；dle为实际流动路径长度；dl为实际流动路径对应的直线长度；考虑水泥浆液在岩土介质流动迂曲度模型后，水泥浆液在多孔介质中运动过程中的受力平衡为：pπr2-(p+dp)πr2＝2πrτdle式中，p和p+dp分别为水泥浆液圆柱形微元体两端压力；r为水泥浆圆柱形微元体半径；τ为水泥浆液剪切应力；dle为实际流动路径长度；宾汉姆流体在圆管中流动的流速径向分布为：式中，γ为剪切速率；dv为水泥浆液速度；μp为水泥浆液塑性黏度；dp为压力；τ0为宾汉姆型水泥浆液屈服应力；0≤r≤rp内相邻两流层处于静止状态，rp＜r≤r0内相邻两流层处于滑移状态，对上式进行分离变量积分并结合边界条件：当0≤r≤rp时，v＝vp(vp为流核半径)，当r＝r0(r0为毛细管半径)时，v＝0，则有:式中，v为流核半径以外水泥浆液的速度；r0为毛细管半径；vp为流核半径内水泥浆液的速度；rp为流核半径；μp为水泥浆液塑性黏度；dle为实际流动路径长度；dp为压力；毛细圆管内的流量Qp为：式中，μp为水泥浆液塑性黏度；dle为实际流动路径长度；r0为毛细管半径；v为水泥浆液速度；λ＝2τ0/r0；dp为压力；故单个圆管内的平均流速为：式中，为水泥浆液平均流速；μp为水泥浆液塑性黏度；dle为实际流动路径长度；r0为毛细管半径；v为水泥浆液速度；λ＝2τ0/r0；dp为压力；利用Dupuit-Forchheimer关系式，考虑多孔松散介质迂曲度影响的宾汉姆流体的渗流运动方程为其中，V为渗流速度；为多孔介质的渗透率；φ为多孔介质的孔隙率；μp为塑性黏度；λ＝2τ0/r0，为宾汉姆流体在毛细管内的启动压力启动；dp/dle为考虑水泥浆液在多孔介质内流动路径曲折效应压力梯度；(3)根据注浆初始条件及边界条件，即当p＝p0时，l＝l0，当p＝p1时，l＝l1，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，其中：p0为注浆压力；p1为地下水压力；t为注浆时间；为地层有效渗透率；μp为宾汉型水泥浆液塑性粘度；r0为毛细管半径；φ为地层孔隙率，无量纲；dp/dl为压力梯度；；l0为注浆管半径；λ＝2τ0/r0，为宾汉姆流体水泥浆液在毛细管内流动的启动压力梯度；Γ为水泥浆液在多孔介质毛细管道的水力迂曲度。所述步骤(1)宾汉型水泥浆液本构方程为τ＝τ0+μpγ其中，τ为剪切应力，单位为Pa；γ为剪切速率；τ0为屈服应力；μp为塑性黏度。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术基于宾汉姆流体本构方程，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，可解决水泥浆液在岩土介质对应于同一时刻和同一测点的注浆压力会高于计算得出的压力值，以及浆液有效加固范围计算问题；(2)本专利技术通室内注浆实验，自主配置不同水灰比的水泥浆液，并根据实际的注浆时间等条件，得到水泥浆液在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扩散效果，通过试验结果验证理论得到扩散半径，并可验证本专利技术方法的准确性。附图说明图1为注浆试验装置结构示意图；其中，1-供压设备、2-储浆容器、3-试验箱、4-氮气减压器(装有压力表)与注浆控制开关、5-注浆流体、6-电子称、7-注浆导管、8-注浆花管、9-松散碎石土层；图2为水泥浆液柱形扩散实施例注浆花管示意图；图3为实施例2不同水灰比水泥浆液的剪切应力随切速率的变化曲线。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明，但本专利技术的保护范围并不限于所述内容。实施例1：一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，具体步骤如下：(1)通过室内注浆实验获得宾汉姆流体流变曲线，通过宾汉型水泥浆液流变曲线得到宾汉姆流体本构方程中的屈服应力τ0与塑性黏度μp，并得到不同水灰比的宾汉型水泥浆液流变方程；其中宾汉型水泥浆液本构方程为τ＝τ0+μpγ其中，τ为剪切应力，单位为Pa；γ为剪切速率；τ0为屈服应力；μp为塑性黏度；(2)根据宾汉型水泥浆液在岩土体流动路径迂曲度和步骤(1)宾汉型水泥浆液流变方程，推导出考虑多孔松散介质迂曲度的宾汉姆流体的渗流运动方程；宾汉型水泥浆液在岩土体流动路径迂曲度：式中，Γ岩土体流动路径迂曲度；dle为实际流动路径长度；dl为实际流动路径对应的直线长度；考虑水泥浆液在岩土介质流动迂曲度模型后，水泥浆液在多孔介质中运动过程中的受力平衡为：pπr2-(p+dp)πr2＝2πrτdle式中，p和p+dp分别为水泥浆液圆柱形微元体两端压力；r为水泥浆圆柱形微元体半径；τ为水泥浆液剪切应力；dle为实际流动路径长度；宾汉姆流体在圆管中流动的流速径向分布为：式中，γ为剪切速率；dv为水泥浆液速度；μp为水泥浆液塑性黏度；dp为压力；τ0为宾汉姆型水泥浆液屈服应力；0≤r≤rp内相邻两流层处于静止状态，rp＜r≤r0内相邻两流层处于滑移状态，对上式进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一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，其特征在于，具体步骤如下：/n(1)通过宾汉型水泥浆液流变曲线得到宾汉姆流体本构方程中的屈服应力τ

【技术特征摘要】
1.一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，其特征在于，具体步骤如下：
(1)通过宾汉型水泥浆液流变曲线得到宾汉姆流体本构方程中的屈服应力τ0与塑性黏度μp，并得到不同水灰比的宾汉型水泥浆液流变方程；
(2)根据宾汉型水泥浆液在岩土体流动路径迂曲度和步骤(1)宾汉型水泥浆液流变方程，推导出考虑多孔松散介质迂曲度的宾汉姆流体的渗流运动方程，



其中，V为渗流速度；为多孔介质的渗透率；φ为多孔介质的孔隙率；μp为塑性黏度；λ＝2τ0/r0，为宾汉姆流体在毛细管内的启动压力启动；dp/dle为考虑水泥浆液在多孔介质内流动路径曲折效应压力梯度；
(3)根据注浆初始条件及边界条件，即当p＝p0时，l＝l0，当p＝p...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨志全，李朝月，朱颖彦，甘进，李壮，张智伟，樊详珑，路乔，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南;53