幂律浆液时水作用岩土体迂曲度的球形渗透半径确定方法技术

本发明专利技术公开了幂律浆液时水作用岩土体迂曲度的球形渗透半径确定方法，包括：采用岩土体试验获得岩土体孔隙率与渗透系数，并确定其迂曲度；测量得到注浆点处地下水压力，并预设注浆压力、注浆时间与幂律水泥浆液水灰比；选取注浆管及确定其注浆孔半径；利用现有研究数据或流变试验得到水的黏度；求得考虑幂律浆液时变性、水灰比与岩土体迂曲度综合影响的球形渗透注浆扩散半径。。。

【技术实现步骤摘要】
幂律浆液时水作用岩土体迂曲度的球形渗透半径确定方法
[0001]

[0002]本专利技术涉及环境保护与生态修复
，尤其是幂律浆液时水作用岩土体迂曲度的球形渗透半径确定方法。

技术介绍

[0003]注浆浆液在松散岩土体中的渗透注浆扩散形式可表现为球形、柱形及柱
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半球形3种类型，如图1至图3所示。其中，当注浆管端部注浆（即点注浆）时，注浆浆液在多孔松散介质中的扩散形式呈球形，其形成球形类型的渗透注浆扩散形态。另外，当注浆不分段（注浆管穿过含水层到达底部不透水层），即通过完整孔或自下而上分段注浆时，注浆浆液在多孔松散介质中的扩散形式呈柱形，即柱形类型的渗透注浆扩散形态。当非完整孔或自上而下分段注浆时，注浆浆液在多孔松散介质中的扩散形式表现为柱
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半球形，即柱
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半球形类型的渗透注浆扩散形态。
[0004]另外，注浆浆液依据不同的流变方程可分为牛顿流体、宾汉流体及幂律流体三类，注浆浆液的三种类型及其流变方程如表1所示：表1注浆浆液的三种类型及其流变方程
注浆浆液类型流变方程符号代表的含义牛顿流体牛顿流体为剪切应力，为动力粘度，为剪切速率宾汉流体宾汉流体为剪切应力，为屈服应力，为塑性粘度，为剪切速率幂律流体幂律流体为剪切应力，为稠度系数，为流变指数，为剪切速率
从图1至图3以及表1可知，不同流体类型的注浆浆液在松散岩土体中的不同扩散形式的渗透注浆具有显著不同的渗透扩散形态与扩散效果，进而表现为不同的渗透注浆扩散机理；因此它们具有显著不同的渗透注浆扩散半径确定方法。
[0005]目前，一些学者对幂律流体在松散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，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机理，杨志全《幂律型流体柱形渗透注浆机制》和《幂律型流体的柱
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半球形渗透注浆机制研究》在此基础上分别探讨了幂律流体在多孔介质中以柱形、柱
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半球形扩散的渗透注浆扩散半径计算公式，张聪在《考虑区间分布的幂律流体脉动渗透注浆扩散机制研究》中分析了考虑区间分布的幂律流体脉动渗透注浆扩散机制；叶飞则在《盾构隧道管片注浆幂律流型浆液渗透扩散模型》中探讨了盾构隧道管片注浆幂律浆液球形渗透扩散模型。在考虑幂律流体流变参数时变性渗透扩散规律方面，如杨志全在《Penetration Grouting Mechanism of Time
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Dependent Power
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Law Fluid for Reinforcing Loose Gravel Soil》和《流变参数时变性幂律型水泥浆液的柱形渗透注浆机制研究》中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；杨剑在《考虑稠度时变作用幂律型浆液的隧道管片壁后注浆柱形扩散研究》中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，如张焜《考虑迂曲度的多孔介质渗透注浆机理研究》中、杨志全《考虑多孔介质迂回曲折效应的幂律流体柱形渗透注浆机制》等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。
[0006]再如专利公开号为“CN 114720331A”、名称为“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”的中国专利技术专利。该技术以幂律水泥浆液为研究对象提出了一种考虑岩土体迂曲度与幂律水泥浆液时变性耦合效应的柱
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半球形渗透注浆扩散半径的确定方法；而本技术则针对幂律水泥浆液时变性、水灰比与岩土体迂曲度综合影响的球形渗透扩散形式的注浆扩散半径如何得到开展探索。由此可见，二者虽均以幂律流体类型的水泥浆液为研究对象，但它们在岩土体中的渗透注浆扩散形式不一样，因此它们具有不同的渗透扩散形态；同时，本技术除考虑岩土体迂曲度与幂律水泥浆液时变性（前者考虑的影响因素）外，还考虑了幂律水泥浆液水灰比对渗透扩散形态与扩散效果的影响。由此可见，它们表现为显著不同的渗透注浆扩散机理，进而也具有显著不同的渗透注浆扩散半径确定方法。
[0007]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”的中国专利技术专利，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。该技术以宾汉流体类型的水泥浆液为研究对象，仅考虑了多孔松散介质迂曲度对宾汉流体类型的水泥浆液渗透注浆扩散半径的影响，而未考虑其时变性与水灰比对其的影响；而本技术针对幂律流体类型的水泥浆液开展探索。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，由此可见，它们具有显著不同的渗透注浆扩散半径确定方法。
[0008]又如专利申请号为“202211389067.X”名称为“宾汉浆液时水效应岩土体迂曲度柱半球渗透半径确定方法”的中国专利技术专利。该技术以宾汉流体类型的水泥浆液为研究对象提出了一种考虑宾汉流体类型的水泥浆液水灰比、时变性及岩土体迂曲度综合影响的柱
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半球形渗透注浆扩散半径的确定方法；而本技术则针对幂律流体类型的水泥浆液时变性
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水灰比作用与岩土体迂曲度综合影响的球形渗透注浆扩散半径如何计算得到开展探索。因此，二者不仅水泥浆液所属的流体类型不相同，而且水泥浆液在岩土体中的渗透注浆扩散形式也不一样，它们具有不同的渗透扩散形态与扩散效果。由此可见，它们也表现为显著不同的渗透注浆扩散机理，进而也具有显著不同的渗透注浆扩散半径确定方法。
[0009]据工程实践与理论研究表明：幂律浆液水灰比、时变性与岩土体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，通过分析目前国内外的相关文献与专利可知：当前已有的幂律浆液渗透注浆机理仅从岩土体迂曲度、浆液时变性单独或二者耦合效应对渗透扩散半径及注浆效果的影响方面开展研究，而均尚未考虑幂律浆液水灰比、时变性与岩土体迂曲度的综合作用对渗透扩散过程及注浆效果的影响。由此可见，现有技术
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幂律浆液时变性、水灰比与岩土体迂曲度综合影响的幂律浆液在岩土体中呈球形扩散的渗透注浆半径。
[0010]因此，急需提出一种更符合注浆工程实践的幂律浆液时变性、水灰比与岩土体迂曲度综合影响的球形渗透注浆扩散半径确定方法。

技术实现思路

[0011]针对上述问题，本专利技术的目的在于提供幂律浆液时水作用岩土体迂曲度的球形渗透半径确定方法，本专利技术采用的技本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.幂律浆液时水作用岩土体迂曲度的球形渗透半径确定方法，其特征在于，包括以下步骤：采用岩土体试验获得岩土体孔隙率与渗透系数，并确定其迂曲度；测量得到注浆点处地下水压力，并预设注浆压力、注浆时间与幂律水泥浆液水灰比；所述幂律水泥浆液采用常温下的#32.5硅酸盐水泥；选取注浆管及确定其注浆孔半径；利用现有研究数据或流变试验得到水的黏度；求得考虑幂律浆液时变性、水灰比与岩土体迂曲度综合影响的球形渗透注浆扩散半径，其表达式为：，其表达式为：，其表达式为：，其表达式为：，其表达式为：其中，表示自然对数的底；表示水的密度；表示重力加速度；表示水的黏度。2.根据权利要求1所述的幂律浆液时水作用岩土体迂曲度的球形渗透半径确定方法，其特征在于，所述幂律水泥浆液水灰比的表达式为：其中，表示配置幂律水泥浆液所需水泥的质量；表示配置幂律水泥浆液所需水的质量。3.根据权利要求1所述的幂律浆液时水作用岩土体迂曲度的球形渗透半径确定方法，其特征在于，所述水的黏度采用毛细管或旋转黏度计开展流变试验或依据现有的研究结果得到。4.根据权利要求1或2或3所述的幂律浆液时水作用岩土体迂曲度的球...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨志全，任锦程，张杰，朱颖彦，穆罕默德，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：