采空区岩体粗糙单裂隙中浆液扩散机理研究

以某采空区岩体粗糙裂隙为研究对象,基于有限元软件COMSOL Multiphysics构建了三维粗糙单裂隙注浆模型,分析岩体裂隙中的浆液流动规律,研究了不同的裂隙面粗糙度、开度、注浆压力、裂隙倾角及浆液黏度影响的浆液扩散机理。结果表明,裂隙面粗糙度影响浆液的扩散面轮廓,粗糙度越大,浆液扩散阻力越大,浆液扩散各向异性越强;注浆速率与开度为二次多项式关系,裂隙开度越大,注浆速率的损失越小;注浆压力对浆液扩散轮廓的影响较弱,但改变了浆液的扩散半径,且注浆压力与扩散半径为正相关、与注浆速率呈二次多项式关系,注浆压力越大,注浆速率的损耗越低;浆液黏度并不影响其扩散的各向异性,仅改变浆液扩散的范围。研究成果表明了采空区粗糙裂隙中的浆液扩散机理,为采空区注浆范围的预测及加固决策提供了理论支持。     

岩体单一裂隙动水注浆数值模拟研究

针对当前深部高应力地区裂隙面变形过程中咬合作用强烈,常导致局部凸起闭合形成“岛状”低水力开度区的现象,运用有限元软件建立单裂隙中部分填充固体表征非均匀水力开度模型模拟动水环境下浆液扩散过程,得出裂隙面的水力性质具有显著控制作用;计算结果表明：浆液横向最大扩散半径与低水力开度区域等效半径成负相关关系,而逆水流方向扩散半径与低水力开度区域等效半径成正相关关系。注浆是深埋碎裂岩体加固与防渗的重要技术手段,注浆变量因素对浆液最大横向扩散半径的影响程度为物理力学开度>水流速度>注浆速率>低水力开度区域有效半径;注浆变量因素对浆液逆水扩散半径的影响程度为注浆速率>物理力学开度>水流流速>低水力开度区域有效半径。相较于平行板注浆,非均匀水力开度裂隙模型更加符合实际工程状况,可为实际裂隙注浆提供参考价值。     

倾斜单裂隙宾汉浆液流动模型理论研究

参考二维平行板间不可压缩粘性流体的运动方程,分析推导了宾汉浆液在等宽光滑倾斜裂隙中的流动方程。通过分析该流动模型发现:宾汉浆液流速随时间逐渐降低。压力越大,浆液流速越大,则浆液渗透更远。并不是裂隙倾角越大,则宾汉浆液流速越大。在其他参数相同情况下,裂隙宽度越大,浆液流速越小;浆液粘度越大,或初始剪切粘度越小,或浆液密度越大时,浆液流速也会越小。     

高水头条件下管道裂隙浆液封堵机制试验研究

针对高水头下管道裂隙浆液留存率低、封堵效果差的问题,通过自主设计的可视化动水注浆试验平台,开展了高水头管道裂隙注浆封堵试验研究,探讨了影响管道裂隙浆液封堵的主次因素,揭示了水灰比、注浆压力及动水流速对水泥浆液封堵效果的影响。研究结果表明:影响高水头管道裂隙浆液封堵沉积厚度及逆向扩散距离的因素依次为动水流速、水灰比、注浆压力;在合理水灰比条件下,浆液沉积厚度及逆向扩散距离随注浆压力增大而单调递增;浆液逆向扩散距离相比沉积厚度对动水流速变化更加敏感。     

砂砾石层中浆液渗透扩散现场模拟试验研究

采用现场大型模拟试验平台进行原位模拟灌浆试验,利用试验得到的数据结果,运用多元回归分析法,得出了浆液扩散半径与灌浆压力、浆液水灰比之间的关系．模拟灌浆试验结果应用表明：统计分析所得公式计算结果与实际灌浆工程开挖检查测得的浆液扩散半径非常接近,说明此公式对于实际灌浆工程具有一定的指导作用．     

水泥-水玻璃浆液在圆砾层的扩散规律

基于浆液在孔隙介质中的渗流方程,推导出了圆砾层中浆液流动时间、注浆量、扩散半径的计算式,并在一定的假设条件下,获得了水泥-水玻璃浆液粘度随时间变化的规律,探讨了不同注浆压力和浆液流动时间对浆液扩散半径的影响.浆液扩散半径随注浆压力的增大呈非线性增大,随浆液流动时间的增大呈非线性减小.圆砾层防渗注浆工程实例验证了圆砾层双液注浆计算式的正确性.     

低渗透介质注浆浆液扩散机理试验研究

为研究注浆浆液在低渗透介质中扩散力学机理,以井工一矿4^#煤层中X5陷落柱中填充物为研究对象,设计了能够进行观察浆液微观扩散过程的可视化高应力注浆试验系统,设计了间歇式注浆实验方案,得出泥砂注浆固结体的几何模型。分析实验结果可知,浆液的扩散过程包括形成裂隙内流动和孔隙渗透两部分。浆液在流动过程中,注浆压力随着沿程距离的增大而减小,渗流通道周边的浆液渗透到泥沙孔隙中,浆液在孔隙中的活动包括渗入、絮凝、破坏絮凝层等循环过程。     

动荷作用下非贯通裂隙介质的强度性质

利用裂隙岩体介质的脆性材料模型试验,在MTS810动三轴仪上对非贯通裂隙的半连续岩体介质动强度特性进行了不同动载下,不同裂隙几何特性的试验研究,研究结果显示:(1)非贯通裂隙介质与无裂隙介质的强度均随加载速率的提高而明显提高;(2)高频动荷下裂隙介质的单轴抗压强度具有一定的残余强度;(3)裂隙倾角45°时裂隙介质的强度最小,这些均与静载下裂隙的强度性质不同.     

基于宾汉体浆液的海底隧道劈裂注浆机理研究

基于流体流变方程和平板窄缝模型,推导出宾汉体浆液劈裂注浆扩散半径计算公式,并提出了求解方法.计算表明,注浆压力差随浆液流变参数的增大呈线性增大,要达到一定劈裂长度,水灰比越小所需注浆压力越大;裂隙宽度的减小使所需注浆压力差迅速增大,并使扩散半径迅速减小,这种影响随着水灰比的增大而减小.结合厦门翔安海底隧道全风化花岗岩地层HSC(High Strength Concrete)水泥注浆试验,证明了这一理论的计算结果符合工程实际.     

地应力作用下裂隙对锚杆预应力扩散机制的影响

为深入了解裂隙对锚杆预应力扩散机制的影响,采用将锚杆预应力在裂隙围岩中形成的应力场-锚杆预应力场从围岩应力场中分离出来的方法,系统地研究了地应力作用下裂隙位置、长度和倾角对锚杆预应力扩散机制的影响。研究发现:裂隙长度对锚杆预应力场的影响最显著、次为倾角、再次为位置。裂隙长度存在阈值;随其长度增加,拉、压应力峰值区位置发生转移,拉应力峰值单调增加,压应力峰值则先增大再减小。随裂隙向围岩深部移动,拉、压应力区位置发生互换,拉、压应力峰值总体呈减小趋势。裂隙倾角90°时的锚杆预应力场与30°~75°时的显著不同;随裂隙倾角增大,拉应力峰值按减小→增大→减小的规律变化,压应力峰值先减小再增大。     

动水注浆技术在山西大远煤业快速复矿中的应用研究

为了解决大远煤业1201南工作面上巷附近2煤底板突水的问题,针对大远煤业的"三软"地层构造的地质条件和水文情况,采用合理整合的动水注浆方案,实现了对突水点的有效注浆截流封堵,并通过边注边排,使煤矿快速复矿。为具有类似条件工作面突水点的治理提供有益借鉴。     

考虑自重的盾构壁后注浆浆液驱替渗透扩散

针对砂砾石地层中盾构壁后注浆施工过程,考虑浆液扩散过程的自重作用及浆液驱替效应,分析不同位置注浆孔浆液的渗透扩散特征.首先分析了重力作用下宾汉姆浆液渗透扩散运动方程,根据浆液球形扩散的连续性方程,建立浆液驱替渗透扩散模型,并给出顶部和底部注浆孔浆液扩散的解析解.计算结果表明:当考虑浆液驱替效应时,重力作用对浆液扩散距离的影响更加显著.基于浆液驱替效应的渗透扩散模型表明:在高渗透性地层中,当采用低压注浆时,随着注浆时间的增加,浆液所受重力对浆液渗透扩散过程的影响显著.     

渗透动水压力作用下裂隙岩体渗流与应力耦合分析

针对裂隙岩体的渗透水压力使岩体应力产生非常大变化,同时应力变化也影响裂隙岩体渗透性。考虑岩体渗流和应力耦合分析是研究地下水活动规律的首要问题。当岩体以裂隙为主,且其分布较密集时,可将岩体系统看作等效连续多相介质体系。运用等效连续介质理论,建立了等效连续岩体渗流与应力耦合分析的数学模型,充分考虑了渗透水压力和裂隙的存在对岩体应力及孔隙裂隙水压力变化产生的影响。给出了渗流场与应力场耦合分析的工程算例。     

周期荷载作用下冻融裂隙砂岩变形破坏机理

为研究裂隙岩体在冻融与周期荷载作用下的变形破坏机理,采用宏观周期荷载试验与细观核磁共振试验以及颗粒流数值模拟相结合的方法,对不同冻融循环次数作用下裂隙砂岩的宏细观破坏机理进行研究。结果表明：冻融次数的增加使裂隙砂岩强度降低,破坏时扩容现象加剧,细观尺度上表现出孔隙尺寸及数量增加;冻融及周期荷载耦合作用使裂隙砂岩破坏裂纹发展多且复杂,破坏程度更严重,细观表现为T2谱峰总面积变化率增幅更加显著、大尺度孔隙占比增加;周期荷载作用下裂隙砂岩的变形曲线趋势可作为判断疲劳强度门槛值范围的依据,获取变形预警值;颗粒流模拟结果说明,周期荷载作用下裂隙砂岩的新的裂纹在预制裂隙尖端处集中萌生并以翼裂纹为主要扩展模式,围压作用下裂隙砂岩的破坏模式更趋向于剪切张拉复合型破坏。研究结果可为寒区裂隙岩体边坡稳定性评价及灾害防治提供参考。     

采动覆岩导水裂隙带发育高度研究进展

导水裂隙带发育高度的确定在矿井防治水工作、矿井优化设计、解放水体下资源、采空区瓦斯抽放、煤层气资源开发利用、建筑地基稳定性评价以及水资源破坏评价与保护研究等方面具有重要的研究意义。对近年来导水裂隙带高度范围、各影响因素及其主要预测方法的研究成果进行了总结。对比分析了计算法、模拟法与实际探测法的特点,力图较为全面地认识当前导水裂隙带高度的研究进展;并提出导水裂隙带发育高度研究的发展趋势。     

坪湖矿岩溶洞探测及其采动作用下的概化模型

为更好地研究煤层开采对岩溶塌陷的影响,保护岩溶地区地质环境.本文对坪湖矿区阳坑村下的岩溶洞进行了探测分析,根据岩溶洞与主采煤层的相对位置,分别建立了采动作用下上覆岩溶洞塌陷的4种概化模型,并根据概化模型对采动引起岩溶塌陷的原因进行了分析.根据所建立的岩溶洞塌陷概化模型对坪湖矿井田范围内1#和6#塌陷坑塌陷机理进行分析,其塌陷原因是岩溶洞处于岩层弯曲下沉过程中的拉伸区域以及岩溶洞上方覆盖层较薄引起的.本文的研究为在喀斯特地区进行煤炭资源的地下开采,预防采场上方覆岩溶塌陷提供了理论依据.     

基于COMSOL的注浆渗透扩散规律数值研究

该文基于COMSOL软件模拟了注浆后浆液在单一光滑平板裂隙中渗透扩散现象,研究了水灰比、注浆压力对浆液扩散渗透的影响规律。结果表明:水灰比在1.5:1左右浆液性能优越;渗透压力随浆液扩散有效距离增加而降低。     

技术创新扩散系统演进机理研究

基于纳尔逊和温特关于创新的演进分析思想 ,采用系统观、演进观的分析框架 ,对技术创新扩散系统的演进过程及演进机理进行了探讨。分析了技术创新扩散过程组织与自组织演进过程 ,以及演进的内在机理和外在规定性 ,得出了有益的结论     

技术创新空间扩散机理研究

从技术创新扩散的空间展开模式入手,分析了技术创新空间扩散的动力以及维度,通过对技术创新空间扩散过程与扩散环境间的互动演进过程,阐述了技术创新空间扩散机理,并提出了技术创新空间扩散的形式化模型.     

裂隙花岗岩卸围压作用下损伤破坏机理CT检测

利用CT专用岩石三轴试验加载设备，完成了单一裂隙花岗岩在卸围压应力作用下的损伤扩展规律CT实时试验。得到非常清晰的裂隙花岗岩在卸围压破坏全过程中从裂纹发展、贯通到破坏等各个阶段的CT图象。结果表明，已有裂隙与最大主应力方向的夹角角度对裂隙花岗岩的卸围压破坏裂纹的起裂和宏观破坏面的形成具有重要的影响，裂隙花岗岩在卸载条件下的破坏具有突发性。