[發明專利]巖土體迂曲度冪律漿液時變性的柱半球滲透半徑確定方法

有效

• 申請號: 202210608440.X
• 申請日: 2022-05-31
• 公開（公告）號: CN114720331B
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發明（設計）人: 楊志全;劉昱清;朱穎彥;王向鵬;楊溢;葉長文;陳茂;李小輝;張碧華;楊太強;林凡強
• 申請（專利權）人: 成都理工大學;昆明理工大學
• 主分類號: G01N13/04
• 分類號: G01N13/04;G01N15/08;G01N11/04;G01N11/14
• 代理公司: 四川域策匯智知識產權代理有限公司 51351
• 代理人: 劉坦

本發明公開了一種巖土體迂曲度冪律漿液時變性的柱半球滲透半徑確定方法，包括：利用巖土體試驗得到多孔介質的孔隙率及其相應的滲透系數，并測量獲得注漿點處地下水壓力，確定多孔介質迂曲度；利用流變試驗獲得設計水灰比的冪律水泥漿液的初始稠度系數、流變指數與時變性系數，并確定水的黏度；獲取注漿參數，所述注漿參數包括注漿壓力、注漿時間、注漿管側面注漿孔數目和注漿孔半徑；求得考慮多孔介質迂曲度與冪律水泥漿液時變性耦合效應的柱?半球形滲透注漿擴散半徑。通過上述方案，本發明具有邏輯簡單、準確可靠等優點。

技術領域

本發明涉及環境保護與生態修復技術領域，尤其是巖土體迂曲度冪律漿液時變性的柱半球滲透半徑確定方法。

背景技術

注漿流體在多孔介質中的滲透注漿可表現球形、柱形及柱-半球形3 種擴散形式，且依據不同的流變本構方程將注漿流體可分為牛頓流體、賓漢流體及冪律流體三類。多孔介質的孔隙是曲折分布的，因此漿液在其中的滲透擴散通道非直線路徑，而具有典型的迂回曲折效應；同時，水泥漿液的流變參數也并非為常量，而會隨時間發生變化關系，具有典型的時變性影響，如果不考慮多孔介質的迂回曲折效應（即迂曲度）與水泥漿液時變性顯然與水泥漿液在多孔介質中的實際滲透擴散情況嚴重不符，不能真實反映水泥漿液在多孔介質中的滲透擴散效果。然而，現有技術中的滲透注漿機理尚未考慮多孔介質迂曲度與水泥漿液時變性耦合效應對滲透擴散效果的影響，由此采用現有技術計算得到的擴散參數遠大于實踐注漿工程中的實際值，難以滿足工程實踐的需要。

目前，一些學者對冪律流體在多孔介質中的滲透擴散規律開展了一定的研究。在不考慮冪律流體流變參數時變性滲透擴散機理方面，例如楊秀竹在《冪律型漿液擴散半徑研究》中推導了冪律流體在多孔介質中以球形方式擴散的滲透注漿擴散半徑公式；楊志全在此基礎上分別探討了冪律流體在多孔介質中以柱形、柱-半球形擴散的滲透注漿機理（《冪律型流體柱形滲透注漿機制》和《冪律型流體的柱–半球形滲透注漿機制研究》）；葉飛發表了《盾構隧道管片注漿冪律流型漿液滲透擴散模型》；張聰發表了《考慮區間分布的冪律流體脈動球形滲透注漿擴散機制》。在考慮冪律流體流變參數時變性滲透擴散規律方面，楊志全研究了考慮流變參數時變性冪律水泥漿液在多孔介質呈球形、柱形擴散的滲透注漿機制，楊劍分析了考慮稠度時變作用冪律漿液的隧道管片壁后注漿柱形擴散規律。在考慮多孔介質迂曲度對滲透擴散影響方面，張焜，楊志全分別研究了考慮多孔介質迂曲度的冪律流體球形、柱形滲透注漿機制。

再如專利公開號為“CN113297815A”、名稱為“一種考慮多孔松散介質迂曲度的賓漢姆型水泥漿液滲透注漿擴散半徑計算方法”的中國發明專利，其通過賓漢姆流體流變曲線得到賓漢姆流體本構方程中的屈服應力與塑性黏度，并得到不同水灰比的賓漢型水泥漿液流變方程；根據賓漢型水泥漿液在巖土體流動路徑迂曲度和賓漢型水泥漿液流變方程，推導出考慮多孔介質迂曲度的賓漢姆流體的滲流運動方程；根據注漿初始條件及邊界條件，推導出考慮多孔松散介質迂曲度影響的賓漢姆型水泥漿液滲透注漿擴散半徑計算式。該技術僅考慮了多孔松散介質迂曲度對賓漢姆型水泥漿液滲透注漿擴散半徑的影響，未考慮水泥漿液的時變性特征；同時，水泥漿液依據不同的流變本構方程可分為牛頓、賓漢及冪律三種流體類型，不同流體類型的水泥漿液在多孔介質中具有不同的滲透注漿機理，該技術以賓漢姆型水泥漿液為研究對象，而本發明針對冪律水泥漿液開展探索，因此它們具有不同的滲透注漿擴散半徑確定方法。

據工程實踐與理論研究表明：冪律流體時變性、多孔介質迂曲度均對滲透擴散過程及注漿效果具有非常重要的影響；然而，由上述研究成果可知：目前的滲透注漿機理均尚未考慮多孔介質迂曲度與冪律流體時變性耦合效應對滲透擴散過程及注漿效果的影響，甚至僅考慮冪律流體時變性、多孔介質迂曲度各自分別影響的冪律流體柱-半球形滲透注漿機理都未見相關的成果發表。由此可見，目前的滲透注漿理論難以滿足注漿工程實踐的需求，因此也不能合理有效地確定考慮多孔介質迂曲度與冪律水泥漿液時變性耦合效應的柱-半球形滲透注漿擴散半徑。

因此，急需要提出一種更符合注漿工程實踐的考慮多孔介質迂曲度與冪律水泥漿液時變性耦合效應的巖土體迂曲度冪律漿液時變性的柱半球滲透半徑確定方法。

發明內容