盾构壁后注浆宾汉姆浆液驱替渗透扩散模型

以宾汉姆流型浆液为研究对象,基于浆液对地下水的驱替效应,运用广义达西定律及渗流力学相关理论,推导了壁后注浆球形驱替渗透扩散模型.通过算例分析了考虑浆液驱替效应时浆液的渗流扩散特征,并针对影响浆液渗透扩散的主要因素进行了分析.结果表明:考虑浆液驱替效应时,扩散锋面浆液压力随着扩散距离的增加沿下凹形曲线递减,虽然锋面浆液压力变化量较小,但对浆液的扩散半径影响较大,注浆1 h时浆液扩散距离减小约23%.     

重力稳定气驱判别模型和试验

通过室内试验,研究储层倾角、注入速率和原油黏度等因素对重力稳定注气提高驱油效率的影响,根据注采数据和管内残余油砂分布,分析其提高采收率原理。通过理论推导,建立简易量化的顶部注气重力稳定判别模型NGAGI,综合考虑储层倾角、渗透率、驱替液与被驱替液密度差异、原油黏度和注气速率等因素的影响。结果表明:增大地层倾角、减小注气速率和降低原油黏度,可延长重力稳定高效驱油时间,提高采收率,气驱后管内残余油砂分布显示,排除端部效应导致模型两端效果不好,模型中部重力稳定气驱后残余油饱和度低于10%;当NGAGI1时,可实现重力稳定气驱模式,并通过室内和矿场试验验证,可有效评价重力稳定气驱前缘稳定性,为油田矿场应用提供一定的决策依据。     

渗滤效应下砂土注浆加固机理试验研究

渗滤效应是砂土等多孔介质注浆过程中的普遍现象,渗滤效应对浆液流速、浓度及扩散距离均有显著影响.基于Darcy渗流定律、质量守恒方程及线性滤过定律,对渗透注浆中水泥颗粒的运移方程、浆液锋面速度及压力进行推导,分析了多孔介质渗滤效应的基本机理.采用矿渣、超细水泥进行了砂土注浆试验,发现水灰比、孔隙比及注浆压力等因素对渗滤效...     

盾构隧道壁后注浆浆液时变半球面扩散模型

在假定注浆浆液为粘度时变性流体且浆液沿半球面扩散的前提下,应用达西定律对盾构管片注浆扩散半径及浆液对管片产生的压力进行了理论推导,得到了浆液扩散半径及对管片产生的压力的计算式.通过具体实例,对比分析了考虑浆液粘度时变性和不考虑浆液粘度时变性2种条件下注浆压力、注浆时间、浆液初始粘度、土体渗透系数对浆液扩散半径及浆液压力的影响,得到了浆液压力的分布形式.分析结果表明,注浆压力和土体渗透系数较大且注浆时间较长时,浆液的粘度时变性对浆液扩散范围和压力的影响显著;可通过调整注浆压力、注浆时间、浆液特性来调整注浆效果.     

盾构隧道同步注浆浆液压力变化规律研究

基于浆液流体的连续方程和运动方程,建立了浆液刚进入盾尾空隙时的环向压力分布模型;并推导了在距离注浆孔较远距离处的浆液压力梯度与上浮力的关系式。结合实际工程监测数据验证了理论分析的合理性。分析结果表明:盾构机推进时,注浆点附近的浆液环向压力分布主要由注浆孔位置和注浆孔压力及浆液重度决定;停止推进时,浆液在固结效应下压力逐渐消散,竖直方向上压力梯度逐渐减小;随着远离注浆点,浆液的压力梯度逐步减小并趋于稳定,稳定时的压力梯度主要由上浮力的大小决定。     

盾构隧道同步注浆纵环向整体扩散理论模型

针对目前现有的盾尾同步注浆扩散模型以浆液纵环向流动相互独立为前提,未考虑浆液流动的关联性问题,基于Bingham流体本构模型和流体力学原理,分析盾构隧道同步注浆扩散模式机理,建立了盾尾同步注浆纵环向整体扩散理论模型。基于时空离散概念,设计求解该理论模型的数值算法。结合工程实例,对理论模型和数值算法进行了验证,并与现有的环向独立扩散模型计算结果进行对比和分析。分析结果表明:纵环向整体扩散模型相较于环向扩散模型,改进了假定条件,不需引入环饼厚度等敏感假定参数,更加贴近工程实际情况;浆液压力整体上呈现着上小下大重力主导的趋势,竖向梯度约为16 kPa·m~(-1),而在注浆孔附近局部区域浆液压力分布较为复杂,与注浆孔位、浆液流动方向以及注浆压力与环境压力之间的压力差等因素有关。     

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。     

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。     

考虑浆液自重的均匀注浆压力引起地表变形

目前关于同步注浆压力对地层变形的研究大都将其视为均布径向压力,为了能够更加准确地预测注浆压力对土体变形,在考虑浆液重力的条件下,以浆液流体为研究对象,分析均匀注浆压力对地表的变形。考虑重力的注浆压力分布形式为半无限体柱形孔扩张,基于弹性叠加原理,利用镜像法和Mindlin解,通过坐标变换,推导出考虑重力的均匀注浆压力引起地表最大隆起位移的解析式,通过数值模拟对工程实例进行分析并与已有的解析式对比,验证解析式的合理性。     

考虑浆液自重的均匀注浆压力引起地表变形研究

目前关于同步注浆压力对地层变形的研究大都将其视为均布径向压力,为了能够更加准确的预测注浆压力对土体变形,在考虑浆液重力的条件下,以浆液流体为研究对象,分析均匀注浆压力对地表的变形。考虑重力的注浆压力分布形式为半无限体柱形孔扩张,基于弹性叠加原理,利用镜像法和mindlin解,通过坐标变换,推导出考虑重力的均匀注浆压力引起地表最大隆起位移的解析式,通过数值模拟对工程实例进行分析并与已有的解析式对比,验证解析式的合理性。     

全风化花岗岩地层单-双液浆加固试验研究

针对全风化花岗岩注浆治理工程中的浆液选型及注浆参数调控问题,通过注浆模拟试验,对水泥浆液和水泥-水玻璃浆液(C-S浆液)2种浆液的加固效果进行对比分析研究。研究结果表明,单-双液浆在地层中均以劈裂扩散为主,但扩散模式具有显著差异:水泥浆液呈直线式和放射式2种,其主控因素为水灰比;而C-S浆液的扩散模式主要为放射式和网络式,扩散模式受水灰比和注浆压力双因素影响。2种浆液注入地层后,加固体试样抗压强度、抗崩解性均显著增高,根据对加固效果的作用关系可将水灰比分为注浆压力作用区(水灰比为0.80～1.13)和C-S浆液优势区(水灰比为1.13～1.50),水泥浆液多适用于深部高压加固区,C-S浆液多适用于浅部低压加固区。在满足注浆工程要求前提下,C-S浆液加固体压缩可变形性和残余强度比水泥浆液加固体的高,加固地层更为稳定。通过工程现场验证,研究成果对类似地层的注浆加固治理具有一定的参考和借鉴意义。     

孔隙介质水泥浆液渗透注浆有效扩散距离试验研究

为分析渗滤效应对注浆效果的影响机制以及有效扩散距离的计算,首先研制"一维渗透有机玻璃分段拼接式注浆管系统"。然后以碎砾石和水泥浆液为例,考虑孔隙率、水灰比、注浆压力和注浆时间这4个主要影响因素进行正交试验设计,研究不同水灰比浆液在不同孔隙率、注浆压力和注浆时间下的扩散规律。分别得到不同试验组合的真实扩散距离和有效扩散距离,以及有效扩散距离与这4个因素之间的函数关系式,并与既有理论计算模型进行对比。最后简要分析渗滤效应的影响机制,并对既有理论模型进行探讨。研究结果表明:渗滤效应具有明显的时空效应,它与渗流时间、扩散距离有关。注浆口附近一定距离内的渗滤效应更为明显,对浆液渗透起着关键性作用,特别是决定难以注入时间。有效扩散距离与4个影响因素的函数关系符合幂函数数学模型,基于试验的有效扩散距离计算结果相对比较合理,可为多孔岩土体或人工填筑层介质注浆工程的科学设计和施工提供依据。     

坡度对沉管隧道压浆法基础处理浆液扩散特性的影响

针对砂石垫层的不平整或沉管隧道本身走向设计引起的坡度变化,采用压浆法进行小比例模型试验,研究在不同坡度条件下单孔注浆、双孔同步注浆时的浆液扩散情况.结果表明,带纵坡注浆时,沿纵坡下坡方向的扩散速度明显大于沿上坡方向的扩散速度,即水下混合砂浆的流动受到重力加速度的影响显著,出现向低处先行扩散流动的趋势,而且当坡度较大时,沿上、下坡方向扩散速度的差异更加明显.在施工过程中,应首先在最低位置注浆孔注浆,然后,沿坡度向上依次注浆,以避免出现基础处理填充不密实的情况.
     

基于渗率效应的可压缩智能同步注浆材料扩散机理研究

目前同步注浆材料采用水泥砂浆作为注浆材料，注浆和固结过程中浆液在土体中渗透，导致浆液体积减少，若后续注浆不及时，极易造成盾尾间隙注浆不密实。而轻质智能同步注浆材料含气泡，其具有压缩“弹性”，随着浆体的固结卸荷，虽然有部分浆体扩散，但浆体在盾尾间隙中体积保持不变，保证了同步注浆密实度。研究了轻质智能同步注浆材料密度与压力的映射关系，建立了轻质智能同步注浆材料压缩理论模型。定性分析了轻质智能同步注浆材料高密实度注浆原理。针对轻质智能同步注浆材料成分特征，建立了基于渗滤效应的可压缩智能同步注浆材料的固结扩散机理。研究表明：可压缩同步注浆材料随着压力增大，浆液体积逐渐减小，通过实验验证，轻质材料压力-密度曲线可变参数与气泡含量具有较强的相关性。地层渗透系数对浆体固结扩散距离具有显著影响，地层渗透系数越大，轻质智能同步注浆材料固结扩散距离受土体力学性质影响越显著。     

巷道注浆加固浆液扩散数值模拟

通过注浆能较好地解决开挖后巷道修复和长期稳定的问题,然而注浆参数的确定往往需要借助工程类比。为探索注浆浆液扩散过程和注浆位置、注浆压力之间的关系,采用数值模拟软件UEDC对不同的注浆位置以及注浆压力,进行了数值模拟分析。通过注浆数值模拟试验,分析了注浆孔位置和注浆压力等因素对浆液扩散半径的影响规律,并将模拟试验结果应用于巷道注浆工程设计与施工中。结果表明:浆液扩散的形状随注浆位置的变化而变化;注浆压力对浆液扩散面积有一定影响。调压注浆是提高注浆效果的有效措施。     

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.     

复杂煤矿区帷幕注浆浆液及其隔水机理

结合某煤矿区多年难以治理的水害隐患及其复杂的地质条件,以普通硅酸盐水泥、粉煤灰和外加剂作为材料,通过室内实验方法先后配制单液水泥浆液、水泥水玻璃浆液和水泥粉煤灰浆液,并对基浆液的性能指标进行测试分析.根据矿区内的岩层及煤系地层的含(隔)水层水文地质特征,采用下行式分段注浆方案,即对顶板软弱层采用高压旋喷注浆技术,对岩层或煤系地层则采用自流式静压注浆相结合的复合注浆技术,当出现注浆量突变时采用投入骨料(河砂)、间歇式注浆和添加速凝剂等施工预案.研究结果表明:浆液对土体的作业机理主要表现为喷射切割作用、搅拌置换固结作用、渗透作用、劈裂作用与挤密作用;煤系地层的注浆量主要与采空区内的位置、导水裂缝带高度和注浆序列有关,帷幕墙能抵御该地区多次特大洪水的侵袭.     

数值弥散和物理弥散对CO_2混相驱替效率的影响

为了明确CO2多次接触混相驱数值模拟过程中数值弥散与物理弥散对驱替效率的影响及其影响机理,建立了二维的平面多组分数值模型,并结合对流-扩散差分方程的数值弥散相关理论对计算结果进行分析。结果表明,数值弥散与物理弥散对CO2混相驱驱替效率的影响具有相似性,二者均能降低微观驱油效率、增加体积波及效率,但二者对驱替效率的影响机理不同。数值弥散使驱替前缘"模糊化",增大体积波及效率,同时降低CO2与原油的混相性,增大残余油饱和度;在小规模非均质地层中,对流弥散效应会扩大油气两相区,造成驱替前缘参差不齐,增大体积波及效率,同时两相区扩大也会降低CO2与原油混相性,降低微观驱油效率。     

地层渗透性差异对壁后注浆浆液固结特性影响研究

壁后注浆浆液注入盾尾间隙后,在固结压力和地层土水压力作用下逐渐从流动状态转变为固体状态,不同地层的渗透性对浆液固结过程影响明显.针对粉质黏土、粉细砂和砾砂等三种渗透性差异较大地层,开展不同固结压力下的浆液固结试验.结果表明:在低渗透性的粉质黏土层中,0.2 MPa下孔压消散耗时110 min,孔压消散缓慢,轴向应变速率小;在渗透性较大的砾砂地层中,0.4 MPa下孔压消散仅耗时5 min,孔压消散速率和轴向应变速率均较大,渗透性较大地层中固结压力对固结过程影响较小;各养护龄期下,浆液在粉质黏土层中固结后强度较小且增长较慢;而在粉细砂及砾砂地层中,强度较大且增长快,固结压力对强度影响很小,地层渗透性差异在固结过程中起到了决定性作用.     

水平通道内黏性指进现象LBM模拟

采用格子Boltzmann方法(LBM)研究了水平通道内非混相驱替过程中的黏性指进现象.考察流动方向与重力方向垂直时,驱替和被驱替流体间黏度比及壁面可润湿性的影响,比较了不同条件下的指进前缘形状,并利用突破时间和面积扫掠效率分析了驱替效率.研究表明,在重力的影响下,指进前缘形状关于水平通道的中心线是非对称的.随着非混相流体间黏度比的增大,指进现象也随之增强,导致驱替效率降低.当驱替流体不易润湿通道壁面时,指进现象被强化;当驱替流体易于润湿通道壁面时,指进现象则被抑制.