黏土水泥浆在高水压岩层中多裂隙耦合扩散规律研究

Aiming at to solving the problem confronted by grouting in deep rock mass with high water pressure, the coupling diffusion law of clay-cement grout will be studied in detail. Based on the measurement of hydro-mechanical parameters of clay-cement grout, theoretical calculation, numerical simulation and laboratory test of the multi fissure model will be utilized to reveal the diffusion law of clay-cement grout in single fissure with high water pressure and the coupling relationships among grouting pressure, flux and diffusion distance in multi fissure. Reasonable calculation method for design of grouting parameters of grouting in deep rock mass with high water pressure will be proposed to guiding the grouting construction for water prevention in deep rock mass.

针对深部岩层高压水害注浆治理难题，开展黏土水泥浆在高水压裂隙中扩散规律研究，在对黏土水泥浆流体力学参数测试研究基础上，采用理论计算、数值模拟和试验室裂隙模型试验的方法，揭示黏土水泥浆液在高水压单裂隙中的扩散规律，以及在多裂隙条件下注浆压力、流量、扩散距离的相互耦合影响关系。提出合理的深部高水压裂隙地层注浆参数计算方法，指导深部水害注浆治理施工。

本项目完成了计划任务书的全部内容。（1）针对“双裂隙高水压注浆”的模拟与再现问题，构建与集成了真实高水压双裂隙注浆浆液耦合扩散室内模拟实验系统，实现了模型试验中的注浆压力、地下水压力、浆液配比和注浆泵量等参数与工程实际条件具有很好的相似性、可比性；获得了“双裂隙高水压注浆”的室内模拟与再现技术；建立了双裂隙耦合注浆条件下，浆液扩散特征的试验方法与监测技术；（2）针对黏土水泥浆浆液性能的时变规律问题，基于多配比浆液黏度时变特征室内测试，进行了不同配比的系列试验研究，分析获得了黏土水泥浆各组分对本构模型的影响，并利用宾汉流型、H-B屈服假塑性流型以及幂律流型三种模式对本构模型曲线进行了拟合分析，同时研究了连续搅拌状态下浆液本构模型的时变特征；（3）针对裂隙岩体中黏土水泥浆扩散规律，通过试验分析建立了考虑浆液的时变性本构模型，并以宾汉流型为基础推导了考虑本构时变的黏土水泥浆单裂隙、双裂隙扩散方程和双裂隙辐向扩散方程。（4）针对黏土水泥浆双裂隙耦合扩散问题，采用Fluent对黏土水泥浆在裂隙模型中的扩散规律进行模拟研究。开展了不同裂隙宽度组合对黏土水泥浆扩散特征的影响研究，揭示了裂隙宽度对注浆流量和扩散距离的作用机制，获得了组合裂隙注浆中，注浆压力沿扩散距离方向的衰减规律。（5）针对深部裂隙岩体注浆合理参数取值问题，开展了深部裂隙岩层注浆合理参数分析，提出注浆过程中需根据地下裂隙情况合理的选择浆液配比及注浆泵泵量，从而保证浆液维持较好的流动性。（6）项目研究成果在贵州瓮安天一矿业老虎洞磷矿进行了应用试验研究，取得良好效果；（7）项目研究期间，申请发明专利3项，发表论文14篇，其中SCI/EI收录论文3篇，培养中青年研究骨干2名，培养博士生1名，硕士生2名（毕业2名）。本项目开发了双裂隙高水压注浆实验系统，构建了黏土水泥浆浆液时变模型，推导了黏土水泥浆双裂隙耦合扩散方程，初步揭示了黏土水泥浆在高水压裂隙地层中的耦合扩散规律，可为深部裂隙岩土注浆堵水工程设计提供基础理论支撑。研究成果具有重要的理论意义和工程实用价值。