基于Darcy-Stokes耦合模型的多孔渗透注浆理论研究

本项目以治理地下工程水害和加固软弱地层的重要技术手段-渗透注浆为研究对象，以避免井壁破裂、地基坍塌等事故为目标，运用自然边界元理论开展多孔渗透注浆理论研究。建立以实际立井井壁为内边界条件的多孔渗透注浆模型，运用自然边界元方法推导立井外部区域渗流压力解的边界积分公式，掌握渗透注浆以不同方式布孔时多孔注浆的相互影响与浆液压力场的分布趋势，掌握浆液扩散规律以及加固参数与井壁附加力之间的关系，提出实验需要测量的基本指标，指导注浆工程的设计与施工；考虑钻孔对注浆浆液渗流的影响，建立Darcy-Stokes耦合模型，基于D-N交替思想，根据多孔介质与均质流体的交界面两侧流体速度与压强的连续性条件，利用自然边界元与有限差分的耦合法、Fourier级数法和奇异函数性质研究此耦合问题，探讨不同渗透系数下钻井孔对地下浆液渗流速度分布所产生的影响，为治理地下工程水害提供理论支撑。

摘要：运用Fourier级数法及奇异函数的相关性质，以实际竖井井壁为内边界条件，推导了有源或汇时竖井外部区域渗流压力解的边界积分公式。根据浆液渗流压力分布的解析表达式，探讨了渗透注浆以任意方式布孔时的浆液渗流压力场和速度场的分布规律；针对多孔渗透注浆问题，开展了浆液扩散均匀性分析，研究了地层加固宽度保持不变时，地层加固距离与浆液压力之间的关系；基于D-N交替法思想，采用自然边界积分与有限差分耦合法来计算Darcy-Stokes耦合问题，计算了不同渗透系数下Darcy-Stokes耦合问题的速度解及压力解；通过对注浆固结体的实验分析，承压注浆能够促进破裂岩体的变形有脆性向延性转化, 提高岩体的可塑性和抗变形能力。本项目可以为治理地下工程水害和加固软弱地层提供较好的理论支撑，已发表EI/SCI论文7篇，出版著作2本，已授权实用新型专利1项，申请已公开发明专利1项，申请待受理发明专利1项。