考虑多孔介质迂回曲折效应的幂律流体柱形渗透注浆机制

doi:10.13722/j.cnki.jrme.2020.0627

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摘要多孔介质的迂回曲折效应对浆液在其中的渗透扩散与注浆效果具有非常重要的影响。采用理论分析，研究考虑多孔介质迂回曲折效应的幂律流体渗流运动方程，推导考虑多孔介质迂回曲折效应的幂律流体柱形渗透注浆机制；基于计算机编程技术，依托COMSOL Multiphysics平台与达西定律，二次开发得到考虑多孔介质迂回曲折效应的幂律流体柱形渗透注浆机制的三维数值模拟程序，并以此开展不同水灰比幂律型水泥浆液在砾石土体中渗透注浆过程的数值模拟；通过对比分析，研究理论分析、模型试验与数值模拟结果验证该理论机制。研究结果表明：采用考虑多孔介质迂回曲折效应的幂律流体柱形渗透注浆机制得到的扩散半径理论计算值、数值模拟值较不考虑多孔介质迂回曲折效应的幂律流体柱形渗透注浆扩散机制公式得到的扩散半径理论计算值、数值模拟值更接近注浆模型试验值，因此可较好地说明考虑多孔介质迂回曲折效应的幂律流体柱形渗透注浆机制较不考虑多孔介质迂回曲折效应的幂律流体柱形渗透注浆扩散机制公式更能反映幂律流体在多孔介质中的渗透注浆扩散规律。该研究成果可为多孔介质地层的实践注浆工程设计及施工提供一定的理论指导与技术参考。

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关键词 ：渗流力学, 多孔介质, 迂回曲折效应, 幂律流体, 柱形扩散, 渗透注浆机制

Abstract：The tortuosity effect of porous media has an important influence on penetration diffusion and grouting effect. A seepage equation of power-law fluid considering tortuosity effect of porous media was established，and the column penetration grouting mechanism was analyzed. Based on computer programming technologies，a three-dimensional numerical simulation program for column penetration grouting of power-law fluid considering tortuosity effect of porous media was developed by using secondary development with COMSOL multiphysics platform and Darcy¢s law，and numerical simulation of penetration grouting process of power-law cement grouts with different water-cement-ratios into gravel soils was carried out. Finally，comparisons among theoretical analysis，model experiments and numerical simulations were performed. Research results show that theoretical calculation values and numerical simulation values of the diffusion radius considering the tortuosity effect of porous media are closer to the model experiment values than those without considering the tortuosity effect，indicating that the developed equation better reflects column penetration grouting diffusion laws of power-law fluid into porous media. Research achievements can provide theoretical support and technical guidance for design and construction of practical grouting engineering in porous media stratums.

Key words： seepage mechanics porous media tortuosity effect power-law fluid column diffusion penetration grouting mechanism

引用本文:

杨志全1，卢杰1，王渊1，张智伟1，杨溢1，朱颖彦1，2，张杰3，郭永发4，陈兴贵5 . 考虑多孔介质迂回曲折效应的幂律流体柱形渗透注浆机制[J]. 岩石力学与工程学报, 2021, 40(2): 410-418.
YANG Zhiquan1，LU Jie1，WANG Yuan1，ZHANG Zhiwei1，YANG Yi1，ZHU Yingyan1，2，ZHANG Jie3，GUO Yongfa4，CHEN Xingui5. Column penetration grouting mechanism for power-law fluids considering tortuosity effect of porous media. , 2021, 40(2): 410-418.

链接本文:

http://rockmech.whrsm.ac.cn/CN/10.13722/j.cnki.jrme.2020.0627 或 http://rockmech.whrsm.ac.cn/CN/Y2021/V40/I2/410

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