自膨脹高聚物注漿材料在充水裂隙中的擴散機理研究

自膨脹高聚物注漿材料已廣泛應(yīng)用于巖體工程防滲加固，但關(guān)于其擴散機制尚缺乏深入認(rèn)識。本項目采取模型試驗、理論分析和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法研究自膨脹高聚物注漿材料在充水裂隙中的擴散機理，取得的主要成果如下： 1、研制了充水裂隙高聚物注漿模型試驗裝置，開展了高聚物模擬注漿系列試驗，測試了不同注漿量、裂隙開度、靜水壓力等條件下漿液的擴散行為；試驗研究了高聚物漿液流變特性和不同水壓力下的膨脹特性，為開展理論分析、研究漿液擴散機制提供了實測依據(jù)。 2、以已知密度隨時間變化規(guī)律的理想自膨脹漿液為對象，基于黏性流體力學(xué)理論，考慮漿液初始充填范圍、裂隙開度、時間、膨脹系數(shù)等因素，推導(dǎo)了漿液在平面單裂隙中的徑向擴散模型，并對其合理性和正確性進行了數(shù)值驗證，該模型的提出對于自膨脹漿液裂隙注漿理論研究具有參考價值。 3、基于計算流體動力學(xué)理論，綜合運用現(xiàn)代流場計算方法和移動界面追蹤技術(shù)，建立了一種變密度漿液在充水裂隙中流動擴散仿真分析方法。該方法采用FVM離散漿液-水兩相流動系統(tǒng)控制方程，用Youngs方法追蹤漿液-水兩相流體移動界面，用SIMPLE算法迭代求解動量離散方程和壓力、速度修正方程，實現(xiàn)了對漿液-水兩相流動系統(tǒng)的數(shù)值求解，為深入研究自膨脹高聚物注漿材料在裂隙巖體中的擴散機制奠定了基礎(chǔ)。 4、結(jié)合模型試驗結(jié)果，修正仿真模型參數(shù)，在此基礎(chǔ)上模擬分析了不同條件下高聚物膨脹擴散過程，剖析了不同因素（水壓力、裂隙開度、注漿量、時間）對漿液擴散行為的影響，分析了漿液運移過程和流場分布特征，探明了漿液與水的相互作用，揭示了高聚物在充水裂隙中的擴散機制。 本項目成果填補了高聚物裂隙注漿機理研究的空白，豐富了現(xiàn)代注漿理論，對于發(fā)展裂隙巖體水害防治高聚物注漿技術(shù)具有指導(dǎo)作用，在地下工程安全防護領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。 2100433B

本項目定位于裂隙巖體水害防治這一地下工程安全防護領(lǐng)域較為突出的熱點問題，針對高聚物注漿理論匱乏的現(xiàn)狀，擬采用模型試驗、理論分析和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法研究自膨脹高聚物注漿材料在充水裂隙中的擴散機理。通過開展注漿模型試驗，研究水壓力、裂隙開度、注漿量、時間等因素對漿液擴散形態(tài)、范圍的影響；以試驗結(jié)果為依據(jù)，基于聚合反應(yīng)機理和粘性流體力學(xué)理論，建立高聚物在充水裂隙中的擴散模型；基于計算流體動力學(xué)理論，采用FVM離散高聚物-水兩相流動系統(tǒng)的控制方程，用Levelset方法追蹤兩相流體移動界面，用SIMPLER算法迭代求解動量離散方程及壓力、速度修正方程，建立高聚物在充水裂隙中膨脹擴散的仿真分析方法；以試驗數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，修正仿真模型參數(shù)和邊界條件；通過對高聚物流動填充過程的模擬再現(xiàn)，研究流場分布特征，探討漿液與水的相互作用，剖析各因素對漿液擴散行為的影響規(guī)律，揭示高聚物在充水裂隙中的運移機制。

中文名稱

裂隙充水礦床

英文名稱

fissure water filling deposit

定　　義

以裂隙含水層為主要充水水源的礦床。

應(yīng)用學(xué)科

煤炭科技（一級學(xué)科），煤田地質(zhì)與勘探（二級學(xué)科），礦床水文地質(zhì)（三級學(xué)科）

《圍巖孔裂隙充水承壓爆破控制機理》圍繞圍巖孔裂隙充水承壓爆破控制機理，開展了系列實驗研究、理論分析及現(xiàn)場實踐工作。介紹了承壓爆破的技術(shù)內(nèi)涵與優(yōu)點，分析了承壓水作用下的煤巖爆破和增裂過程，建立了承壓爆破力學(xué)機制模型，揭示了波動傳載先導(dǎo)破巖聯(lián)合傳爆介質(zhì)后續(xù)膨脹擠壓增裂原理，研究了承壓定向爆破機理與技術(shù)，應(yīng)用于堅硬煤巖預(yù)裂控制現(xiàn)場實踐，取得了良好效果。

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自灌充水：將離心泵頂設(shè)于最低水位標(biāo)高以下，啟動時水靠重力充入泵體的引水方式。2100433B