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在充水裂隙中的擴散機理研究》是依託鄭州大學，由李曉龍擔任項目負責人的聯合基金項目。

基本介紹

• 中文名：自膨脹高聚物注漿材料在充水裂隙中的擴散機理研究
• 項目類別：聯合基金項目
• 項目負責人：李曉龍
• 依託單位：鄭州大學

項目摘要

本項目定位於裂隙岩體水害防治這一地下工程安全防護領域較為突出的熱點問題，針對高聚物注漿理論匱乏的現狀，擬採用模型試驗、理論分析和數值模擬相結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、範圍的影響；以試驗結果為依據，基於聚合反應機理和粘性流體力學理論，建立高聚物在充水裂隙中的擴散模型；基於計算流體動力學理論，採用FVM離散高聚物-水兩相流動系統的控制方程，用Levelset方法追蹤兩相流體移動界面，用SIMPLER算法疊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；以試驗數據為基準，修正仿真模型參數和邊界條件；通過對高聚物流動填充過程的模擬再現，研究流場分布特徵，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律，揭示高聚物在充水裂隙中的運移機制。

結題摘要

自膨脹高聚物注漿材料已廣泛套用於岩體工程防滲加固，但關於其擴散機制尚缺乏深入認識。本項目採取模型試驗、理論分析和數值模擬相結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、研製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。 2、以已知密度隨時間變化規律的理想自膨脹漿液為對象，基於黏性流體力學理論，考慮漿液初始充填範圍、裂隙開度、時間、膨脹係數等因素，推導了漿液在平面單裂隙中的徑向擴散模型，並對其合理性和正確性進行了數值驗證，該模型的提出對於自膨脹漿液裂隙注漿理論研究具有參考價值。 3、基於計算流體動力學理論，綜合運用現代流場計算方法和移動界面追蹤技術，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。該方法採用FVM離散漿液-水兩相流動系統控制方程，用Youngs方法追蹤漿液-水兩相流體移動界面，用SIMPLE算法疊代求解動量離散方程和壓力、速度修正方程，實現了對漿液-水兩相流動系統的數值求解，為深入研究自膨脹高聚物注漿材料在裂隙岩體中的擴散機制奠定了基礎。4、結合模型試驗結果，修正仿真模型參數，在此基礎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徵，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，豐富了現代注漿理論，對於發展裂隙岩體水害防治高聚物注漿技術具有指導作用，在地下工程安全防護領域具有廣闊的套用前景。