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不同渗透系数的非均质黏土劈裂注浆数值模拟

申时钊 涂小兵 雷进生 周珂 刘金鑫 唐亚周

申时钊,涂小兵,雷进生,等. 不同渗透系数的非均质黏土劈裂注浆数值模拟[J]. 水利水运工程学报,2022. doi:  10.12170/20210826002
引用本文: 申时钊,涂小兵,雷进生,等. 不同渗透系数的非均质黏土劈裂注浆数值模拟[J]. 水利水运工程学报,2022. doi:  10.12170/20210826002
(SHEN Shizhao, TU Xiaobing, LEI Jinsheng, et al. Numerical simulation of split grouting of heterogeneous clay with different permeability coefficient[J]. Hydro-Science and Engineering, 2022(in Chinese)) doi:  10.12170/20210826002
Citation: (SHEN Shizhao, TU Xiaobing, LEI Jinsheng, et al. Numerical simulation of split grouting of heterogeneous clay with different permeability coefficient[J]. Hydro-Science and Engineering, 2022(in Chinese)) doi:  10.12170/20210826002

不同渗透系数的非均质黏土劈裂注浆数值模拟

doi: 10.12170/20210826002
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(51709155)
详细信息
    作者简介:

    申时钊(1976—),男,云南镇雄人,正高级工程师,主要从事水利水电、市政类管理和施工技术研究。E-mail:shen_sz2@ecidi.com

    通讯作者:

    周 珂(E-mail:2449387875@qq.com

  • 中图分类号: TU47

Numerical simulation of split grouting of heterogeneous clay with different permeability coefficient

  • 摘要: 针对地下工程中软弱黏土地层病害治理问题,考虑黏土材料的非均质性与低渗透性,对黏土进行劈裂注浆加固特性分析。基于Weibull分布函数理论构建非均质黏土地层模型,对黏土进行劈裂注浆加固模拟;基于注浆模拟计算结果,分析不同均质度与渗透系数对黏土劈裂注浆效果的影响。结果表明:土体劈裂注浆难度随均质度的增大而增加,均质度较高的土体劈裂后产生的裂缝较为单一,裂缝分布范围较小;均质度较低的土体劈裂产生的裂缝宽度较大,裂缝影响范围更广。浆脉扩展的长度及增长幅度随土体渗透系数的增大而减小,高渗透系数土体的劈裂浆脉宽度要大于低渗透系数的土体,渗透系数较小的土体浆脉长度始终比较大,浆脉距注浆孔越远,其宽度越小。研究可为软弱黏土地层劈裂注浆的工程应用提供指导。
  • 图  1  孔隙率勘探结果

    Figure  1.  Field porosity exploration value

    图  2  Weibull分布的拟合结果

    Figure  2.  Fitting results of Weibull distribution

    图  3  模拟地层孔隙率的非均质分布

    Figure  3.  Heterogeneous distribution of simulated formation porosity

    图  4  不同均质度条件下土体的弹性模量分布(单位:Pa)

    Figure  4.  Elastic modulus distribution of soil under different homogeneity (unit: Pa)

    图  5  劈裂注浆几何模型

    Figure  5.  Geometric model of splitting grouting

    图  6  劈裂注浆过程中浆液压力变化云图(单位:Pa)

    Figure  6.  Nephogram of slurry pressure change during splitting grouting (unit: Pa)

    图  7  劈裂注浆过程中最大主应力变化云图 (单位:Pa)

    Figure  7.  Nephogram of maximum principal stress change during splitting grouting (unit: Pa)

    图  8  劈裂注浆过程中最小主应力变化云图(单位:Pa)

    Figure  8.  Nephogram of minimum principal stress change during splitting grouting (unit: Pa)

    图  9  不同均质度条件下土体裂缝状态

    Figure  9.  State diagram of soil cracks under different homogeneity

    图  10  不同均质度条件下土体浆液压力分布(单位:Pa)

    Figure  10.  Pressure diagram of soil slurry under different homogeneity (unit: Pa)

    图  11  浆脉长度随时间的变化

    Figure  11.  Variation of grouting pulse length with time

    图  12  不同渗透系数下黏土劈裂注浆浆脉宽度

    Figure  12.  Width of clay split grouting veins under different permeability coefficients

    图  13  距注浆孔100 cm处浆脉宽度随时间变化

    Figure  13.  Width of grouting veins at 100 cm away from the grouting hole changing with time

    表  1  现场孔隙率勘探值

    Table  1.   Field porosity exploration value

    TK1TK2TK3TK4TK5TK6
    勘探深度/m孔隙率勘探深度/m孔隙率勘探深度/m孔隙率勘探深度/m孔隙率勘探深度/m孔隙率勘探深度/m孔隙率
    0 0.45 0 0.44 0 0.46 0 0.50 0 0.40 0 0.46
    1.20 0.26 0.55 0.41 0.40 0.48 1.11 0.49 0.96 0.36 0.46 0.26
    1.53 0.28 1.57 0.39 1.21 0.31 1.56 0.38 1.58 0.44 2.29 0.39
    3.19 0.26 1.75 0.28 2.66 0.40 1.98 0.25 2.68 0.33 2.29 0.36
    3.81 0.45 3.18 0.25 3.30 0.43 2.89 0.35 3.11 0.42 2.93 0.25
    4.80 0.38 3.61 0.27 3.61 0.30 3.21 0.35 3.26 0.25 3.06 0.33
    5.35 0.49 4.25 0.35 3.92 0.35 3.84 0.37 4.88 0.29 3.72 0.44
    5.71 0.47 5.28 0.39 4.09 0.43 4.91 0.29 5.19 0.34 3.84 0.48
    6.24 0.39 6.30 0.48 4.30 0.27 5.98 0.45 5.78 0.35 4.36 0.31
    6.53 0.26 6.35 0.34 5.28 0.45 6.63 0.39 6.58 0.32 5.66 0.39
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    表  2  土体物理指标参数

    Table  2.   Physical index parameters of soil

    力学参数参数值力学参数参数值
    均质度 1, 2, 4, 6, 8 泊松比 0.35
    弹性模量/Pa 由地层不同孔隙率
    参数值确定
    孔隙水压力系数 0.5
    黏聚力/MPa 0.02 细观抗压强度/MPa 0.5
    内摩擦角/° 22 初始有效压力/MPa 0
    渗透系数/(m·d−1) 0.50, 0.05 单步增量/MPa 0.01
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-08-26
  • 网络出版日期:  2022-08-22

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