裂隙巖體GIN法灌漿強(qiáng)度值的理論公式研究

石鳴 馬小鋒貴州高速公路開發(fā)總公司 貴州貴陽 55000 貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院股份有限公司 貴州貴陽 55000

裂隙巖體GIN法灌漿強(qiáng)度值的理論公式研究

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本文對裂隙巖體GIN法滲透灌漿理論公式進(jìn)行了系統(tǒng)地研究，推導(dǎo)與總結(jié)了一套裂隙巖體GIN法灌漿強(qiáng)度值的理論公式，為GIN法灌漿理論的深入研究提供參考與思路。

GIN法灌漿；裂隙巖體；灌漿強(qiáng)度值；賓漢流體

GIN(Grouting Intensity Number)法灌漿是近年來由瑞士灌漿專家隆巴迪等人提出的一種新灌漿方法，其特點是在整個灌漿過程中只采用單一配比的具有賓漢流體特性的穩(wěn)定性漿液，用灌漿強(qiáng)度指數(shù)(GIN)來控制灌漿進(jìn)程[1,2]。隆巴迪認(rèn)為：在巖體帷幕灌漿施工中, 保持各灌段有一致的能量消耗, 即保持GIN 為常數(shù),就可形成一道均勻的防滲帷幕。在某一給定的灌漿區(qū)段內(nèi)，能量消耗近似等于最終灌漿壓力P和單位吸漿量V的乘積，該乘積定義為灌漿強(qiáng)度指數(shù)或GIN值[1]。然而目前尚未有一個具體計算裂隙巖體GIN值的理論公式，而是通過局部現(xiàn)場灌漿試驗和經(jīng)驗來確定[1,2]。

1、裂隙巖體中漿液的單向流動

圖1 裂隙中漿液的單向流動示意圖

（15）式中：v為平均流速。 A為由流體性質(zhì)決定的常數(shù)。

如果漿液黏度存在時變性，即：μ=μ(t)，此時為非定常流動，運動方程化為[4,7]：

（18）

式中：Lmax為具有初始黏度μ。的漿液能夠擴(kuò)散到的最大距離。

求解上述方程，得：

（21）式中：q為單寬流量；b為裂隙開度；J為水力梯度。

考慮到裂隙面構(gòu)造的粗糙度指標(biāo)對其力學(xué)性質(zhì)及滲透率有較大影響，應(yīng)該對漿液單位流量進(jìn)行修正，其修正結(jié)果為[4,8：]

設(shè)有效灌漿時間為T，單位長度灌漿孔灌漿量為：

2 單裂隙巖體中漿液的輻向流

基本假定同①～⑧。設(shè)穩(wěn)定水泥漿液在灌漿壓力 Pc的作用下注入半徑為 rc的灌漿孔中，并在裂隙中呈圓柱形擴(kuò)散，如圖2所示，裂隙的中心線為x軸，灌漿孔中心線為y軸，設(shè)P0為靜水壓力，ΔP=Pc-P0，Q為流量，R為擴(kuò)散半徑，h為裂隙寬度。

圖2 裂隙巖體中漿液的輻向流示意圖

穩(wěn)定的水泥漿液是典型的既有黏度、又有內(nèi)聚力的黏塑性賓漢流體，黏度決定著漿液在一定壓力下灌漿孔向裂隙遠(yuǎn)處滲流的速度，而內(nèi)聚力則決定著漿液能夠到達(dá)的最遠(yuǎn)距離，即漿液的擴(kuò)散距離是有限的，所以灌漿所需的時間取決于漿液的黏度，采用劉嘉材教授的公式[6]：

3 多裂隙巖體中漿液的輻向流

基本假定同①～⑧。把裂隙巖體當(dāng)作連續(xù)介質(zhì)考慮，裂隙壁面垂直于灌漿孔軸線，以單條裂隙流動方程為推導(dǎo)出發(fā)點，將裂隙密度在巖體中等效分配，從而求出巖體中的流動情況。

據(jù)單裂隙幅向公式（27），可知第i條裂隙區(qū)域當(dāng)量流量為[4,10]：

式中：λi為裂隙密度，λ為巖體平均裂隙密度，式中：n為與灌漿孔相交的裂隙數(shù)。

4 結(jié) 論：

本文基于賓漢流體的灌漿材料，對巖體GIN法滲透灌漿理論進(jìn)行了較系統(tǒng)的理論分析與總結(jié)，所得主要理論成果如下：

本文的研究成果能為裂隙巖體GIN法灌漿強(qiáng)度值的確定，灌漿量與漿液擴(kuò)散半徑預(yù)測提供一定的理論依據(jù)與參考。

[1] 孫釗,李茂芳.大壩基礎(chǔ)灌漿[M].北京: 中國水利水電出版社，2004.

[2] 李俊剛.GIN 法灌漿技術(shù)試驗研究[J].太原理工大學(xué)學(xué)報，2007，38（6）,547～549.

[3] 阮文軍.基于漿液粘度時變性的巖體裂隙注漿擴(kuò)散模型[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2005，24（15）,2709～2713.

第二作者：馬小鋒，男，貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院股份有限公司

石鳴,女,貴州人,貴州高速公路開發(fā)總公司，工程師,本科,從事工作：工程建設(shè),