基于浆液粘度时变性的岩体裂隙注浆扩散模型摘要：通过大量试验证明水泥基浆液的粘度存在时变性，其规律符合指数函数分布；而动切力随时间变化不大，可视为无时变性。在此基础上，建立了用于岩体裂隙的稳定性浆液注浆扩散模型，开发了计算机程序。通过2个工程实例的对比结果证明了这一理论的计算结果符合工程实际。关键词：岩土力学；粘度；时变性；水泥基浆液；注浆；扩散中图分类号：TU472.5文献标识码：A文章编号：1000–6915(2005)15–2709–06SPREADINGMODELOFGROUTINGINROCKMASSFISSURESBASEDONTIME-DEPENDENTBEHAVIOROFVISCOSITYOFCEMENT-BASEDGROUTSAbstract：Experimentalresultsindicatethattheviscosityofcement-basedgroutsistime-dependent，andthelawconformstoanexponentialfunctionwheretheshearshowsnoapparentlaw，i.e.，)(0tτ，theshearofcertaincement-basedgroutattimet，isnearlyequaltoitsinitialvalue)0(0τ.Basedontime-dependentbehaviorofgrouts，agroutingspreadingmodelsuitableforrockmassfissuresispresentedandaprogrammetopredictthegroutsspreadingwithVC++languageisdeveloped.Theapplicationofthespreadingmodelintwoprojectshasprovedtobesuccessfulinpractice.Keywords：rockandsoilmechanics；viscosity；time-dependentbehavior；cement-basedgrout；grouting；spreading1引言岩体注浆在很大程度上属于非可控注浆。若能利用已知的地质参数、浆液性能指标和施工工艺参数建立注浆扩散模型，用以描述浆液运动规律和预测出裂隙岩体注浆的扩散范围，对于减小注浆的盲目性，提高注浆效率和效益以及将注浆技术从“艺术”转为“科学”等方面，无疑具有很大的理论意义和实践价值。本文对浆液流变性、粘度时变性等影响注浆扩散的浆液性能作了较深入研究，论证了前人理论所作的一些假设条件，并在此基础上建立了注浆扩散模型。2浆液的流型和流变参数的时变性2.1浆液的流型判定浆液流型是建立注浆扩散模型的基本前提。从现有的研究[1～6]成果来看，在判定水泥基浆液流型和流型转化的临界水灰比方面尚待进一步研究。本文对各种典型浆液进行了比较系统的试验，对流变曲线进行函数拟合后，得到各浆液的流变方更多岩土工程资料http://www.docin.com/751741952程，并判定其所属流型。试验分析结论[7]如下：(1)纯水泥浆的流型随水灰比不同而分属3种不同流型；低水灰比(W/C=0.5～0.7)的水泥浆为幂律流体；W/C=0.8～1.0的水泥浆为宾汉流体；而W/C＞2.0的水泥浆则为牛顿流体；(2)水泥粘土浆液、水泥复合浆液、聚合物水泥浆等水泥基浆液一般为宾汉塑性流体，但当聚合物粘度很大、且加量较大而使浆液粘度很大时浆液为幂律流体；(3)随着水灰比的增大，纯水泥浆逐渐趋近于牛顿流体，这与文[5]的结论相同；(4)水泥浆由幂律流体转化为宾汉流体的临界水灰比是0.7，由宾汉流体转化为牛顿流体的临界值为1.0(此结论与克拉克的结论[1]相同)，改变水泥品种和配方后进行试验，可得同样结论。另外，目前的注浆扩散理论都假设在注浆过程中浆液流型不随时间变化，前人也作了一些测试[7]，但是针对这一假设的试验研究还很不够。本文经过大量试验发现：浆液在胶凝以前其粘度逐渐增大，但浆液流型却保持不变[8]。这就进一步验证了这一假设，为注浆扩散模型的建立提供了可靠的试验基础。2.2流变参数的时变性前人对各种浆液的粘度变化进行的大量研究均表明：浆液粘度存在时变性[5，9～14]。但时变性的具体规律还需要深入研究。本文对各种典型浆液进行了试验，得到一系列试验结果(本文只列出水灰比为0.9的水泥浆、水泥粘土浆液、水泥复合浆液和5种化学浆液的试验结果)，见图1～3。对各种浆液的时变曲线进行函数拟合，结果见表1。试验结果表明：(1)浆液在凝固前其粘度存在图1水泥浆(W/C=0.9)粘度和剪切力时变曲线Fig.1Time-dependentcurvesofviscosityandshearofcementgrout(W/C=0.9)图2水泥粘土浆液粘度和剪切力时变曲线Fig.2Time-dependentcurvesofviscosityandshearofcement-bentonitegrout图3水泥复合浆液粘度和剪切力时变曲线Fig.3Time-dependentcurvesofviscosityandshearofcompo...
