CN114720331B - 岩土体迂曲度幂律浆液时变性的柱半球渗透半径确定方法 - Google Patents

岩土体迂曲度幂律浆液时变性的柱半球渗透半径确定方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种岩土体迂曲度幂律浆液时变性的柱半球渗透半径确定方法，包括：利用岩土体试验得到多孔介质的孔隙率
Figure 71113DEST_PATH_IMAGE001
及其相应的渗透系数
Figure 407416DEST_PATH_IMAGE002
，并测量获得注浆点处地下水压力
Figure 664085DEST_PATH_IMAGE003
，确定多孔介质迂曲度
Figure 769444DEST_PATH_IMAGE004
；利用流变试验获得设计水灰比的幂律水泥浆液的初始稠度系数
Figure 843580DEST_PATH_IMAGE005
、流变指数
Figure 604862DEST_PATH_IMAGE006
与时变性系数
Figure 461960DEST_PATH_IMAGE007
，并确定水的黏度
Figure 736340DEST_PATH_IMAGE008
；获取注浆参数，所述注浆参数包括注浆压力
Figure 919059DEST_PATH_IMAGE009
、注浆时间
Figure 902059DEST_PATH_IMAGE010
、注浆管侧面注浆孔数目
Figure 562847DEST_PATH_IMAGE011
和注浆孔半径
Figure 970695DEST_PATH_IMAGE012
；求得考虑多孔介质迂曲度与幂律水泥浆液时变性耦合效应的柱‑半球形渗透注浆扩散半径
Figure 996420DEST_PATH_IMAGE013
。通过上述方案，本发明具有逻辑简单、准确可靠等优点。

Description

岩土体迂曲度幂律浆液时变性的柱半球渗透半径确定方法
技术领域
本发明涉及环境保护与生态修复技术领域，尤其是岩土体迂曲度幂律浆液时变性的柱半球渗透半径确定方法。
背景技术
注浆流体在多孔介质中的渗透注浆可表现球形、柱形及柱-半球形3 种扩散形式，且依据不同的流变本构方程将注浆流体可分为牛顿流体、宾汉流体及幂律流体三类。多孔介质的孔隙是曲折分布的，因此浆液在其中的渗透扩散通道非直线路径，而具有典型的迂回曲折效应；同时，水泥浆液的流变参数也并非为常量，而会随时间发生变化关系，具有典型的时变性影响，如果不考虑多孔介质的迂回曲折效应（即迂曲度）与水泥浆液时变性显然与水泥浆液在多孔介质中的实际渗透扩散情况严重不符，不能真实反映水泥浆液在多孔介质中的渗透扩散效果。然而，现有技术中的渗透注浆机理尚未考虑多孔介质迂曲度与水泥浆液时变性耦合效应对渗透扩散效果的影响，由此采用现有技术计算得到的扩散参数远大于实践注浆工程中的实际值，难以满足工程实践的需要。
目前，一些学者对幂律流体在多孔介质中的渗透扩散规律开展了一定的研究。在不考虑幂律流体流变参数时变性渗透扩散机理方面，例如杨秀竹在《幂律型浆液扩散半径研究》中推导了幂律流体在多孔介质中以球形方式扩散的渗透注浆扩散半径公式；杨志全在此基础上分别探讨了幂律流体在多孔介质中以柱形、柱-半球形扩散的渗透注浆机理（《幂律型流体柱形渗透注浆机制》和《幂律型流体的柱–半球形渗透注浆机制研究》）；叶飞发表了《盾构隧道管片注浆幂律流型浆液渗透扩散模型》；张聪发表了《考虑区间分布的幂律流体脉动球形渗透注浆扩散机制》。在考虑幂律流体流变参数时变性渗透扩散规律方面，杨志全研究了考虑流变参数时变性幂律水泥浆液在多孔介质呈球形、柱形扩散的渗透注浆机制，杨剑分析了考虑稠度时变作用幂律浆液的隧道管片壁后注浆柱形扩散规律。在考虑多孔介质迂曲度对渗透扩散影响方面，张焜，杨志全分别研究了考虑多孔介质迂曲度的幂律流体球形、柱形渗透注浆机制。
再如专利公开号为“CN113297815A”、名称为“一种考虑多孔松散介质迂曲度的宾汉姆型水泥浆液渗透注浆扩散半径计算方法”的中国发明专利，其通过宾汉姆流体流变曲线得到宾汉姆流体本构方程中的屈服应力与塑性黏度，并得到不同水灰比的宾汉型水泥浆液流变方程；根据宾汉型水泥浆液在岩土体流动路径迂曲度和宾汉型水泥浆液流变方程，推导出考虑多孔介质迂曲度的宾汉姆流体的渗流运动方程；根据注浆初始条件及边界条件，推导出考虑多孔松散介质迂曲度影响的宾汉姆型水泥浆液渗透注浆扩散半径计算式。该技术仅考虑了多孔松散介质迂曲度对宾汉姆型水泥浆液渗透注浆扩散半径的影响，未考虑水泥浆液的时变性特征；同时，水泥浆液依据不同的流变本构方程可分为牛顿、宾汉及幂律三种流体类型，不同流体类型的水泥浆液在多孔介质中具有不同的渗透注浆机理，该技术以宾汉姆型水泥浆液为研究对象，而本发明针对幂律水泥浆液开展探索，因此它们具有不同的渗透注浆扩散半径确定方法。
据工程实践与理论研究表明：幂律流体时变性、多孔介质迂曲度均对渗透扩散过程及注浆效果具有非常重要的影响；然而，由上述研究成果可知：目前的渗透注浆机理均尚未考虑多孔介质迂曲度与幂律流体时变性耦合效应对渗透扩散过程及注浆效果的影响，甚至仅考虑幂律流体时变性、多孔介质迂曲度各自分别影响的幂律流体柱-半球形渗透注浆机理都未见相关的成果发表。由此可见，目前的渗透注浆理论难以满足注浆工程实践的需求，因此也不能合理有效地确定考虑多孔介质迂曲度与幂律水泥浆液时变性耦合效应的柱-半球形渗透注浆扩散半径。
因此，急需要提出一种更符合注浆工程实践的考虑多孔介质迂曲度与幂律水泥浆液时变性耦合效应的岩土体迂曲度幂律浆液时变性的柱半球渗透半径确定方法。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种岩土体迂曲度幂律浆液时变性的柱半球渗透半径确定方法，本发明采用的技术方案如下：
岩土体迂曲度幂律浆液时变性的柱半球渗透半径确定方法，其包括以下步骤：
利用岩土体试验得到多孔介质的孔隙率
Figure 129481DEST_PATH_IMAGE001
及其相应的渗透系数
Figure 593960DEST_PATH_IMAGE002
，并测量获得注浆点处地下水压力
Figure 590735DEST_PATH_IMAGE003
，确定多孔介质迂曲度
Figure 849678DEST_PATH_IMAGE004
；
利用流变试验获得设计水灰比的幂律水泥浆液的初始稠度系数
Figure 72849DEST_PATH_IMAGE005
、流变指数
Figure 389954DEST_PATH_IMAGE006
与时变性系数
Figure 178919DEST_PATH_IMAGE007
，并确定水的黏度
Figure 812025DEST_PATH_IMAGE008
；
获取注浆参数，所述注浆参数包括注浆压力
Figure 647126DEST_PATH_IMAGE009
、注浆时间
Figure 187829DEST_PATH_IMAGE010
、注浆管侧面注浆孔数目
Figure 34562DEST_PATH_IMAGE011
和注浆孔半径
Figure 635308DEST_PATH_IMAGE012
；
利用式（1）求得考虑多孔介质迂曲度与幂律水泥浆液时变性耦合效应的柱-半球形渗透注浆扩散半径
Figure 442858DEST_PATH_IMAGE013
，其表达式为：
Figure 990514DEST_PATH_IMAGE014
(1)
其中，
Figure 754071DEST_PATH_IMAGE015
表示水的密度；
Figure 853614DEST_PATH_IMAGE016
为重力加速度；
Figure 69831DEST_PATH_IMAGE017
表示自然对数的底。
进一步地，所述多孔介质的孔隙率
Figure 155599DEST_PATH_IMAGE018
的表达式为：
Figure 350826DEST_PATH_IMAGE019
（2）
其中，
Figure 558953DEST_PATH_IMAGE020
为
Figure 200150DEST_PATH_IMAGE021
时纯蒸馏水密度；
Figure 214243DEST_PATH_IMAGE022
表示多孔介质密度；
Figure 952392DEST_PATH_IMAGE023
表示多孔介质密度质量含水量；
Figure 269103DEST_PATH_IMAGE024
表示多孔介质密度层比重。
优选地，所述多孔介质密度
Figure 538542DEST_PATH_IMAGE025
采用灌水法、灌砂法或环刀法其中之一测量方式获得。
优选地，所述多孔介质密度质量含水量
Figure 28429DEST_PATH_IMAGE026
采用烘干法测量获得。
优选地，所述多孔介质密度层比重
Figure 293188DEST_PATH_IMAGE027
采用比重瓶法与虹吸筒法结合测量获得。
进一步地，所述渗透系数所述渗透系数
Figure 171014DEST_PATH_IMAGE028
采用现场注水试验方法获得采用现场注水试验方法获得。
进一步地，所述多孔介质迂曲度
Figure 849120DEST_PATH_IMAGE029
的表达式为：
Figure 80382DEST_PATH_IMAGE030
（3）
其中，
Figure 527543DEST_PATH_IMAGE031
表示浆液在多孔介质中的实际流动路径长度；
Figure 562889DEST_PATH_IMAGE032
为浆液在多孔介质中实际流动路径对应的直线长度。
进一步地，利用流变试验获得设计水灰比的幂律水泥浆液的初始稠度系数
Figure 665974DEST_PATH_IMAGE033
、流变指数
Figure 497664DEST_PATH_IMAGE034
与时变性系数
Figure 127228DEST_PATH_IMAGE035
，包括以下步骤：
采用旋转或毛细管黏度计开展设计的水灰比幂律水泥浆液在不同时间的流变试验；
建立剪切速度-剪切应力坐标系，并得到流变试验对应的流变曲线；
根据幂律流体流变方程得到流变曲线对应的流变方程，以此获得相应的稠度系数
Figure 753382DEST_PATH_IMAGE036
和流变指数
Figure 343763DEST_PATH_IMAGE037
；
分别分析稠度系数
Figure 979144DEST_PATH_IMAGE038
、流变指数
Figure 948368DEST_PATH_IMAGE039
与时间之间的变化关系，即可得设计水灰比的幂律水泥浆液初始稠度系数
Figure 11002DEST_PATH_IMAGE040
、流变指数
Figure 823100DEST_PATH_IMAGE041
与时变性系数
Figure 590068DEST_PATH_IMAGE042
。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明针对目前的渗透注浆理论的不足与实际注浆工程中面临的技术难题，以国内外注浆工程实践中广泛应用的幂律水泥浆液（水灰比为0.50～0.75的水泥浆液）为研究对象，提出的一种考虑多孔介质迂曲度与幂律水泥浆液时变性耦合效应的岩土体迂曲度幂律浆液时变性的柱半球渗透半径确定方法更能反映幂律水泥浆液在多孔介质中的渗透注浆扩散规律，由此得到的扩散半径更符合注浆工程实践，可指导注浆实践工程应用，提高渗透注浆加固多孔介质的技术水平；
（2）本发明根据注浆实践工程，在已知确定幂律水泥浆液在多孔介质中的实际扩散半径条件下，也可依据本发明提出的一种考虑多孔介质迂曲度与幂律水泥浆液时变性耦合效应的岩土体迂曲度幂律浆液时变性的柱半球渗透半径确定方法反算得到需要的较精确注浆压力，进而避免工程材料浪费，节约工程成本；
综上所述，本发明具有逻辑简单、准确可靠等优点，在环境保护与生态修复技术领域具有很高的实用价值和推广价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需使用的附图作简单介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对保护范围的限定，对于本领域技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明的逻辑流程图。
图2为本发明中幂律水泥浆液在多孔介中的柱-半球形渗透注浆扩散形式图。
图3为图2的A-A视图。
图4为本发明中幂律水泥浆液在多孔介中渗透扩散实际流动路径示意图。
图5为本发明中水灰比0.50、0.60与0.70幂律水泥浆液稠度系数与时间的变化规律曲线图。
图6为本发明中水灰比0.50、0.60与0.70幂律水泥浆液流变指数与时间的变化规律曲线图。
图7为本发明中水灰比0.50、0.60与0.70幂律水泥浆液在多孔介质中渗透扩散半径理论值与试验值对比图。
上述附图中，附图标记对应的部件名称如下：
1-注浆管；2-侧面注浆孔，3-底部注浆孔；4、多孔介质；5、孔隙。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更为清楚，下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
实施例1
如图1至图7所示，本实施例提供了一种岩土体迂曲度幂律浆液时变性的柱半球渗透半径确定方法，其考虑多孔介质迂曲度与幂律水泥浆液时变性耦合效应。如图2至图3所示，注浆从注浆管1进入侧面注浆孔2和底部注浆孔3中，注浆区域的外部注浆点处地下水压力
Figure 866328DEST_PATH_IMAGE043
。
具体步骤如下：
1）利用岩土体试验得到多孔介质孔隙率
Figure 37547DEST_PATH_IMAGE044
=48.97%、渗透系数
Figure 399258DEST_PATH_IMAGE045
=0.0118 m/s、注浆点处地下水压力
Figure 688026DEST_PATH_IMAGE046
=0 Pa，同时依据已有的研究成果选取多孔介质迂曲度
Figure 818793DEST_PATH_IMAGE047
=2.25，如图4所示，在多孔介质4和孔隙5内，浆液在多孔介质4中的实际渗透扩散流动路径（路径L1-L2为流体理论流动路径，L3-L4为流体实际流动路径）。
多孔介质孔隙率
Figure 160912DEST_PATH_IMAGE048
采用下式计算得到，其中：
Figure 9920DEST_PATH_IMAGE019
其中，
Figure 587532DEST_PATH_IMAGE049
为1000kg/m3；由岩土体试验测得的多孔介质密度
Figure 41647DEST_PATH_IMAGE050
=1355 kg/m3、多孔介质密度质量含水量
Figure 616984DEST_PATH_IMAGE051
=0.20%、比重=2.65。
2）利用流变试验得到水灰比0.50的幂律水泥浆液初始稠度系数
Figure 766337DEST_PATH_IMAGE052
=10.4426Pa·sn、流变指数
Figure 85323DEST_PATH_IMAGE053
=0.1406、时变性系数
Figure 128365DEST_PATH_IMAGE054
=0.0011与水的黏度
Figure 874605DEST_PATH_IMAGE055
=1.31×10-3 Pa·s；
本实施例中，水灰比0.50的幂律水泥浆液稠度系数
Figure 494942DEST_PATH_IMAGE056
、流变指数
Figure 617619DEST_PATH_IMAGE057
与时间之间的变化规律分别见附图5至图6所示，通过分析可知其稠度系数与时间呈幂指数变化关系，具有时变性特征；而流变指数随时间变化不大，可视为无时变性；由此研究可得水灰比0.50的幂律水泥浆液初始稠度系数、流变指数与时变性系数。
3）根据实际情况，设计注浆压力
Figure 515167DEST_PATH_IMAGE058
=100000 Pa、注浆时间
Figure 432308DEST_PATH_IMAGE059
=120s、注浆管侧面注浆孔数目
Figure 69436DEST_PATH_IMAGE060
=3及其半径
Figure 730225DEST_PATH_IMAGE061
=7.5×10-3m；
4）采用下式求得考虑多孔介质迂曲度与幂律水泥浆液时变性耦合效应的柱-半球形渗透注浆扩散半径
Figure 482280DEST_PATH_IMAGE062
，其表达式为：
Figure 835901DEST_PATH_IMAGE063
式中：
Figure 430831DEST_PATH_IMAGE064
为注浆压力（Pa）；
Figure 98572DEST_PATH_IMAGE065
为注浆点处地下水压力（Pa）；
Figure 767451DEST_PATH_IMAGE066
、
Figure 105023DEST_PATH_IMAGE067
、
Figure 124931DEST_PATH_IMAGE068
分别为幂律水泥浆液初始稠度系数（Pa·sn）、流变指数与（无量纲数）时变性系数（无量纲数）；
Figure 65205DEST_PATH_IMAGE069
为注浆时间（s）；
Figure 854170DEST_PATH_IMAGE070
、
Figure 611910DEST_PATH_IMAGE071
、
Figure 853536DEST_PATH_IMAGE072
分别为多孔介质迂曲度（无量纲数）、孔隙率（无量纲数）与渗透系数（m/s）；
Figure 597501DEST_PATH_IMAGE073
为注浆管侧面注浆孔数目（无量纲数）；
Figure 506551DEST_PATH_IMAGE074
取1000kg/m3；
Figure 684460DEST_PATH_IMAGE075
取9.8m/s2；
Figure 616644DEST_PATH_IMAGE076
为水的黏度（Pa·s）；R为幂律水泥浆液在多孔介质中的扩散半径（m）；
Figure 961038DEST_PATH_IMAGE077
为注浆孔半径（m）。
通过分析确定得到本实施例的考虑多孔介质迂曲度与幂律水泥浆液时变性耦合效应的岩土体迂曲度幂律浆液时变性的柱半球渗透半径确定方法得到的扩散半径理论值为0.2049 m，而采用同时不考虑多孔介质迂曲度与幂律水泥浆液时变性、仅考虑多孔介质迂曲度、仅考虑幂律水泥浆液时变性的柱-半球形渗透注浆扩散半径计算方法获得的扩散半径理论值分别为0.3204 m、0.2285 m、0.2869 m，且依据本实施开展的试验值为0.1754m。同时，分析附图7可知：依据本实施例提出的考虑多孔介质迂曲度与幂律水泥浆液时变性耦合效应的岩土体迂曲度幂律浆液时变性的柱半球渗透半径确定方法得到的本实施例扩散半径理论值较同时不考虑多孔介质迂曲度与幂律水泥浆液时变性、仅考虑多孔介质迂曲度、仅考虑幂律水泥浆液时变性的柱-半球形渗透注浆扩散半径计算方法分别获得的扩散半径理论值均更接近试验值。
实施例2
本实施例提供了一种岩土体迂曲度幂律浆液时变性的柱半球渗透半径确定方法，具体步骤如下：
1）利用岩土体试验得到多孔介质孔隙率
Figure 786911DEST_PATH_IMAGE078
=44.19%、渗透系数
Figure 558558DEST_PATH_IMAGE079
=0.0083 m/s、注浆点处地下水压力
Figure 978038DEST_PATH_IMAGE080
=0 Pa，同时依据已有的研究成果选取多孔介质迂曲度
Figure 126123DEST_PATH_IMAGE081
=2.25；
多孔介质孔隙率
Figure 557235DEST_PATH_IMAGE082
中参数如下：由岩土体试验测得的多孔介质密度
Figure 765363DEST_PATH_IMAGE083
=1482 kg/m3、多孔介质密度质量含水量
Figure 406560DEST_PATH_IMAGE084
=0.20%、比重=2.65。
2）通过开展流变试验得到水灰比0.60的幂律水泥浆液初始稠度系数
Figure 92756DEST_PATH_IMAGE085
=4.6156Pa·sn、流变指数
Figure 158801DEST_PATH_IMAGE086
=0.2692、时变性系数
Figure 209934DEST_PATH_IMAGE087
=0.0010与水的黏度
Figure 400744DEST_PATH_IMAGE088
=1.31×10-3 Pa·s；
在本实施例中，水灰比0.60的幂律水泥浆液稠度系数
Figure 205145DEST_PATH_IMAGE089
、流变指数
Figure 797800DEST_PATH_IMAGE090
与时间之间的变化规律分别见附图5至图6所示。分析这2个图可知其稠度系数与时间呈幂指数变化关系，具有时变性特征；而流变指数随时间变化不大，可视为无时变性；由此研究可得水灰比0.60的幂律水泥浆液初始稠度系数、流变指数与时变性系数。
3）根据实际情况，设计注浆压力
Figure 285413DEST_PATH_IMAGE091
=80000Pa、注浆时间
Figure 963519DEST_PATH_IMAGE092
=105s、注浆管侧面注浆孔数目
Figure 53835DEST_PATH_IMAGE093
=3及其半径
Figure 704259DEST_PATH_IMAGE094
=7.5×10-3m；
4）求得考虑多孔介质迂曲度与幂律水泥浆液时变性耦合效应的柱-半球形渗透注浆扩散半径R。
通过分析确定得到本实施例的考虑多孔介质迂曲度与幂律水泥浆液时变性耦合效应的岩土体迂曲度幂律浆液时变性的柱半球渗透半径确定方法得到的扩散半径理论值为0.1699 m，而采用同时不考虑多孔介质迂曲度与幂律水泥浆液时变性、仅考虑多孔介质迂曲度、仅考虑幂律水泥浆液时变性的柱-半球形渗透注浆扩散半径计算方法获得的扩散半径理论值分别为0.2447 m、0.1830 m、0.2269 m，且依据本实施开展的试验值为0.1469m。同时，分析附图7可知：依据本实施例提出的考虑多孔介质迂曲度与幂律水泥浆液时变性耦合效应的岩土体迂曲度幂律浆液时变性的柱半球渗透半径确定方法得到的本实施例扩散半径理论值较同时不考虑多孔介质迂曲度与幂律水泥浆液时变性、仅考虑多孔介质迂曲度、仅考虑幂律水泥浆液时变性的柱-半球形渗透注浆扩散半径计算方法分别获得的扩散半径理论值均更接近试验值。
实施例3：
本实施例提供了一种岩土体迂曲度幂律浆液时变性的柱半球渗透半径确定方法，具体步骤如下：
1）利用岩土体试验得到多孔介质孔隙率
Figure 425091DEST_PATH_IMAGE095
=40.31%、渗透系数K=0.0055 m/s、注浆点处地下水压力
Figure 403542DEST_PATH_IMAGE096
=0 Pa，同时依据已有的研究成果选取多孔介质迂曲度
Figure 235232DEST_PATH_IMAGE097
=2.25；
多孔介质孔隙率
Figure 474583DEST_PATH_IMAGE098
中参数如下：由岩土体试验测得的多孔介质密度P=1585 kg/m3、多孔介质密度质量含水量
Figure 366316DEST_PATH_IMAGE084
=0.20%、比重=2.65。
2）利用流变试验得到水灰比0.70的幂律水泥浆液初始稠度系数
Figure 81331DEST_PATH_IMAGE099
=1.9321Pa·sn、流变指数
Figure 451133DEST_PATH_IMAGE100
=0.4537、时变性系数k=0.0009与水的黏度
Figure 810570DEST_PATH_IMAGE101
=1.31×10-3 Pa·s；
本实施例中，水灰比0.70的幂律水泥浆液稠度系数c、流变指数
Figure 873204DEST_PATH_IMAGE102
与时间之间的变化规律分别见附图5至图6。分析这2个图可知其稠度系数与时间呈幂指数变化关系，具有时变性特征；而流变指数随时间变化不大，可视为无时变性；由此研究可得水灰比0.70的幂律水泥浆液初始稠度系数、流变指数与时变性系数。
3）根据实际情况，设计注浆压力
Figure 59203DEST_PATH_IMAGE103
=60000Pa、注浆时间
Figure 498275DEST_PATH_IMAGE104
=90s、注浆管侧面注浆孔数目
Figure 977798DEST_PATH_IMAGE105
=3及其半径
Figure 273650DEST_PATH_IMAGE106
=7.5×10-3m；
4）求得考虑多孔介质迂曲度与幂律水泥浆液时变性耦合效应的柱-半球形渗透注浆扩散半径
Figure 635361DEST_PATH_IMAGE107
。
通过分析确定得到本实施例的考虑多孔介质迂曲度与幂律水泥浆液时变性耦合效应的岩土体迂曲度幂律浆液时变性的柱半球渗透半径确定方法得到的扩散半径理论值为0.1117 m，而采用同时不考虑多孔介质迂曲度与幂律水泥浆液时变性、仅考虑多孔介质迂曲度、仅考虑幂律水泥浆液时变性的柱-半球形渗透注浆扩散半径计算方法获得的扩散半径理论值分别为0.1472 m、0.1169 m、0.1405m，且依据本实施开展的试验值为0.0978 m。同时，分析附图7可知：依据本实施例提出的考虑多孔介质迂曲度与幂律水泥浆液时变性耦合效应的岩土体迂曲度幂律浆液时变性的柱半球渗透半径确定方法得到的本实施例扩散半径理论值较同时不考虑多孔介质迂曲度与幂律水泥浆液时变性、仅考虑多孔介质迂曲度、仅考虑幂律水泥浆液时变性的柱-半球形渗透注浆扩散半径计算方法分别获得的扩散半径理论值均更接近试验值。
综上所述，本发明提出的考虑多孔介质迂曲度与幂律水泥浆液时变性耦合效应的岩土体迂曲度幂律浆液时变性的柱半球渗透半径确定方法更能反映幂律水泥浆液在多孔介质中的渗透注浆扩散规律，更符合注浆工程实践，由此可为多孔介质地层的实践注浆工程设计及施工提供理论指导与技术参考。
上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非对本发明保护范围的限制，但凡采用本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而作出的变化，均应属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.岩土体迂曲度幂律浆液时变性的柱半球渗透半径确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
利用岩土体试验得到多孔介质的孔隙率φ及其相应的渗透系数K，并测量获得注浆点处地下水压力p0，确定多孔介质迂曲度ξ；
利用流变试验获得设计水灰比的幂律水泥浆液的初始稠度系数c0、流变指数n与时变性系数k，并确定水的黏度μw；
获取注浆参数，所述注浆参数包括注浆压力p1、注浆时间t、注浆管侧面注浆孔数目m和注浆孔半径r；
利用式(1)求得考虑多孔介质迂曲度与幂律水泥浆液时变性耦合效应的柱-半球形渗透注浆扩散半径R，其表达式为：
Figure FDA0003764861010000011
其中，ρw表示水的密度；g为重力加速度；e表示自然对数的底；
所述多孔介质迂曲度ξ的表达式为：
Figure FDA0003764861010000012
其中，Le表示浆液在多孔介质中的实际流动路径长度；L为浆液在多孔介质中实际流动路径对应的直线长度；
所述多孔介质的孔隙率φ的表达式为：
Figure FDA0003764861010000013
其中，
Figure FDA0003764861010000014
为4℃时纯蒸馏水密度；ρ表示多孔介质密度；ω表示多孔介质质量含水量；GS表示多孔介质密度层比重。
2.根据权利要求1所述的岩土体迂曲度幂律浆液时变性的柱半球渗透半径确定方法，其特征在于，所述多孔介质密度ρ采用灌水法、灌砂法或环刀法其中之一测量方式获得。
3.根据权利要求1所述的岩土体迂曲度幂律浆液时变性的柱半球渗透半径确定方法，其特征在于，所述多孔介质密度质量含水量ω采用烘干法测量获得。
4.根据权利要求1所述的岩土体迂曲度幂律浆液时变性的柱半球渗透半径确定方法，其特征在于，所述多孔介质密度层比重GS采用比重瓶法与虹吸筒法结合测量获得。
5.根据权利要求1所述的岩土体迂曲度幂律浆液时变性的柱半球渗透半径确定方法，其特征在于，所述渗透系数K采用现场注水试验方法获得。
6.根据权利要求1所述的岩土体迂曲度幂律浆液时变性的柱半球渗透半径确定方法，其特征在于，利用流变试验获得设计水灰比的幂律水泥浆液的初始稠度系数c0、流变指数n与时变性系数k，包括以下步骤：
采用旋转或毛细管黏度计开展设计的水灰比幂律水泥浆液在不同时间的流变试验；
建立剪切速度-剪切应力坐标系，并得到流变试验对应的流变曲线；
根据幂律流体流变方程得到流变曲线对应的流变方程，以此获得相应的稠度系数c和流变指数n；
分别分析稠度系数c、流变指数n与时间之间的变化关系，即可得设计水灰比的幂律水泥浆液初始稠度系数c0、流变指数n与时变性系数k。
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