岩基灌浆计算模拟初步研究.PDF

岩基灌浆计算模拟初步研究 符 平 杨晓东 张金接 郑亚平 摘要：灌浆是基础处理的常用方法，但目前尚没有对灌浆过程和灌浆结果进行模拟计算 的计算程序，本文依据灌浆理论、岩体力学和理论力学的基本理论，建立灌浆模拟计算 的基本模型，确立了一套可行的计算算法，开发了模拟计算的计算程序，为灌浆工程的 计算机模拟提供了可能，并对灌浆模拟的参数和灌浆效果分析进行了初步的研究。 关键词： 岩基 灌浆 模拟 灌浆是基础处理的常用方法，尤其是建立在岩石基础上的大坝的基础处理，由于灌 浆工程的隐蔽性、复杂性及其对工程的重要性，通常需要进行灌浆试验来确定灌浆工艺、 灌浆浆材等灌浆参数，而灌浆试验由于其复杂性、试验数量的限制等因素难以为灌浆施 工提供全面有效、真实的灌浆信息。本文试图运用工程模拟仿真理论编制计算程序，在 计算机上实现对灌浆过程、灌浆成果的模拟，并结合灌浆试验的成果，对灌浆施工提供 尽可能多的、有效的信息。本文主要针对岩石基础的中、高压力灌浆，计算由灌浆压力 产生的岩体变形所引起的注浆量和由完全充填裂隙引起的注浆量，并依此分析岩石基础 的可灌性、灌浆量、地表抬动等灌浆参数和灌浆效果。 1. 岩体节理裂隙系统模拟 岩体的力学性质不仅受岩体的岩石类型控制，更主要的是受岩体中结构面以及由此 形成的岩体结构所控制。结构面的分布常采用蒙特卡洛法来模拟生成，根据现场裂隙的统计 分布规律及其分布参数，应用蒙特卡洛法产生裂隙参数的随机抽样，可模拟出裂隙网络。 在本文中假设就对沿钻孔灌浆的扩散过程而言，岩体节理裂隙是具有一定厚度的圆 盘，并且假设圆盘的中心与钻孔中心重合。 节理裂隙的长度、开度、间距、产状的分布规律和节理裂隙的条数都可以通过现场 勘测得到，然后根据蒙特卡洛法生成。其中对灌浆影响最大的是节理裂隙开度的模拟，其误 差可用节理裂隙开度之和（可计算得到）和节理裂隙最大开度（可由岩芯资料得到）来控制。 2. 岩体结构灌浆规律 2.1 基本假定 a． 岩块及等效岩体各向同性。 b. 结构面充填物假定。假设结构面充填物对水泥浆液的进入没有阻挡作用，即浆液 能否进入裂隙主要是由灌浆压力和裂隙宽度决定。 c． 在浆液在裂隙运动过程中，不考虑水泥颗粒在重力和阻力作用下，在重力方向和 阻力方向上的析出、沉积，即不考虑水泥颗粒在裂隙入口处的堆积和初凝堵塞入 口和不考虑水泥颗粒在裂隙运动过程中的沉积，堵塞裂隙并最终导致闭浆。 d. 不考虑时间。即在计算扩散半径时，认为浆液有足够长的时间流动，趋于停滞； 不考虑浆液性能的时间依赖性，即浆液的粘度和屈服强度都会随时间而改变。 2.2 灌浆过程 1.重力作用：水、浆液及结构面充填物的重力作用比较小，在计算中忽略不计，这 样对于不同倾角的节理裂隙，其倾角对浆液在其中的扩散的过程的影响也可以不考虑。 2.可灌性分析：认为裂隙开度小于三倍灌注材料颗粒的 85%粒径的裂隙是不可灌的， 因此，对于常规水泥颗粒，其D85大约为 80μm，所以开度小于 0.2mm的裂隙，就认为是 不可灌裂隙，对于超细水泥浆液，可灌裂隙的开度一般要求在 0.05mm以上。 3.岩体结构：对模拟出的开度大于 0.1mm 的节理裂隙按结构面考虑，具有结构面的 强度、变形特性。而对模拟得出的开度小于 0.1mm 的节理裂隙认为其均匀分布在岩体中， 将其的强度、变形参数与岩石的强度、变形参数平均后得到等效岩体的强度、变形参数。 4.宾汉体剪切屈服强度：根据水泥浆液流变特性的测定试验总结出如下的公式(1)： 1.6 T 3 +τ5×10exp(× )−1 −9 b 0.6 2 W W 式中： 2 τ 为宾汉体剪切屈服强度（N/m ）； W 为水灰比； T为水化时间（min）； b 从式中可以看出，水泥浆体切屈服强度主要与水灰比、水化时间有关。水泥浆液在灌入 的过程中，浆液中多余的水会沿着扩散方向和相通