裂隙巖體水泥灌漿效果評價(jià)及數(shù)值模擬研究

匯報(bào)內(nèi)容基本概述基本理論與方法程序?qū)崿F(xiàn)與算例進(jìn)一步工作基本概述課題的提出

灌漿的目的：被灌體的強(qiáng)度、抗?jié)B能力影響巖體灌漿效果的因素漿液性質(zhì)：顆分、粘度、流變參數(shù)、凝結(jié)時(shí)間以及強(qiáng)度指標(biāo)和抗?jié)B性能等被灌介質(zhì)特征裂隙開度大小、走向、延伸范圍、連通情況、裂隙中的充填物及裂隙面的粗糙度等基本概述施工工藝關(guān)鍵是灌漿壓力和注入率（量）關(guān)系的確定。楊曉東提出雙限控制灌漿技術(shù),認(rèn)為當(dāng)，隆巴迪則認(rèn)為，可取得較好的效果。基本概述目前，灌漿效果的評價(jià)方法：綜合判斷分析灌漿段的灌漿歷時(shí)曲線、不同序次的水泥單耗、最終序次的最后單耗等定性地評價(jià)灌漿過程是否正常；通過灌前灌后的壓水試驗(yàn)、聲波測試、鉆孔變模等進(jìn)行對比，從測試值的變化對比評價(jià)灌漿效果；——受檢查孔的影響采用選取特征點(diǎn)（或關(guān)注點(diǎn)）進(jìn)行點(diǎn)的原位力學(xué)性能測試，如原位抗剪強(qiáng)度測試。由于受到測點(diǎn)選取的影響和原位點(diǎn)測試本身的局限，其誤差比較大，甚至?xí)霈F(xiàn)灌后的數(shù)值低于灌前值的極端情況。主要是對灌漿效果進(jìn)行定性的評價(jià)，給不出一個(gè)確定的數(shù)值，尤其力學(xué)性能指標(biāo)：抗剪強(qiáng)度和模量?；靖攀鰧酀{效果無法進(jìn)行定量的分析是限制灌漿技術(shù)運(yùn)用的主要技術(shù)瓶頸。灌漿設(shè)計(jì)理論缺失漿液擴(kuò)散半徑——地質(zhì)條件一定的情況下，孔排距、壓力理論公式遠(yuǎn)未成熟，經(jīng)驗(yàn)公式限制條件太多灌前無法確定耗漿量和灌漿效果改善的程度基本概述覆蓋層灌漿－與防滲墻比較幕體允許比降的選取規(guī)范：3～4國內(nèi)：密云6國外：法國的克魯斯登壩采用8.3，印度的吉爾納壩采用10.0實(shí)驗(yàn)室：30～50臨界比降滲透系數(shù)一般10-4~10-5

密云：6.3e-6，下馬嶺e-6,

法國謝爾·龐桑壩2e-7,阿斯旺壩3e-6基本概述在實(shí)際工程的設(shè)計(jì)和施工中，灌漿施工的工藝參數(shù)，如孔排距、漿液配比、壓力、注入率、灌漿效果等，更多地依賴灌漿工程師的經(jīng)驗(yàn)結(jié)合地質(zhì)條件進(jìn)行確定，而無法進(jìn)行定量的分析與評價(jià)。灌漿效果的定量評價(jià)困難，造成雖然灌漿技術(shù)被廣泛地運(yùn)用于水利水電、鐵路、公路、隧洞等多個(gè)工程中，但很少能提出其灌后巖體的力學(xué)指標(biāo)，更多的是把灌漿作為一種安全儲備手段，這也直接造成了灌漿技術(shù)運(yùn)用的局限性。因此研究灌漿擴(kuò)散的基本理論，對灌漿進(jìn)程進(jìn)行計(jì)算，對灌漿效果進(jìn)行分析評價(jià)，具有重要的學(xué)術(shù)意義和較強(qiáng)的工程應(yīng)用價(jià)值，可進(jìn)一步促進(jìn)灌漿技術(shù)的應(yīng)用?；靖攀鲋饕獌?nèi)容根據(jù)水泥漿液在裂隙中的擴(kuò)散運(yùn)動方程，充分考慮灌漿過程中漿液流變方程的時(shí)效性、擴(kuò)散過程中開度的變化及開裂，以及水泥顆粒沉淀等多種因素的影響，利用蒙特卡洛的隨機(jī)方法建立裂隙網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和有限元雙重介質(zhì)模型，采用數(shù)值模擬的方法，對灌漿效果（包括灌后滲透性能、變形性能以及強(qiáng)度指標(biāo)）進(jìn)行分析計(jì)算，以期獲得灌后巖體指標(biāo)的定量數(shù)值?；靖攀鲋饕獌?nèi)容三維節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的模擬適合顆粒型漿材的雙重裂隙網(wǎng)絡(luò)模型研究漿液擴(kuò)散機(jī)理研究水泥漿液的沉淀、固結(jié)排水規(guī)律灌漿效果評價(jià)方法的建立裂隙灌漿數(shù)值模擬系統(tǒng)的開發(fā)基本概述基本技術(shù)路線匯報(bào)內(nèi)容基本概述基本理論與方法程序?qū)崿F(xiàn)與算例進(jìn)一步工作三維節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)模擬

巖體結(jié)構(gòu)面的幾何特性產(chǎn)狀：正態(tài)分布、指數(shù)分布跡長：負(fù)指數(shù)分布、對數(shù)正態(tài)分布大小(圓盤直徑）：負(fù)指數(shù)分布、對數(shù)正態(tài)分布間距(密度)研究：負(fù)指數(shù)分布、對數(shù)正態(tài)分布開度的研究：負(fù)指數(shù)分布、對數(shù)正態(tài)分布三維節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)模擬

巖體裂隙蒙特卡洛模擬方法原理：如何產(chǎn)生[0,1]之間均勻分布的隨機(jī)數(shù)基本假定平面結(jié)構(gòu)面圓盤形結(jié)構(gòu)面空間隨機(jī)均勻分布結(jié)構(gòu)面大小、位置、產(chǎn)狀、開度相互獨(dú)立步驟確定模擬規(guī)模確定結(jié)構(gòu)面的個(gè)數(shù)確定結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀確定結(jié)構(gòu)面的位置、直徑確定結(jié)構(gòu)面的開度組合模型。

只模擬鉆孔單個(gè)灌漿段范圍的節(jié)理裂隙。三維節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)模擬

系統(tǒng)修正對灌漿工程影響最大的參數(shù)是裂隙開度的模擬

最值檢驗(yàn)：限制裂隙的最大值與實(shí)際情況相差太大聲波測試檢驗(yàn)

灌前聲波測試，測試的是沿鉆孔的一段距離的平均波速。巖體只包括巖塊和裂隙，裂隙中只充滿空氣或水。

聯(lián)立兩式，便可計(jì)算出裂隙的開度之和三維節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)模擬

壓水檢驗(yàn)灌前壓水通常采用簡易壓水。水在單條裂隙中的流動方程滿足立方定律即滿足下式：根據(jù)上式，每條裂隙的裂隙開度是已知的，只有J為變量。因此可以計(jì)算出每條裂隙不同時(shí)刻的流速和流量，疊加計(jì)算出灌前透水率與灌前壓水呂榮值差值小于10%或3~5Lu基本一致三維節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)模擬

灌漿資料可進(jìn)一步修正修正評價(jià)最值檢驗(yàn)－單條裂隙開度聲波檢驗(yàn)－裂隙開度之和壓水試驗(yàn)－裂隙開度分布含復(fù)雜裂隙網(wǎng)絡(luò)的復(fù)合單元法

FEM中的復(fù)合單元復(fù)合單元在結(jié)合等效模型和離散模型的基礎(chǔ)上提出來的兩條裂隙將復(fù)合單元分成了4個(gè)子單元，這4個(gè)子單元可以有自己的幾何信息和材料特性。含復(fù)雜裂隙網(wǎng)絡(luò)的復(fù)合單元法

復(fù)合單元中的子單元

子單元應(yīng)滿足復(fù)合單元的位移假設(shè)。

只需知道子單元任何一點(diǎn)的坐標(biāo)，計(jì)算出該點(diǎn)的形函數(shù)，利用復(fù)合單元的節(jié)點(diǎn)位移可以通過上式方便的計(jì)算出該點(diǎn)的位移。上式只在其對應(yīng)的子單元中才有效。含復(fù)雜裂隙網(wǎng)絡(luò)的復(fù)合單元法

含復(fù)雜裂隙網(wǎng)絡(luò)巖體水泥灌漿的復(fù)合單元法剛度矩陣根據(jù)虛功原理，推導(dǎo)出了復(fù)合單元的平衡方程組。

需要注意的是：由于灌漿工程的特點(diǎn)，在裂隙子單元中，由于充填漿液的性質(zhì)不同，其值也會產(chǎn)生變化。含復(fù)雜裂隙網(wǎng)絡(luò)的復(fù)合單元法

荷載矩陣

將灌漿壓力按作用方向分別等效到結(jié)點(diǎn)荷載，其對裂隙的效果也是張開的。在等效巖體中認(rèn)為：巖體在灌漿過程中所承擔(dān)的應(yīng)力遠(yuǎn)小于巖體本身的強(qiáng)度值，可以假設(shè)巖體在灌漿過程中是處于線彈性階段，因此等效巖體抗拉彈性模量等于其壓縮彈性模量。含復(fù)雜裂隙網(wǎng)絡(luò)的復(fù)合單元法

灌漿雙重節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)模型巖體可灌性巖土介質(zhì)可灌比：GR呂容值判別：F.K.Ewert；馬國彥和林秀山；最小裂隙開度：國外：<160μm，國內(nèi)：小于三倍D85；常規(guī)水泥D85大約為80μm，當(dāng)裂隙開度小于0.2mm時(shí)，嚴(yán)格不可灌裂隙含復(fù)雜裂隙網(wǎng)絡(luò)的復(fù)合單元法

雙重節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)模型小于0.2mm的細(xì)微裂隙比例很高。細(xì)微裂隙：水泥漿很難進(jìn)入，作為排水通道高灌漿壓力作用，細(xì)微裂隙受擠壓，開度縮小灌漿漿液的擴(kuò)散特性主要與較大的裂隙有關(guān)。含復(fù)雜裂隙網(wǎng)絡(luò)的復(fù)合單元法

雙重介質(zhì)灌漿模型大于0.2mm的裂隙，按結(jié)構(gòu)面考慮小于0.2mm的裂隙，等效巖體“致密巖石”是含有微細(xì)裂隙的等效巖體，不存在完全不含裂隙的巖塊。漿液流動擴(kuò)散理論單裂隙賓漢流體流動方程

水泥漿液從鉆孔孔壁處進(jìn)入裂隙后，在灌漿壓力作用下將沿著裂隙方向作徑向輻射流運(yùn)動。隨著灌漿時(shí)間的延續(xù)，漿液前鋒面的位置不斷地向外推移，如果灌漿壓力維持不變，隨著漿液擴(kuò)散距離越來越遠(yuǎn)，驅(qū)動漿液運(yùn)動的壓力梯度會越來越小，導(dǎo)致漿液的運(yùn)動速度越來越慢，進(jìn)漿注入率越來越小，最終漿液擴(kuò)散會停止下來?；谶@一運(yùn)動模式，來推導(dǎo)漿液前鋒面在裂隙中的壓力衰減規(guī)律，即漿液在裂隙中的運(yùn)動方程。漿液流動擴(kuò)散理論基本假設(shè)漿液為不可壓縮均質(zhì)、各向同性流體。裂隙壁面不透水（漿），即裂隙與巖體之間無漿液的交換，也沒有水分的交換，在各個(gè)過流斷面上流體運(yùn)動的連續(xù)性方程均成立。無壁面吸附、沉淀和堵塞現(xiàn)象發(fā)生。裂隙壁面上漿液的流速為0，壁面上不存在滑移現(xiàn)象。裂隙的開度適中，漿液在裂隙中流動是處于層流狀態(tài)漿液流動擴(kuò)散理論

賓漢體輻射流運(yùn)動方程

根據(jù)流場中任一流體微元六面體的受力分析，運(yùn)用牛頓運(yùn)動定律在r軸的分量漿液流動擴(kuò)散理論推導(dǎo)出漿液在某一時(shí)刻通過某斷面的流量和平均速度流量q與該斷面處的裂隙開度、壓力梯度、漿液的流變參數(shù)（剪切屈服強(qiáng)度值和粘滯系數(shù)）有關(guān).注入率和注入量漿液流動擴(kuò)散理論開度等效水力開度：粗糙度、曲度力學(xué)開度、鉆孔水力編錄和壓水試驗(yàn)巖體變形的影響有限元位移計(jì)算裂隙開裂有限元應(yīng)力計(jì)算結(jié)合斷裂力學(xué)θ＝0水泥沉淀導(dǎo)致的裂隙通道的變化沿長度變化KI>KIc漿液流動擴(kuò)散理論壓力梯度的確定漿液前鋒面與地下水沒有交換，僅存在靜水壓力。經(jīng)推導(dǎo)，壓力梯度的計(jì)算公式。灌漿壓力的損失還包括局部水頭損失和沿程水頭損失。漿液流動擴(kuò)散理論水泥漿液停止流動時(shí)當(dāng)Zb＝b時(shí)，即塞流高度等于b，過流斷面全部被塞流占據(jù)后，塞流速度等于壁面速度0，漿液將停止運(yùn)動，漿液的擴(kuò)散距離最遠(yuǎn)。顯然，從上式可以得到灌漿結(jié)束時(shí)的壓力沿程分布為：這與Wittke、Lombardi以及楊曉東等人提出的漿液擴(kuò)散的理論公式完全一樣漿液流動擴(kuò)散理論水泥漿液流變參數(shù)的時(shí)變性新拌水泥漿最顯著的流變特征是具有結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和時(shí)間依賴性。在灌漿時(shí)間內(nèi),水泥漿的流變模型保持不變，為賓漢體流變模型流變特征的時(shí)變性僅僅表現(xiàn)為流變參數(shù)隨時(shí)間而變化

漿液流動擴(kuò)散理論阮文軍等人對各種典型灌漿漿液進(jìn)行了試驗(yàn)，通過對試驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合，得到了這些典型漿液的粘時(shí)變函數(shù)（冪指數(shù)非牛頓體）漿液流動擴(kuò)散理論楊曉東等人曾利用轉(zhuǎn)筒粘度計(jì)和毛細(xì)管粘度計(jì)對冀東普硅水泥漿作過室內(nèi)測試,得到了漿液在拌制后6h內(nèi)的動切力和塑性粘度曲線

這兩個(gè)方程表明了同一種水泥漿液的流變參數(shù)與時(shí)間、水灰比有關(guān)，由于其簡單實(shí)用，可用作程序中流變參數(shù)的計(jì)算公式。

裂隙巖體灌漿機(jī)理

顆粒型漿液的沉淀規(guī)律顆粒沉淀時(shí)的最小流動速度裂隙巖體中不穩(wěn)定漿液的運(yùn)動分析表明，流動速度減小導(dǎo)致水泥顆粒發(fā)生沉積是裂隙被灌漿材料充填的主要原因。裂隙灌漿理論

漿液流動沉積機(jī)理喬衛(wèi)國等人提出了水泥漿液充填裂隙的過程模型區(qū)域I：水泥漿液的流動大于臨界速度，不產(chǎn)生水泥顆粒沉淀，漿液近似呈軸對稱的方式流動。區(qū)域II，形成水泥顆粒沉積區(qū)，漿液流速和過漿截面積也逐步減少。區(qū)域III：水泥顆粒沉積后逐步濾出的水流或稀漿。裂隙巖體灌漿機(jī)理

水泥顆粒的水中等沉速度V可近似地認(rèn)為水泥顆粒或水泥凝團(tuán)服從自由沉降的斯托克斯定律：水泥漿液在流動過程中存在一最小流動速度VKP。裂隙巖體灌漿機(jī)理

顆粒沉淀處的沉積高度當(dāng)漿液的擴(kuò)散速度小于臨界速度后，水泥顆粒將產(chǎn)生沉淀，這種沉淀現(xiàn)象從另一角度理解，就是漿液中的自由水析出，導(dǎo)致漿液的水灰比變濃的過程。裂隙巖體灌漿機(jī)理

經(jīng)修正，漿液中水泥顆粒沉淀后堆積的高度為：特別的：該裂隙已被水泥顆粒沉淀堵塞，該條裂隙認(rèn)為至此不可灌。

裂隙巖體灌漿機(jī)理

水泥結(jié)石體水泥的凝結(jié)硬化過程實(shí)質(zhì)上就是水泥石的結(jié)構(gòu)形成過程。水泥石是一個(gè)多相多孔體系，一個(gè)重要特征就是其中的孔隙率以及不同孔徑的分布狀況。水泥石中孔的分布范圍很廣，主要包括：大孔：>5×10－6m毛細(xì)孔：>5×10－8m微孔（凝膠孔）：<5×10－8m裂隙巖體灌漿機(jī)理

水可以以多種形式存在于水泥漿體中?；瘜W(xué)結(jié)合水：參與組成水化物，不能用物理方法排出，不可蒸發(fā)；吸附水：按其所處的位置，分為凝膠水和毛細(xì)孔水；自由水：存在于粗大孔隙內(nèi)；裂隙巖體灌漿機(jī)理

水泥漿液在巖體裂隙中的固結(jié)機(jī)理根據(jù)美國硅酸鹽水泥協(xié)會研究與發(fā)展研究室的試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在完全水化的條件下，不可蒸發(fā)水可能的最大值是水泥顆粒質(zhì)量的0.227。水泥漿液的水灰比采用0.5：1以上的水灰比，水泥水化大約需23%左右的水，多余水的作用為輸送漿液，多余水份應(yīng)盡量排出。沉積析水：水泥顆粒將在臨界流速處發(fā)生沉淀。壓力析水：漿液到達(dá)一定的擴(kuò)散距離后，服從固結(jié)排水定律。裂隙巖體灌漿機(jī)理

水泥漿液的排水理論水泥漿液的析水是指漿液自由水的壓力析出。僅在重力作用下，一般認(rèn)為2h之后，自由水基本析出完畢，在灌漿壓力作用下，由于壓力梯度的作用，自由水析出的速度會快得多。可以認(rèn)為自由水都已經(jīng)排出。水泥凝聚體的固結(jié)排水是指水泥凝聚體在外荷載的作用下，顆粒的吸附水被逐步排出，直至達(dá)到穩(wěn)定的過程。

毛細(xì)孔的尺寸遠(yuǎn)大于凝膠孔，滲流首先大部分都是毛細(xì)孔中的水被析出。裂隙巖體灌漿機(jī)理

漿液固結(jié)強(qiáng)度水泥石的強(qiáng)度發(fā)展決定于結(jié)石體膠空比X（1－P孔隙率）。

水泥石的彈性模量E與水泥石的孔隙率P有如下關(guān)系：

水泥結(jié)石的抗拉（抗折）強(qiáng)度和水泥結(jié)石的抗剪強(qiáng)度與其抗壓強(qiáng)度類似，也可認(rèn)為有類似的公式。陳義斌等人進(jìn)行了高壓下的漿液性能室內(nèi)試驗(yàn)的研究，高壓灌漿試驗(yàn)壓力采用5.0MPa，并恒壓循環(huán)模擬灌漿1h。

項(xiàng)目壓力水泥品種5:13:12:11:10.8:10.6:10.5:128d干容重大氣壓石門水泥11.011.211.416.817.117.217.4張家界水泥11.211.312.012.614.515.317.15.0MPa石門水泥18.718.819.520.418.818.520.1張家界水泥20.120.220.321.621.321.220.828d干容重大氣壓石門水泥11.411.713.516.717.217.417.5張家界水泥10.311.111.213.715.616.216.75.0MPa石門水泥18.618.819.620.319.318.918.3張家界水泥19.920.020.521.621.421.220.37d抗壓強(qiáng)度大氣壓石門水泥6.957.328.5516.425.534.242.5張家界水泥4.316.616.7815.420.530.632.45.0MPa石門水泥50.667.371.072.768.064.761.6張家界水泥58.372.176.978.077.674.963.428d抗壓強(qiáng)度大氣壓石門水泥14.114.422.534.050.250.961.5張家界水泥10.414.214.529.035.947.651.45.0MPa石門水泥80.889.091.994.175.273.471.8張家界水泥84.389.796.998.587.487.084.1裂隙巖體灌漿機(jī)理

該試驗(yàn)可以較好地用上述水泥漿液的壓濾固結(jié)理論解釋，以2：1水灰比的水泥漿液為例計(jì)算.裂隙巖體灌漿機(jī)理

與試驗(yàn)值96.9MPa基本一致。值得注意的是，在實(shí)際灌漿過程中，雖然灌漿壓力有可能達(dá)到5MPa以上，但在裂隙擴(kuò)散過程中不可能存在106Pa/m以上的壓力梯度和良好的排水條件，因此在裂隙擴(kuò)散過程中，不會出現(xiàn)水泥漿液在高壓力梯度下的快速排水、凝結(jié)的現(xiàn)象。

灌后透水率通常采用單點(diǎn)法壓水試驗(yàn)的方法。巖體灌漿效果后評價(jià)理論

將可灌入裂隙（開度>0.2mm）認(rèn)為其已經(jīng)完全被漿液充填并形成密實(shí)的水泥結(jié)石，其透水性與巖石相差不多，可與巖石一樣看作是均勻連續(xù)介質(zhì)，未灌入漿液的微細(xì)裂隙（開度<0.2mm）是灌后壓水試驗(yàn)中滲流的主要通道。應(yīng)用立方定律可進(jìn)行求解灌后變形性能：彈性模量及泊松比根據(jù)巖體應(yīng)變等效原理對灌后巖體的變形特性進(jìn)行了推導(dǎo)。巖體灌漿效果后評價(jià)理論

根據(jù)隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)模擬結(jié)果，依次對各組結(jié)構(gòu)面的每條裂隙逐一進(jìn)行等效，每次等效時(shí)取上一次的等效結(jié)果作為本次的巖塊變形參數(shù)，這樣最終可實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜裂隙巖體變形參數(shù)的等效。計(jì)算公式如下：巖體灌漿效果后評價(jià)理論

灌后抗剪強(qiáng)度巖塊內(nèi)任一點(diǎn)發(fā)生剪切破壞時(shí)，抗剪強(qiáng)度等于巖塊的粘聚力和作用于該面上由法向應(yīng)力引起的摩擦阻力之和，即滿足Mohr-Coulomb定律巖體灌漿效果后評價(jià)理論

巖體的剪切破壞實(shí)際上就是剪切面上的結(jié)構(gòu)面和巖塊均發(fā)生了剪切破壞，結(jié)構(gòu)面之間巖橋的破壞是剪切破壞的主要原因。巖體的抗剪破壞可以借用巖體的連通特性來表示，巖體的連通特性通常使用連通率的概念表達(dá)。連通率Jennings在研究裂隙巖體的強(qiáng)度時(shí)首先將共面的結(jié)構(gòu)面的連通率定義為巖體灌漿效果后評價(jià)理論

Jennings用下式定義的巖體結(jié)構(gòu)面連通率來確定巖體的等效凝聚力c和等效摩擦系數(shù):

巖體灌漿效果后評價(jià)理論

或Jennings連通模型的破壞面被限定在同一個(gè)平面上，實(shí)際上現(xiàn)場和室內(nèi)的直剪試驗(yàn)也限制了巖體的剪切破壞面可以近似為一平面，因此，該模型的計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場、室內(nèi)的直剪試驗(yàn)成果應(yīng)具有很好的相關(guān)性。三維裂隙網(wǎng)絡(luò)空間中，同樣可以用按巖塊、結(jié)構(gòu)面的面積定義巖體的連通率

灌漿巖體抗剪強(qiáng)度的模擬計(jì)算在巖體裂隙網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，實(shí)際上形成了未灌入裂隙、水泥漿液結(jié)石體和原巖塊（巖橋）三部分的復(fù)合結(jié)構(gòu)體。結(jié)構(gòu)面、水泥結(jié)石體和巖塊本身的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)（c、f值）均可根據(jù)實(shí)驗(yàn)室或者現(xiàn)場測試可得，因此要確定某一巖體的綜合抗剪強(qiáng)度，關(guān)鍵是確定巖體沿著剪切面的結(jié)構(gòu)面連通率。巖體灌漿效果后評價(jià)理論

剪切面假設(shè)

在復(fù)雜的結(jié)構(gòu)面網(wǎng)絡(luò)中搜索由結(jié)構(gòu)面和其間巖橋組合形成的抗剪力最小的剪切路徑(即巖體受剪的破壞路徑)是最為關(guān)鍵的。首先應(yīng)確定剪切面的形狀。我國水利水電工程巖石試驗(yàn)規(guī)程，現(xiàn)場大型直剪試驗(yàn)方案巖體灌漿效果后評價(jià)理論

巖體灌漿效果后評價(jià)理論

向家壩巖體抗剪強(qiáng)度現(xiàn)場測試圖在現(xiàn)場試驗(yàn)中，巖塊的剪切變形會受到鋼筋混凝土保護(hù)套和荷載加載條件、方向的限制，巖體將沿著特定的方向產(chǎn)生破壞，出現(xiàn)折線式或者階梯式破壞斷面的可能性較小。為簡化搜索計(jì)算，假設(shè)抗剪力最小的剪切路徑為直面，并不會出現(xiàn)階梯型破壞型式。該計(jì)算巖體抗剪強(qiáng)度方法與現(xiàn)場大型直剪試驗(yàn)的原理基本一致，因此所計(jì)算出的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)也應(yīng)與實(shí)際工程通過現(xiàn)場試驗(yàn)獲得的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)基本一致，具有較好的相關(guān)性。巖體灌漿效果后評價(jià)理論

應(yīng)用蒙特卡洛法模擬結(jié)構(gòu)面網(wǎng)絡(luò)進(jìn)而確定連通率，是目前應(yīng)用較為廣泛的一種方法，這一方法包括以下步驟：①確定剪力的施加方向。②確定最大法向應(yīng)力和方向。③選擇剪切路徑。④利用連通率公式計(jì)算出該剪切面上單位體積的剪應(yīng)力。⑤搜索剪應(yīng)力最小的剪切路徑，⑥改變法向正應(yīng)力，確定對應(yīng)于該法向正應(yīng)力下的最小抗剪應(yīng)力巖體灌漿效果后評價(jià)理論

⑦由Mohr-Coulomb強(qiáng)度理論，可以擬合相應(yīng)的正應(yīng)力范圍內(nèi)裂隙巖體的Mohr-Coulomb強(qiáng)度包絡(luò)線，并確定其Mohr-Coulomb強(qiáng)度指標(biāo)：綜合凝聚力c和綜合摩擦系數(shù)f。巖體灌漿效果后評價(jià)理論

匯報(bào)內(nèi)容基本概述基本理論與方法程序?qū)崿F(xiàn)與算例進(jìn)一步工作基本假設(shè)巖塊及等效巖體各向同性。連通性假定。在巖體中分布的裂隙與所模擬的鉆孔灌漿段周圍的裂隙網(wǎng)絡(luò)形成原因相同，必然與所模擬裂隙相交，并形成不同的連通性。因此假設(shè)漿液只在鉆孔附近所模擬出的裂隙系統(tǒng)中進(jìn)行擴(kuò)散，而不會連通到遠(yuǎn)離此次灌漿段的裂隙中擴(kuò)散。三維巖體灌漿數(shù)值模擬

交叉裂隙假定裂隙交叉對漿液的流動影響效應(yīng)使裂隙水交叉具有三個(gè)水力特性：偏向、裂隙的兩方向與上水流阻力效應(yīng)不等、偏流。認(rèn)為在裂隙交叉時(shí)，每條裂隙中漿液的流動都是相互獨(dú)立的，沒有漿液的交換，仍然按照各自的流動規(guī)律進(jìn)行擴(kuò)散。三維巖體灌漿數(shù)值模擬

漿液排水條件假設(shè)。在實(shí)際巖體中，小于0.2mm微細(xì)裂隙數(shù)量是主要的，被認(rèn)為是不可灌的。水分子只要存在水頭差，可以快速通過微細(xì)裂隙，即不考慮封閉裂隙中的氣泡、水分對漿液擴(kuò)散的影響。特殊情況假設(shè)。在模擬計(jì)算中，沒有串冒漿的現(xiàn)象發(fā)生，即灌漿過程基本順利，沒有采取低壓循環(huán)、間歇灌等因素的影響。三維巖體灌漿數(shù)值模擬

驗(yàn)證計(jì)算選取了向家壩固結(jié)灌漿試驗(yàn)中B試區(qū)的B4孔的20.5～25.5m、25.5～30.5m和30.5～35.5m等3個(gè)灌漿段進(jìn)行了模擬灌漿計(jì)算，該三段巖體均位于弱風(fēng)化到強(qiáng)風(fēng)化巖體范圍內(nèi)。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，分別對巖體參數(shù)、材料參數(shù)和施工參數(shù)進(jìn)行了選取，并進(jìn)行了模擬計(jì)算。算例

研究區(qū)域的自動剖分算例

裂隙網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的生成、修正算例

裂隙網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的生成、修正算例

裂隙網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的生成、修正算例

計(jì)算成果及參數(shù)修正在模擬給定的灌漿壓力曲線時(shí)，假設(shè)灌漿壓力是單調(diào)遞增的，因此需對實(shí)際的灌漿壓力曲線進(jìn)行修正。算例

孔段B4-6B4-7B4-8實(shí)際值模擬值相差實(shí)際值模擬值相差實(shí)際值模擬值相差累計(jì)注入量1825.52246.4+23%23192199.2-5.2%2405.51740.2-27.7%累計(jì)注灰量21092632.9+24.82082.32248.1+8%2505.51769.4-29.4%算例

算例

漿液擴(kuò)散情況算例

漿液擴(kuò)散情況算例

灌漿效果評價(jià)擴(kuò)散半徑

B4-6、B4-7和B4-8灌漿段的最大擴(kuò)散半徑分別為r1＝8.65m，r2＝9.48m和r3＝7.74m（與最大壓力、最大開度有關(guān)）。開度接近0.2mm的裂隙中漿液擴(kuò)散半徑分別為4.12m，5.77m和3.23m，此參數(shù)決定了灌漿的最佳孔排距。算例

灌后壓水和聲波模擬計(jì)算的灌后壓水是在原孔位上進(jìn)行模擬壓水試驗(yàn)，且認(rèn)為0.2mm以上開度的裂隙已注入水泥漿液，其透水率為0。開度小于0.2mm的裂隙仍然具有透水性，其仍然滿足立方定律。經(jīng)計(jì)算，B4-6、B4-7和B4-8灌漿段灌后的透水率為q=0.76Lu、q=0.52Lu和q=2.55Lu。模擬計(jì)算的灌后聲波測試也是在原孔位上進(jìn)行模擬聲波測試，與裂隙開度之和的計(jì)算公式基本相同，只是巖體