基于堆积颗粒几何特征的多尺度渗透注浆扩散半径预测

作者：黄献文; 赵光明; 黄顺杰; 王泽洲; 王雪松; 唐楚轩

来源：岩石力学与工程学报, 2023, 42(08): 2028-2040.

DOI：10.13722/j.cnki.jrme.2022.0986

• 土力学
• 渗透注浆
• 扩散半径
• 堆积颗粒
• 多尺度分析
• 预测模型

为精准预测渗透注浆在粗粒土中的扩散半径，基于堆积颗粒的几何特征，提出微尺度颗粒几何特征识别与中尺度注浆通道重建算法，并结合大尺度注浆扩散模型，构建多尺度渗透注浆扩散半径预测模型。首先，基于粗粒土CT断面图像，采用颗粒几何特征识别算法(GIM)识别颗粒的椭圆度、粗糙度、长轴倾角以及粒径参数；而后依据这些识别参数，结合孔隙率和级配，通过中尺度注浆通道重建算法(GRM)建立渗流通道模型；基于该模型，联合运用多场耦合有限元(FEM)与蒙特卡洛法(MC)，获得具有统计意义的中尺度渗透注浆模型；通过渗流速度将中尺度渗透注浆模型与大尺度注浆扩散模型耦合，建立多尺度渗透注浆扩散半径预测模型。通过与试验结果对比，验证预测模型的合理性(误差小于10%)。最后，采用该模型系统研究椭圆度、粗糙度、粒径、孔隙率、长轴倾角、流性指数和浆液平均黏度对注浆扩散半径的影响，大小关系为：粒径>浆液黏度>长轴倾角>流性指数>孔隙率>椭圆度>粗糙度，对应的皮尔逊相关系数依次为0.5,-0.374,-0.238,-0.188,0.161,-0.036,-0.019；通过对浆液扩散过程分析，发现堆积颗粒几何特性对浆液扩散的影响机制主要包括“孔喉约束”、“惯性阻力”、“通道宽度”以及“流固界面”效应。

• 单位
  土木工程学院; 苏州科技大学; 中国科学院武汉岩土力学研究所; 安徽理工大学