裂隙巖體GIN法灌漿強(qiáng)度值的理論公式研究

石鳴 馬小鋒貴州高速公路開(kāi)發(fā)總公司 貴州貴陽(yáng) 55000 貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司 貴州貴陽(yáng) 55000

裂隙巖體GIN法灌漿強(qiáng)度值的理論公式研究

石鳴1馬小鋒21貴州高速公路開(kāi)發(fā)總公司 貴州貴陽(yáng) 5500012貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司 貴州貴陽(yáng) 550001

本文對(duì)裂隙巖體GIN法滲透灌漿理論公式進(jìn)行了系統(tǒng)地研究，推導(dǎo)與總結(jié)了一套裂隙巖體GIN法灌漿強(qiáng)度值的理論公式，為GIN法灌漿理論的深入研究提供參考與思路。

GIN法灌漿；裂隙巖體；灌漿強(qiáng)度值；賓漢流體

GIN(Grouting Intensity Number)法灌漿是近年來(lái)由瑞士灌漿專家隆巴迪等人提出的一種新灌漿方法，其特點(diǎn)是在整個(gè)灌漿過(guò)程中只采用單一配比的具有賓漢流體特性的穩(wěn)定性漿液，用灌漿強(qiáng)度指數(shù)(GIN)來(lái)控制灌漿進(jìn)程[1,2]。隆巴迪認(rèn)為：在巖體帷幕灌漿施工中, 保持各灌段有一致的能量消耗, 即保持GIN 為常數(shù),就可形成一道均勻的防滲帷幕。在某一給定的灌漿區(qū)段內(nèi)，能量消耗近似等于最終灌漿壓力P和單位吸漿量V的乘積，該乘積定義為灌漿強(qiáng)度指數(shù)或GIN值[1]。然而目前尚未有一個(gè)具體計(jì)算裂隙巖體GIN值的理論公式，而是通過(guò)局部現(xiàn)場(chǎng)灌漿試驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定[1,2]。

1、裂隙巖體中漿液的單向流動(dòng)

圖1 裂隙中漿液的單向流動(dòng)示意圖

（15）式中：v為平均流速。 A為由流體性質(zhì)決定的常數(shù)。

如果漿液黏度存在時(shí)變性，即：μ=μ(t)，此時(shí)為非定常流動(dòng)，運(yùn)動(dòng)方程化為[4,7]：

（18）

式中：Lmax為具有初始黏度μ。的漿液能夠擴(kuò)散到的最大距離。

求解上述方程，得：

（21）式中：q為單寬流量；b為裂隙開(kāi)度；J為水力梯度。

考慮到裂隙面構(gòu)造的粗糙度指標(biāo)對(duì)其力學(xué)性質(zhì)及滲透率有較大影響，應(yīng)該對(duì)漿液?jiǎn)挝涣髁窟M(jìn)行修正，其修正結(jié)果為[4,8：]

設(shè)有效灌漿時(shí)間為T(mén)，單位長(zhǎng)度灌漿孔灌漿量為：

2 單裂隙巖體中漿液的輻向流

基本假定同①～⑧。設(shè)穩(wěn)定水泥漿液在灌漿壓力 Pc的作用下注入半徑為 rc的灌漿孔中，并在裂隙中呈圓柱形擴(kuò)散，如圖2所示，裂隙的中心線為x軸，灌漿孔中心線為y軸，設(shè)P0為靜水壓力，ΔP=Pc-P0，Q為流量，R為擴(kuò)散半徑，h為裂隙寬度。

圖2 裂隙巖體中漿液的輻向流示意圖

穩(wěn)定的水泥漿液是典型的既有黏度、又有內(nèi)聚力的黏塑性賓漢流體，黏度決定著漿液在一定壓力下灌漿孔向裂隙遠(yuǎn)處滲流的速度，而內(nèi)聚力則決定著漿液能夠到達(dá)的最遠(yuǎn)距離，即漿液的擴(kuò)散距離是有限的，所以灌漿所需的時(shí)間取決于漿液的黏度，采用劉嘉材教授的公式[6]：

3 多裂隙巖體中漿液的輻向流

基本假定同①～⑧。把裂隙巖體當(dāng)作連續(xù)介質(zhì)考慮，裂隙壁面垂直于灌漿孔軸線，以單條裂隙流動(dòng)方程為推導(dǎo)出發(fā)點(diǎn)，將裂隙密度在巖體中等效分配，從而求出巖體中的流動(dòng)情況。

據(jù)單裂隙幅向公式（27），可知第i條裂隙區(qū)域當(dāng)量流量為[4,10]：

式中：λi為裂隙密度，λ為巖體平均裂隙密度，式中：n為與灌漿孔相交的裂隙數(shù)。

4 結(jié) 論：

本文基于賓漢流體的灌漿材料，對(duì)巖體GIN法滲透灌漿理論進(jìn)行了較系統(tǒng)的理論分析與總結(jié)，所得主要理論成果如下：

本文的研究成果能為裂隙巖體GIN法灌漿強(qiáng)度值的確定，灌漿量與漿液擴(kuò)散半徑預(yù)測(cè)提供一定的理論依據(jù)與參考。

[1] 孫釗,李茂芳.大壩基礎(chǔ)灌漿[M].北京: 中國(guó)水利水電出版社，2004.

[2] 李俊剛.GIN 法灌漿技術(shù)試驗(yàn)研究[J].太原理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，38（6）,547～549.

[3] 阮文軍.基于漿液粘度時(shí)變性的巖體裂隙注漿擴(kuò)散模型[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2005，24（15）,2709～2713.

第二作者：馬小鋒，男，貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司

石鳴,女,貴州人,貴州高速公路開(kāi)發(fā)總公司，工程師,本科,從事工作：工程建設(shè),