基于D-Rb-C耦合模型的破碎岩体注浆加固作用机制与规律

• Published in: 煤炭学报 Vol. 48; no. 4; pp. 1464 - 1475
• Main Authors: 张洪伟, 姜汉, 刘世奇, 赵毅鑫, 孙晓冬, 平琦, 刘斌, 张通
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 安徽理工大学 矿山地下工程教育部工程研究中心, 安徽 淮南232001 01.04.2023; 矿业大学(北京) 内蒙古研究院, 内蒙古 鄂尔多斯 017010%中煤科工开采研究院有限公司, 北京 100013%安徽理工大学 矿山地下工程教育部工程研究中心, 安徽 淮南232001%安徽理工大学 煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室, 安徽 淮南 232001; 矿业大学(北京) 内蒙古研究院, 内蒙古 鄂尔多斯 017010; 安徽理工大学 深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室, 安徽 淮南 232001%中国矿业大学(北京) 共伴生能源精准开采北京市重点实验室, 北京 100083%中国矿业大学(北京) 共伴生能源精准开采北京市重点实验室, 北京 100083; 安徽理工大学 煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室, 安徽 淮南 232001; 安徽理工大学 深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室, 安徽 淮南 232001; 中国矿业大学(北京) 共伴生能源精准开采北京市重点实验室, 北京 100083
• Subjects: coupled model; 浆液扩散; 耦合模型; grouting reinforcement; discrete element method; 裂隙岩体; grout diffusion; fractured rock mass; 注浆加固; 离散单元法
• ISSN: 0253-9993
• DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.2022.1386

TD315; 注浆加固是工程岩体稳定性主动控制的有效方法,其作用机制主要是将浆液注入或渗入破碎岩体结构面中,形成注浆结实体,强化岩体稳定性和抵抗外力破坏的能力.为实现破碎围岩注浆扩散和固结全过程计算,提出了基于离散单元法的岩体注浆扩散-固结作用机制,考虑了注浆过程中离散单元体中的完整接触、水力破坏接触和力学破坏接触 3种情况,建立了Bingham流体扩散-黏结-固结(D-Rb-C)耦合模型,给出了基于D-Rb-C耦合模型的解算原理,开展了模型校核和算例分析,实现了浆液扩散-黏结-固结全过程解算,结果表明:① 单裂隙岩体全长注浆后,岩体剪切峰值强度较未注浆裂隙有一定提升,主要依赖于浆液凝固后所产生的剪切摩擦阻力;② 在单裂隙岩体点注浆模拟实验中,随着注浆压力增加浆液不断扩散,岩体峰前剪切屈服阶段和峰后阶段不断强化.③ 对于工程尺度破碎岩体,随着注浆压力增加,扩散半径呈两阶段增大趋势;浆液向深处高应力区闭合裂隙扩展需克服更大压应力,才能继续流动;注浆压力升高以后,相邻钻孔扩散范围叠加,形成封闭巷道的注浆结石体;当浆液凝固黏结强度较低时,结构面仍是控制围岩破坏失稳的主控因素.