基于堆积颗粒几何特征的多尺度渗透注浆扩散半径预测.pdf

第 42 卷 第 8 期 岩石力学与工程学报 Vol.42 No.8 2023 年 8 月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Aug. ，2023 基于堆积颗粒几何特征的多尺度渗透注浆 扩散半径预测 1 2 2 3 4 5 黄献文 ，赵光明 ，黄顺杰 ，王泽洲 ，王雪松 ，唐楚轩 (1. 苏州科技大学 土木工程学院，江苏 苏州 215000 ；2. 安徽理工大学 矿业工程学院，安徽 淮安 232000 ；3. 新加坡国立大学 工学院， 新加坡 119077 ；4. 安徽理工大学 土木建筑学院，安徽 淮安 232000 ；5. 中国科学院 武汉岩土力学研究所，湖北 武汉 430071) 摘要：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。 关键词：土力学；渗透注浆；扩散半径；堆积颗粒；多尺度分析；预测模型 中图分类号：TU 44 文献标识码：A 文章编号：1000 –6915(2023)08 –2028 –13 Multiscale penetration grouting radius prediction based on geometric characterist