[发明专利]粘度驱动的动水注浆浆液固化相变模拟方法及系统

说明书

本公开提供了一种粘度驱动的动水注浆浆液固化相变模拟方法及系统，包括：基于浆液剪切应力和剪切速率的相关关系，构建浆液流变模型；结合浆液流变模型，构建浆液粘度时变函数，并建立浆液粘度时变函数与浆液固化程度间的映射关系；对相变后的浆液进行力学特性分析，构建浆液相变后力学参数随时间变化的数学表征关系；动水注浆模拟过程中，利用基于粘度驱动的相变等效触发模型确定浆液状态，流态时基于粘度对浆液固化程度进行描述，固态时基于力学参数随时间变化的数学表征关系对浆液封堵效果进行描述。所述方案能够有效刻画动水注浆全过程中浆液的固化相变过程，实现对注浆过程中浆液扩散和封堵特性的准确描述。

技术领域

本公开属于注浆固化相变过程仿真技术领域，尤其涉及一种粘度驱动的动水注浆浆液固化相变模拟方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

地下工程中常常面临不同程度的地质灾害，其中，突涌水因其“强隐蔽性、强复杂性、强突发性、强破坏性”等特点，成为阻碍工程建设的主要灾害之一。在当前技术背景下，注浆是治理突涌水灾害的有效手段之一。但是，由于地下工程的复杂性和被注介质的隐蔽性，导致注浆施工过程中浆液的扩散和封堵效果无法得到准确的描述。由于数值计算方法的直观性，可以实现注浆过程的可视化，是研究动水注浆浆液扩散和封堵过程的有效手段。

作为一个复杂的物理化学变化过程，动水注浆过程中掺杂着浆液的固化相变过程，期间涉及多个化学反应，从而导致完全依赖理论求解难以、甚至不可能得到期望的解析结果。发明人发现，为了描述浆液的固化相变特征，现有方法主要通过粘度来描述，将浆液刻画为一种粘度随时间增长的粘稠流体，通过粘度的时间演化特征来刻画其的固化相变过程，但是，粘度始终属于描述浆液流体性质的参量，只能描述浆液的流动属性，对于浆液相变后的固体属性无法进行刻画，进而难以描述动水注浆的浆液封堵效果。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提供了一种粘度驱动的动水注浆浆液固化相变模拟方法及系统，所述方案能够有效刻画动水注浆全过程中浆液的固化相变过程，实现对注浆过程中浆液扩散和封堵特性的准确描述。

根据本公开实施例的第一个方面，提供了一种粘度驱动的动水注浆浆液固化相变模拟方法，包括：

基于浆液剪切应力和剪切速率的相关关系，构建浆液流变模型；

结合浆液流变模型，构建浆液粘度时变函数，并建立浆液粘度时变函数与浆液固化程度间的映射关系；

对相变后的浆液进行力学特性分析，构建浆液相变后力学参数随时间变化的数学表征关系；

动水注浆模拟过程中，利用基于粘度驱动的相变等效触发模型确定浆液状态，流态时基于粘度对浆液固化程度进行描述，固态时基于力学参数随时间变化的数学表征关系对浆液封堵效果进行描述。

作为进一步的限定，所述基于粘度驱动的相变等效触发模型具体为：

其中，μ_s表示浆液的当前粘度，μ_max表示相变等效触发模型中的触发粘度，即定义的最大粘度；当浆液的实际粘度小于该粘度时，为流态，采用流体力学相关性质表述；当浆液的实际粘度等于该粘度时，为固态，采用固体力学相关性质表述。

作为进一步的限定，所述利用基于粘度驱动的相变等效触发模型确定浆液相变状态，通过将粘度定义为浆液从流体到固体转化的控制变量，对原本复杂的固化相变化学反应进行简化。

作为进一步的限定，所述浆液剪切应力和剪切速率相关关系的确定，具体为：针对待模拟的浆液类型，预先进行浆液固化特性分析试验，获取浆液固化过程中的参数数据，通过数据拟合实现浆液流变模型的构建。

作为进一步的限定，所述基于粘度对浆液固化程度进行描述，其所涉及的流体参数包括浆液流速和粘度。