[发明专利]一种裂隙岩体高温动水注浆模拟方法及系统

说明书

本发明公开一种裂隙岩体高温动水注浆模拟方法及系统，包括：设计高温动水作用下的浆液粘度表征模型，通过注入时长传输方程得到不同时刻浆液注入时长，以得到不同时刻的浆液注入时间场，通过温度方程得到不同位置的浆液在高温热水作用下的温度变化规律，以得到不同时刻的浆液温度场，通过粘度更新方程不断更新裂隙岩体高温动水注浆过程中不同时刻的浆液粘度场，从而揭示高温动水注浆全过程模拟中浆液粘度时空演化特征，解决裂隙介质高温动水注浆过程中的浆液粘度随注入时间和温度变化导致的不均匀分布问题，刻画高温作用下浆液的凝结固化过程。

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，特别是涉及一种裂隙岩体高温动水注浆模拟方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

隧道等地下工程建设过程中经常面临突涌水等地质灾害。注浆是治理地下工程突涌水灾害的有效手段之一。随着地下工程建设向偏远山区和复杂地质条件延伸，施工经常面临高地温等复杂环境。地下水经深部高温岩体加热后形成高温泉水或蒸汽从而造成高温突涌水害，局部水温甚至达到99℃以上。高温水害严重威胁人身安全、制约地下工程的施工。同时，灌浆材料的渗透性和物理化学性质将受到高温条件的显著影响，导致不同于常温下的流动和固化特性，从而影响注浆工程的封堵、加固效果。现阶段，鲜有针对高温动水注浆扩散规律的研究，研究高地温环境下动水封堵机理对于高地温隧道的突水灾害治理具有重要的工程和应用价值。

此外，由于被注介质的复杂性和不确定性，现有动水注浆理论的发展还处于不成熟阶段，与实际差别较大，所得的结论难以为注浆设计与施工提供精确指导。数值模拟方法不受被注介质的影响，可以实现注浆过程的可视化分析，从而逐渐成为研究动水注浆的有效手段。

然而，由于动水注浆是一个极其复杂的多相流动和固化相变过程，相关数值计算方法存在局限性。尤其是对于浆液性质的处理，浆液作为一种特殊的流体，除了具有流动性以外，还具有凝固性的属性，完全依赖理论求解难，甚至不可能得到期望的解析结果。

现有方法通常通过粘度来描述其凝固属性，通过粘度时变性质间接考虑凝固过程。首先，浆液粘度具有时变性，这便造成了注入浆液粘度时空分布不均匀的特性；其次，发明人在研究中发现，浆液的粘度会随着温度变化而变化，对于高地温环境下的注浆工程，浆液温度会在高温热水的作用下升高，进而导致了浆液粘度的变化。

因此，高地温环境下裂隙岩体动水注浆过程中浆液粘度是随着时间和温度同时变化的，现有研究缺乏准确描述浆液粘度这一变化规律的数值模拟方法。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种裂隙岩体高温动水注浆模拟方法及系统，基于双流体模型构建浆水两相流模型，通过注入时长的传输方程刻画浆液注入时间变化规律，通过温度方程描述浆水温度变化过程，进而实现裂隙岩体动水注浆过程中粘液粘度时间-温度演化规律的精细化描述，从而实现动水注浆全过程模拟。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种裂隙岩体高温动水注浆模拟方法，包括：

构建裂隙岩体的高温动水注浆模型，并初始化高温动水注浆模型的注浆速度、注浆压力、浆液扩散形态、浆液温度和浆液粘度；

根据上一时间步的注浆速度、注浆压力、浆液扩散形态和浆液粘度得到预测注浆速度；

根据预测注浆速度得到注浆压力，根据注浆压力得到注浆速度，迭代计算，直至达到迭代次数后，得到当前时间步的注浆压力和注浆速度；

根据当前时间步的注浆速度得到当前时间步的浆液扩散形态；

根据当前时间步的注浆速度构建离散的注入时间传输方程和温度方程，以分别得到当前时间步的浆液注入时长和浆液温度；