粘度驱动的动水注浆浆液固化相变模拟方法及系统技术方案

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。中浆液扩散和封堵特性的准确描述。中浆液扩散和封堵特性的准确描述。

【技术实现步骤摘要】
粘度驱动的动水注浆浆液固化相变模拟方法及系统


[0001]本公开属于注浆固化相变过程仿真
，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。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]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。
[0004]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。专利技术人发现，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。

技术实现思路

[0005]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。
[0006]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：
[0007]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；
[0008]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；
[0009]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；
[0010]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。
[0011]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：
[0012][0013]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。
[0014]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。
[0015]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。
[0016]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。
[0017]作为进一步的限定，所述固体力学参数包括固体的泊松比、弹性模量和强度。
[0018]作为可选择的实施方式，所述动水注浆模拟采用流体仿真软件和固体仿真软件结合的方式。
[0019]根据本公开实施例的第二个方面，提供了一种粘度驱动的动水注浆浆液固化相变模拟系统，包括：
[0020]浆液流变模型确定单元，其用于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；
[0021]粘度与固化程度关系确定单元，其用于结合浆液流变模型，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；
[0022]固体力学参数时变关系确定单元，其用于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；
[0023]注浆模拟单元，其用于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。
[0024]与现有技术相比，本公开的有益效果是：
[0025](1)本公开所述方案提供了一种粘度驱动的注浆浆液固化相变过程模拟，相对于现有方案，本公开考虑了动水注浆过程中浆液的固化相变过程，充分发挥了数值计算方法的直观性，结合CFD(Computational Fluid Dynamics)软件可以实现注浆全过程的可视化，可以较为准确的描述动水注浆过程中浆液从流体扩散到固体封堵的过程，对于研究动水注浆浆液扩散和封堵效果具有参考意义。
[0026](2)本公开所述方案提供了一种浆液相变等效触发机制，建立了浆液粘度驱动的相变等效触发模型，通过粘度控制，简化动水注浆过程中浆液凝固发生的化学反应过程，是一种全新的简化方法和模拟手段，可以较为准确的表征浆液自身性质的变化规律，对于准确刻画动水注浆的封堵效果有一定的参考价值。
[0027]本公开附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本公开的实践了解到。
附图说明
[0028]构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
[0029]图1为本公开实施例一中所述的一种粘度驱动的动水注浆浆液固化相变过程模拟方法示意图；
[0030]图2为本公开实施例一中所述的浆液流体性质表征流程图；
[0031]图3为本公开实施例一中所述的浆液固化相变简化模型的建立流程图；
[0032]图4为本公开实施例一中所述的粘度驱动的相变等效触发模型的触发流程图。
具体实施方式
[0033]下面结合附图与实施例对本公开做进一步说明。
[0034]应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0035]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0036]在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0037]实施例一：
[0038]本实施例的目的是提供一种粘度驱动的动水注浆浆液固化相变模拟方法。
[0039]如图1所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.粘度驱动的动水注浆浆液固化相变模拟方法，其特征在于，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。2.如权利要求1所述的粘度驱动的动水注浆浆液固化相变模拟方法，其特征在于，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。3.如权利要求1所述的粘度驱动的动水注浆浆液固化相变模拟方法，其特征在于，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。4.如权利要求1所述的粘度驱动的动水注浆浆液固化相变模拟方法，其特征在于，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。5.如权利要求1所述的粘度驱动的动水注浆浆液固化相变模拟方法，其特征在于，所述固体力学参数包括固体的泊松比、弹性模量和强度。6.如权利要求1所述的粘度驱动的动水注浆浆液固化相变模拟方法，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：许振浩，卜泽华，潘东东，张一驰，林鹏，李轶惠，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：