Затирка швов перел: Цветная затирка Perel для камня, облицовочной плитки и термопанелей

Как видно из рисунка 8, радиус диффузии цементного раствора в глубоко заглубленных пластах породы нелинейно пропорционален давлению цементного раствора и скорости потока раствора. На начальной стадии процесса цементирования давление, необходимое для инициирования трещины, относительно велико, и давление цементного раствора, необходимое для расширения трещины после начала трещины, снижается. Когда трещина расширяется до более чем 1,5 м, давление цементного раствора, необходимое для дальнейшего расширения трещины, резко возрастает.Когда радиус диффузии трещин цементного раствора L мал, расход раствора q мало влияет на давление раствора P _{0 Требуется} . Однако, когда радиус диффузии L цементного раствора для трещин превышает 1,5 м, расход цементного раствора q оказывает значительное влияние на требуемое давление цементного раствора P ₀ . Например, когда радиус диффузии раствора составляет 2,5 м, давление раствора P ₀ составляет 23 МПа и 17 МПа для расходов раствора q из 2.5 × 10 ⁻⁴ м ³ / с и 1,0 × 10 ⁻³ м ³ / с соответственно, т.е. разница в 0,35 раза. Когда радиус диффузии раствора составляет 3,5 м, давление раствора P ₀ составляет 52 МПа и 22 МПа для расхода раствора q 2,5 × 10 ⁻⁴ м ³ / с и 1,0 × 10 ⁻³ м ³ / с соответственно, т.е. разница в 1,36 раза. Следовательно, для глубоко заглубленных пластов породы давление цементного раствора и расход цементного раствора следует увеличивать одновременно, чтобы эффективно увеличить радиус диффузии цементного раствора.Кроме того, трудно добиться ожидаемого эффекта затирки простым увеличением давления затирки.

На основании приведенного выше анализа, когда жидкая суспензия Бингема участвует в гидроразрыве и расширении в глубоко заглубленных пластах породы с большой глубиной воды, трещиноватость контролируется факторами пласта (глубиной пласта), изменяющимися во времени характеристиками серозная вязкость, давление затирки и расход затирки. При расчете чувствительности каждого фактора влияния к расстоянию диффузии трещин [29] коэффициенты чувствительности толщины пласта, изменяющиеся во времени характеристики серозной вязкости, давления цементного раствора и скорости потока цементного раствора равны 0.011, 65,7, 0,432 и 0,148 соответственно.

Таким образом, коэффициент чувствительности оценивается от наибольшего к наименьшему следующим образом: изменяющиеся во времени характеристики изменяющиеся во времени характеристики серозной вязкости> давление цементного раствора> скорость потока цементного раствора> глубина пласта. Изменяющиеся во времени характеристики серозной вязкости значительно влияют на L , и изменяющиеся во времени характеристики вязкости можно контролировать путем разумного выбора параметров пропорции суспензии.Кроме того, давление раствора и скорость потока раствора можно гибко регулировать для создания трещин раствора и расширения их в идеальном диапазоне.

6. Выводы

(1) Когда коэффициент интенсивности напряжений в вершине трещины K _I равен вязкости разрушения материала K _IC дискриминантные условия трещинообразования, необходимо всесторонне учитывать напряжение коры. характеристики глубоко заглубленных пластов породы, механические свойства породы, изменяющиеся во времени характеристики серозной вязкости и различные факторы.Мы вывели уравнение диффузии при заливке трещин и проверили его. Эта конструкция цементации трещин в пластах глубоко заглубленных пород обеспечивает теоретическую основу для инженерных приложений. (2) Давление цементации трещин P ₀ линейно пропорционально глубине пласта H и коэффициенту бокового давления k. По мере увеличения глубины залегания и коэффициента бокового давления нагнетаемого массива горных пород сопротивление трещиностойкости суспензии увеличивается, и требуется большее давление цементного раствора P ₀ для достижения заданного радиуса диффузии трещин.(3) Изменяющиеся во времени характеристики серозной вязкости цементного раствора имеют важное влияние на давление цементного раствора и радиус диффузии. Раннее воздействие невелико, а последующее воздействие велико. При выборе параметров затирки пропорции раствора должны быть разумно выбраны в соответствии с требованиями к конструкции затирки и указанными выше факторами. (4) Радиус диффузии затирки нелинейно пропорционален давлению затирки и скорости потока затирки.Для глубоко заглубленных слоев давление цементного раствора и расход раствора следует увеличивать одновременно, чтобы эффективно увеличить радиус диффузии раствора. Трудно достичь ожидаемого эффекта затирки простым увеличением давления затирки. (5) Согласно анализу чувствительности основных факторов, влияющих на радиус диффузии затирки, коэффициенты чувствительности глубины пласта, давления затирки, времени — изменяющиеся характеристики серозной вязкости и скорости потока цементного раствора упорядочиваются от наименьшего к наибольшему следующим образом: изменяющиеся во времени характеристики серозной вязкости> давление цементного раствора> скорость потока цементного раствора> глубина слоя.

Доступность данных

Данные, использованные для подтверждения результатов этого исследования, включены в статью.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации данной статьи.

Благодарности

Это исследование было поддержано Национальной программой ключевых исследований и разработок (2016YFC0600902) и Национальным фондом естественных наук Китая (51874005).

Заполнение трещин в горных породах цементным раствором

Приложение 1: Детали интеграции

Граничный слой

Скорость получается путем интегрирования уравнения импульса, которое является уравнением. {2} \ right) $$

(43)

$$ \ frac {\ partial v} {\ partial z} = \ frac {1} {\ eta} \ frac {{{\ text {d}} p}} {{{\ text {d}} r} } (z — H _ {\ text {c}}) $$

(44)

$$ \ tau = — c + \ frac {dp} {dr} (z — H _ {\ text {c}}) $$

(45)

Уравнение сохранения массы, Ур.Из (5) следует, что произведение rv является функцией z . Используя это свойство с уравнением. (43) после некоторых манипуляций приводит к:

$$ \ frac {{{\ text {d}} H _ {\ text {c}}}} {{{\ text {d}} r}} = 0 $

(46)

$$ \ frac {1} {r} \ frac {\ text {d}} {{{\ text {d}} r}} \ left (r \ frac {{{\ text {d}} p}}) {{{\ text {d}} r}} \ right) = 0 $$

(47)

Из уравнения (46) следует, что H _c не зависит от радиальной координаты.Этот результат связан с тем, что поток предполагается радиальным с нулевой составляющей скорости в поперечном направлении. Интегрируя уравнение. (47) и учитывая граничные давления p _a и p _b , разница между которыми составляет избыточное давление P , дает:

$$ p = p _ {\ text {a}} — P \ frac {\ ln (r / a)} {\ ln (b / a)} $$

(48)

$$ \ frac {{{\ text {d}} p}} {{{\ text {d}} r}} = — \ frac {P} {{\ ln \ frac {b} {a}}} \ frac {1} {r} $$

(49)

Сердечник

На границах раздела между сердцевиной и пограничными слоями амплитуда напряжения сдвига является когезией.Он отрицательный на верхнем интерфейсе и положительный на нижнем. Невозможно учесть линейно изменяющееся напряжение сдвига между границами раздела, потому что критерий текучести не будет соблюдаться, а сердечник вообще не может двигаться. Здесь принимается заявление Липскомба и Денна (1984). Это утверждение просто формулируется в случае вязкопластического материала с использованием критерия текучести фон Мизеса. Для материала Бингема все сложнее. Один из способов сделать это в данном случае, удовлетворяющий как заявлению, так и определению материала Бингема, состоит в том, чтобы заставить амплитуду напряжения сдвига в сердечнике оставаться равной значению текучести почти везде, кроме набора с нулевым объемом:

$$ \ left | \ тау \ право | = c $$

(50)

Это означает, согласно формуле.(1), что:

$$ \ frac {\ partial v} {\ partial z} = 0 $$

(51)

Уравнение (51) означает, что в керне отсутствует скорость сдвига, и, поскольку радиальная производная не налагается никаких условий, радиальный поток возможен. Скорость должна быть непрерывной на границе раздела с пограничным слоем, удовлетворять уравнению сохранения массы и иметь нулевую поперечную производную. {2} $$

(52)

При этом давление в активной зоне и его производная снова определяются уравнениями.(48) и (49). Возникает несоответствие, поскольку решение в ядре не удовлетворяет должным образом уравнению импульса, а вместо этого принимает вырожденную форму из-за приложения напряжения сдвига [уравнение. (50)]. На этом этапе обычно рекомендуется повторно ввести поперечную скорость и использовать вязкопластический материал или некоторые из его регуляризованных версий без гарантии, что несоответствие исчезнет или не появится где-либо еще в другой форме. Например, Липскомб и Денн (1984) предлагают использовать двувязкую жидкость.{2} (3- \ delta)}} {{\ ln (1+ \ frac {S (1- \ delta)} {a})}} $$

(57)

Поскольку δ ограничено нулем и единицей, выполняется следующее неравенство:

$$ \ frac {3- \ delta} {{\ ln (1+ \ frac {S (1- \ delta)} {a})} } \ ge \ frac {2} {{\ ln (1+ \ frac {S} {a})}} $$

(58)

Уменьшение уравнения. {n} (\ beta)} $$

(63)

Верхние круглые скобки содержат порядок производной.{2} (t — t_ {0})}} {6P \ eta} = F (\ xi _ {{{\ text {b}} (t)}}, \ xi _ {\ text {a}}) — F (\ xi _ {{{\ text {b}} (t_ {0})}}, \ xi _ {\ text {a}}) $$

(66)

, где

$$ F = A \ ln \ frac {{\ xi _ {\ text {b}}}} {{\ xi _ {\ text {a}}}} — \ frac {B} {3} — \ frac {{2- \ xi _ {\ text {a}}}} {9} (C — D) $$

(67)

с

$$ A = \ frac {{2- \ xi _ {\ text {a}}}} {9} \ ln \ frac {{1+ \ xi _ {\ text {a}} — \ xi_ { \ text {b}}}} {{2- \ xi _ {\ text {a}} + \ xi _ {\ text {b}}}} + \ frac {1} {3} \ frac {{1+ \ xi_ {\ text {a}}}} {{1+ \ xi _ {\ text {a}} — \ xi _ {\ text {b}}}} $$

(68)

$$ B = \ ln \ frac {{\ xi _ {\ text {b}}}} {{1+ \ xi _ {\ text {a}} — \ xi _ {\ text {b}}}} $$

(69)

$$ C = \ ln (1+ \ xi _ {\ text {a}}) \ ln \ xi _ {\ text {b}} — \ sum \ limits_ {n = 1} ^ {\ infty} {\ frac { 1} {{n ^ {2}}} \ frac {{\ xi _ {\ text {b}} ^ {n}}} {{(1 + \ xi _ {\ text {a}}) ^ {n}} }} $$

(70)

$$ D = \ ln (2- \ xi _ {\ text {a}}) \ ln \ xi _ {\ text {b}} + \ sum \ limits_ {n = 1} ^ {\ infty} {\ frac { {(- 1) ^ {n — 1}}} {{n ^ {2}}} \ frac {{\ xi _ {\ text {b}} ^ {n}}} {{(2- \ xi _ {\ текст {a}}) ^ {n}}}} \ quad {\ text {if}} \ frac {{\ xi _ {\ text {b}}}} {{2- \ xi _ {\ text {a}} }} <1 $$

(71)

$$ D = \ frac {(\ ln \ xi _ {\ text {b}}) ^ {2}}} {2} + \ sum \ limits_ {n = 1} ^ {\ infty} {\ frac { {(- 1) ^ {n}}} {{n ^ {2}}} \ frac {(2- \ xi _ {\ text {a}}) ^ {n}}} {{\ xi _ {\ text {b}} ^ {n}}}} \ quad {\ text {if}} \, \ frac {{\ xi _ {\ text {b}}}} {{2- \ xi _ {\ text {a}} }}> 1.$

(72)

Эффект затирки трещин горных пород с использованием оценки сдвига и фильтрации

Основные моменты

•

Было разработано устройство для заливки раствора для подготовки образцов горных пород.

•

Исследовано влияние воды и нормальных напряжений на прочность поверхности излома.

•

Испытание на сдвиг и численное моделирование были проведены на образцах, залитых раствором.

•

Испытание на ограниченную фильтрацию проводилось на залитых раствором образцах.

•

Прочность и проницаемость оценивались по эффекту затирки.

Реферат

Перед началом строительства необходима оценка затирки. Для приготовления стандартных образцов затирки было разработано затирочное устройство. Испытания на сдвиг и ограниченную фильтрацию были проведены на хлоритовом сланце с однократным разрывом с цементным раствором и без него.Во-первых, испытание на сдвиг при незаращенной трещине было изучено в качестве сравнительного испытания. Воздействие воды в основном выражается в уменьшении когезии, в то время как эффект ослабления может быть улучшен за счет увеличения нормального давления. Во-вторых, испытание на сдвиг образцов, залитых раствором, было проведено с помощью испытания в помещении и численного моделирования. Данные испытаний хорошо совпадают с результатами моделирования. Повреждение возникает в самом слабом месте композитного материала. Повышение механических свойств цементного материала может способствовать усилению разрушения горной породы.Наконец, скорость фильтрации уменьшается экспоненциально, что очевидно при испытании на герметичность залитой породы. Несмотря на неудовлетворительную прочность, затирка хорошо снижает проницаемость. Хотя цементная заливка может применяться в качестве эффективного метода обработки для уменьшения проницаемости, обеспечения начального предварительного напряжения и стабилизации окружающих пород, рекомендуется проверить характеристики цементного материала перед промышленностью. Подбор материала для затирки следует проводить с осторожностью.

Ключевые слова

Эффект затирки

Материал затирки

Прочность

Проницаемость

Трещина горной породы

Рекомендуемые статьиЦитирующие статьи (0)

© 2020 Elsevier Ltd. Все права защищены.

Рекомендуемые статьи

Ссылки на статьи

Затирка трещин в теории: моделирование затирки трещин в песке

Затирка трещин в теории: моделирование затирки трещин в песке

Te Grotenhuis, R.

Ван Тол, A.F. (наставник)
Bosch, J.W. (наставник)
Эвертс, Х.Дж. (наставник)
Хааснот, Дж.К. (наставник)
Виссер, П.Дж. (наставник)

Гражданское строительство и науки о Земле

2004-11-01

Строительство новой линии метро в центре Амстердама, так называемой Норд / Зюйдлин, является сложной задачей, поскольку многие здания вдоль маршрута чувствительны к оседанию и угловым искажениям.Чтобы предотвратить ущерб, критерии урегулирования очень строгие, и в нескольких местах необходимы смягчающие меры, чтобы соответствовать этим критериям. Одна из мер, которые будут приняты, — это использование цементного раствора для трещин. Полномасштабные испытания компенсационной цементной заливки показали, что заливку трещин в песке под свайным фундаментом можно использовать для управления вертикальным перемещением деревянных свайных фундаментов. Тем не менее, эффективность затирки во время испытания сильно колебалась. Можно сделать вывод, что возникновение трещины гидроразрыва и распространение трещины в песках теоретически недостаточно изучены.Следовательно, размеры трещин гидроразрыва в песках активно не контролируются. По этой причине эффективность затирки трещин в песке неоптимальна. Целью этого исследования было найти методы, которые можно использовать для активного контроля роста трещин. Чтобы расширить понимание возникновения и распространения трещин гидроразрыва, было проведено исследование литературы. Результаты были использованы для изучения зарождения трещин и разработки аналитической модели распространения трещин в песках.Следовательно, модель распространения трещин использовалась для изучения влияния изменения входных параметров, например, изменения свойств раствора. Кроме того, было проведено несколько лабораторных экспериментов, чтобы найти реалистичные значения для нескольких входных параметров модели. Заключение Затирка трещин в теории Можно сделать вывод, что на процесс разрушения влияют три составляющих процесса: 1. Трение распространяющегося раствора (связанное с реологическими параметрами и результирующим напряжением сдвига) 2. Обезвоживание закачанного раствора (связанное с проницаемостью) и сопутствующее развитие обезвоженный слой на внешнем кольце трещины.3. Реакция окружающей почвы. Принимая во внимание эти процессы, кажется возможным повлиять на результат процесса распространения трещин, чтобы повысить эффективность затирки раствора. Эффективность затирки увеличивается, если раствор может оставаться под фундаментом здания. Желательно ограничить длину трещины и максимизировать ее толщину. Существует два теоретических метода влияния на результат процесса гидроразрыва и повышения эффективности затирки раствора: уменьшение коэффициента твердых частиц воды (WSF) или увеличение количества угловатого заполнителя в цементном растворе для гидроразрыва увеличивает напряжение сдвига.Это приводит к уменьшению длины трещины и увеличению толщины. Изменяя количество бентонита в растворе трещин, можно повлиять на момент застоя распространения. На эффективность затирки можно косвенно повлиять, если принять во внимание конфигурацию фундамента. Стимулирование застоя распространения уменьшает длину трещины. Закапываемый раствор будет сконцентрирован под сваями фундамента. Следовательно, большее количество вводимого раствора способствует достижению цели затирки трещин: созданию взбалтывания здания.Другими словами, количество бентонита теоретически можно использовать для настройки длины трещины в соответствии с конфигурацией фундамента. Результаты этого исследования используются для продолжения исследований по заливке трещин в песке. TU Delft и COB (Нидерландский центр подземного строительства) готовят несколько лабораторных экспериментов, в которых будут пытаться активно контролировать размеры трещин гидроразрыва в песке.

трещина
затирка
песок
вертикальное перемещение

http: // resolver.tudelft.nl/uuid:f870118d-94d0-45ca-8bfd-f84aef8e003b

Делфтский ТУ, Гражданское строительство и науки о Земле, Гидротехника,

Студенческие работы

кандидатская диссертация

(c) 2005 R. te Grotenhuis

Расширение трещин раскола, вызванных цементным раствором, в материалах, подобных угольным породам, содержащих сборные трещины | Журнал геофизики и инженерии

Абстрактные

Чтобы выявить влияние сборных трещин (PF) с различными параметрами на распространение трещин раскола, вызванных цементным раствором, была использована комбинация численного моделирования и физических экспериментов для проведения испытаний цементного раствора на материалах, аналогичных угольной породе.Программа RFPA использовалась для моделирования всего процесса зарождения трещин и расширения угольной породы с ПФ во время цементирования. В эксперименте технология акустической эмиссии (AE) использовалась для отслеживания процесса расширения трещин, вызванных цементным раствором. Результаты показали, что, когда ПФ не пересекаются с отверстиями для цементирования, расширение трещин раскола, вызванных цементным раствором, в породах, содержащих ПФ, проходило в четыре стадии: расщепление и проникновение, заполнение пульпы, раскол трещины и расширение раскола.ПФ оказывают ориентирующее влияние на направление распространения трещин цементного раствора, а размер ПФ влиял на распространение трещин раскола, вызванных цементным раствором: чем больше размер, тем легче разрушались окружающие породы, тем легче было сформировать соединение каналов. между трещинами расщепления, вызванными цементным раствором, и ПФ, и более сложная картина вторичного расщепления в ПФ. Это указывает на то, что угол PF играет решающую роль в определении направления распространения трещин раскола, вызванных цементным раствором.Распространение трещин раскола, вызванных цементным раствором, при цементации массива горных пород с различными параметрами выявлено с помощью численного моделирования и экспериментальных результатов.

1. Введение

широко использовалась в многочисленных инженерных проектах, включая угольные шахты, гидротехнику, строительство и туннели (Sui et al. 2015; Zolfaghari et al. 2015; Erol & Francois 2016; Liu et al. 2019 ).Используя эту технологию, суспензия вводится в породу под давлением, чтобы заполнить трещины в породах, а затем цементировать породу в целом такими способами, как вытеснение, заполнение, проникновение, расщепление и так далее. С помощью этого метода вода или воздух в трещинах массива горных пород могут быть удалены, а массив горных пород, содержащий трещины, может быть объединен в единое целое. Таким образом, физические и механические свойства горной массы могут быть улучшены, тем самым защищая от просачивания, останавливая утечки и улучшая стабильность горной массы (Zhu et al. 2014).

Ученые провели многочисленные исследования в области теории и техники затирки и предложили серию теорий, касающихся диффузии пульпы и расширения трещин, включая затирку проницаемого раствора, затирку уплотняющим раствором, затирку трещин и так далее. (Чен и др. 2018). Многие ученые изучали механизмы затирки: например, с помощью численного моделирования Kulatilake et al. (1993) исследовал трехмерные поверхности разрушения, образованные трещинами раскола, вызванными цементным раствором.Другие исследовали распространение трещин, вызванных цементным раствором (Bezuijen et al. 2010; Toru et al. 2010). Среди них большинство исследований сосредоточено на расстоянии диффузии суспензии и распространении трещин раскола с помощью физических экспериментов и численного моделирования. Никбахтан и др. (2010) исследовал анизотропию диффузии суспензии в условиях проточной воды, что послужило толчком к развитию современной теории цементации. Используя численное моделирование, Asavadorndeja & Glawe (2005) смоделировали миграцию жидкого навоза в цементном растворе и изучили базовую форму движения жидкого навоза.Исследование Ayenew (2003) демонстрирует, что на картину диффузии суспензии влияет давление цементного раствора и параметры трещин (, среди прочего, ). Хуанг и др. (2018) исследовал закон распространения трещин гидроразрыва пласта и предложил метод расчета параметров бурения скважин для гидроразрыва пласта.

Более того, многие ученые изучали механизм напряжений и повреждений в породах, содержащих ПФ (Cheng et al. 2018). Например, взяв сланец в качестве объекта исследования, используя механику разрушения, основанную на анализе конечных элементов, Weißgraeber et al. (2016) проанализировали трещины в хрупких материалах, которые послужили основой для развития трещин в горных породах. Лю и др. (2017) исследовали влияние условий циклического нагружения и геометрической конфигурации соединений на динамическую усталость моделей сочлененных горных пород. Ян и др. (2014) изучил взаимосвязь между прочностью на растяжение и сжатие горных пород с двумя или тремя параллельными трещинами с углом разрушения и обнаружил, что PF контролируют положение начала основных трещин, а угол разрушения влияет на возникновение вторичного расщепления.Чтобы оценить влияние типов сборных конструкций на механические свойства горных пород, Zhou et al. (2014) подготовил материалы, аналогичные породе, для испытаний на одноосное сжатие. Xie et al. (2019) предложил метод автоматической идентификации трещин на уровне пикселей, который обеспечивает новый метод описания процесса разрушения углей при высокоскоростном ударном повреждении. Родригес и др. (2016) проанализировали режимы растрескивания горных пород в условиях одноосного сжатия с использованием акустико-эмиссионного (АЭ) мониторинга.Тан и др. (2005) провел экспериментальные и численные исследования характеристик повреждения осевого раскола хрупких материалов, содержащих сборные скважины, вызванного действием сжимающих нагрузок. Wang et al. (2012) исследовал влияние неоднородности и ограничивающего давления на повреждение и разрушение пород, содержащих отверстия, с помощью моделирования. Байерли и Джонстон (1976) были первыми, кто изучил возможность обнаружения глубоких трещин с помощью магнитного материала.Zawadzki & Bogacki (2016) вводили магнитные материалы или жидкости, которые использовались в качестве среды, в породу путем цементирования, а затем регистрировали внутреннее распределение магнитного поля с помощью магнитометра. Таким образом, они охарактеризовали распределение трещин в горных породах, используя изменения в распределении магнитного поля. Song et al. (2019) изучали правила деформации и разрушения массива горных пород, содержащего параллельные прерывистые сборные трещины (PF), с помощью эксперимента по одноосному сжатию.

За годы исследований люди приобрели определенное понимание теории затирки и механизма расширения PF в любых условиях. Тем не менее, было проведено не так много исследований закона расширения трещин расщепления в условиях, когда ствол скважины пересекается с ПФ или нет. Когда ствол скважины пересекается с ПФ, давление цементного раствора увеличивается после стадии вытеснения, и трещины раскола возникают в направлении, перпендикулярном минимальному главному напряжению.Хотя ствол скважины не пересекается с PF, это явление не только вызовет большие потери шлама, но и сделает радиус диффузии цементного раствора меньше ожидаемого, что означает, что частично неповрежденная горная масса разрушается, снижая прочность породы. масса. Для изучения распространения трещин в массивах горных пород, содержащих различные ПФ, авторы провели эксперимент по образованию трещин раскола, вызванных цементным раствором, в аналогичных материалах, содержащих трещины заводского изготовления с различными параметрами.Таким образом, было исследовано влияние PF различных параметров на распространение трещин раскола, вызванных цементным раствором, в попытке предоставить ориентир для проектирования и оценки работ по цементированию горных пород.

2. Численное моделирование и эксперименты

2.1. Численная модель

RFPA — это инструмент численного моделирования, который может моделировать процесс постепенного разрушения горной среды. Он может точно моделировать потоки жидкости под давлением.Между тем, он также может моделировать распределение потока в массиве трещиноватой породы во время расширения трещин под действием напряжения, связанного с фильтрацией. Многие ученые изучали и анализировали процесс разрушения горной породы, процесс разрушения и механизм разрушения с помощью RFPA, процесс разрушения, процесс разрушения и механизмы разрушения; Блок-схема анализа RFPA показана на рисунке 1 (Zhu et al. 2006; Wang et al. 2013). В этой статье RFPA-2D (v.1.0.01) в основном используется для моделирования закона расщепления трещин угля и горной породы, содержащих различные сборные трещины, во время цементирования в одних экспериментальных условиях.В эксперименте изменение вязкости суспензии оказывает лишь небольшое влияние на тенденцию к расщеплению; Чтобы упростить модель и игнорировать влияние изменения вязкости, специальные анализы объяснены в разделах 4.1 и 4.3.

Рисунок 1.

Блок-схема анализа RFPA.

Рисунок 1.

Блок-схема анализа RFPA.

Некоторые ученые смоделировали процесс вливания воды и шлама в горную массу, содержащую трещины, с помощью программного обеспечения RFPA и проанализировали закон расширения трещин и диффузии шлама.В частности, влияние некоторых основных параметров на направление и размер трещины. Zhu et al. (2005) смоделировал распространение трещин в горных породах, окружающих выкопанные подземные пещеры, с помощью программного обеспечения RPFA. He et al. (2017) исследовали роль тени напряжения в переориентации трещины гидроразрыва с помощью моделирования с помощью программного обеспечения RFPA. Zhang et al. (2006) изучали характеристики сдвига образцов горных пород, содержащих непрямые трещины с различными геометрическими параметрами.Ли и др. (2017) изучали процесс расширения трещин раскола в породе, вызванных цементацией, и диффузию пульпы с помощью численного моделирования.

В соответствии с экспериментами по физическому подобию была создана модель размером 1 × 1 м ² (рисунок 2). Разделив сеть на плоские четырехугольные элементы, всего 200 × 200 = 40 000 конечных элементов, было смоделировано ее макроскопическое механическое поведение, и при наличии достаточного количества элементов в модели можно смоделировать неоднородность материала.В центре модели была вырыта заливочная яма диаметром d = 80 мм. По умолчанию механическая граница вокруг модели была свободной, но с учетом эффекта геостатического напряжения, веса покрывающей породы и веса угольной и горной массы вокруг модели было приложено ограничивающее давление σ = 0,2 МПа. Для анализа влияния давления цементного раствора на трещину раскола, увеличивающееся давление закачки воды было приложено к отверстию для цементирования, а давление напора в отверстии для цементирования было установлено на 200 м; то есть начальное давление нагнетания воды P составляет 2 МПа, и было выполнено пошаговое инкрементное измерение (0.2 МПа на шаг). Физико-механические параметры этой горной массы приведены в таблице 1.

Рис. 2.

Модель численного моделирования: (a) модель, в которой одиночные и множественные трещины пересекаются с отверстием для цементирования, и (b) модель, в которой одиночные и множественные трещины не пересекаются с отверстием для цементирования.

Рис. 2.

Модель численного моделирования: (a) модель, в которой одиночные и множественные трещины пересекаются с отверстием для цементирования, и (b) модель, в которой одиночные и множественные трещины не пересекаются с отверстием для цементирования.

Чтобы исследовать распространение трещин расщепления, вызванных цементным раствором, в соответствии с относительным положением отверстия для цементирования и окружающих трещин в горных породах было проведено численное моделирование для четырех случаев (Таблица 2).

Четыре модели численного моделирования.

Четыре модели численного моделирования.

2.2. Экспериментальная система

Экспериментальная платформа для трехмерного моделирования аналогичных материалов была построена для проверки того, согласуются ли результаты численного моделирования с распространением трещин расщепления, вызванного цементным раствором, в аналогичных материалах угольных пород с различными параметрами PF. Был проведен эксперимент по затирке с использованием 3D-подобных материалов. Как показано на рисунке 3, экспериментальная система состояла из следующих частей: трехмерной цементной платформы для аналогичных материалов, системы сбора данных AE и системы цементирования.

Рис. 3.

Система моделирования цементирования трехмерных подобных материалов.

Рис. 3.

Система моделирования цементации трехмерных подобных материалов.

Трехмерная экспериментальная платформа для подобных материалов представляла собой платформу трехмерной визуализации, разработанную авторами, и вокруг платформы было установлено высокопрочное закаленное стекло для обеспечения безопасности экспериментов и улучшения видимости. В качестве системы сбора данных АЭ была принята восьмиканальная система мониторинга АЭ PEIC-8, произведенная компанией Physical Acoustics Corporation (США), и система включала датчики, предусилитель, прибор для сбора данных и систему анализа главного компьютера.Применяя 16-разрядную технологию аналого-цифрового преобразования, система смогла анализировать характеристические параметры АЭ в реальном времени и реализовать трехмерное позиционирование трещин. В эксперименте порог системы AE, усиление предусилителя и частота дискретизации были установлены на 40 дБ, 60 дБ и 1 MSPS соответственно. В качестве системы заливки использовался переделанный насос для цементирования. Он был способен заливать цемент при постоянном давлении, а давление заливки было установлено на 7 МПа.

Чтобы познакомить читателя с процессом эксперимента: образец (11) помещается на экспериментальную платформу (10), раствор готовится пропорционально, и подключаются насос для цементирования (5) и ведро для раствора (3).После того, как давление затирки будет установлено, насос для затирки (5) и труба для затирки (8) подсоединяются. Датчик устанавливается (12) в соответствии с проектными требованиями и поочередно подключается к усилителю (13), системе АЭ (14) и компьютеру (15). После завершения отладки системы мониторинга AE насос для цементирования (5) начинает заливку раствора, и заливка раствора прекращается после того, как трещина расколется в образце; далее экспериментальные данные и фотографии сохраняются.

2.3. Пробоподготовка

Такие параметры, как размер и угол ранее существовавших трещин в горных породах, влияют на характер распространения трещин раскола, вызванных цементным раствором. Wong & Chau (1998) и Suo & Qu (2019) провели множество исследований по развитию сходных проявлений и механических свойств трещиноватого массива горных пород. На основе этих исследований были приготовлены материалы, похожие на горную породу, с песком в качестве заполнителя и цемента и гипса в качестве цементирующих агентов (соответствующее соотношение песок: цемент: гипс составляет 20: 3: 7), а также 10% воды (массовая доля). .Сравнение результатов одноосного сжатия и бразильского раскола образцов и угольной породы показано на рисунке 4. Это сырье было смешано в сухом виде, затем была добавлена ​​вода. После достаточного перемешивания смесь выливали в формы и уплотняли с получением образцов размером 300 × 300 × 300 мм ³ (длина × ширина × высота). В процессе изготовления аналогичных материалов трещины были изготовлены заранее путем погружения картоноформовок в материалы. Кроме того, скважины для цементирования, подготовленные с использованием стальных труб с одинаковыми размерами внешнего и внутреннего диаметров 12 и 10 мм, также были предварительно заглублены.После приготовления образцы стояли в течение 1 дня перед тем, как разобрать форму. Каждый образец обрабатывали брызгами воды в течение 7 дней, а затем выдерживали каждый образец в термоконтейнере при 20 ° C в течение 21 дня.

Рис. 4.

(a) Сравнение прочности на одноосное сжатие с аналогичным материалом и угольной породой. (b) Сравнение теста Brazilian Split с аналогичным материалом и угольной породой.

Рис. 4.

(a) Сравнение прочности на одноосное сжатие с аналогичным материалом и угольной породой.(b) Сравнение теста Brazilian Split с аналогичным материалом и угольной породой.

2.4. Экспериментальный процесс

Породы обычно имеют естественные трещины, которые могут соединяться с трещинами расщепления, вызванными цементным раствором, во время их расширения, что приводит к перераспределению давления и, таким образом, изменению путей расширения трещин раскола. Исследование выявило влияние ПФ разных размеров и углов на распространение трещин раскола, вызванных цементным раствором.Образцы цементного раствора с соотношением вода / цемент 2: 1 и 0,8: 1 были приготовлены на основе предыдущих исследований диффузии цементного раствора и свойств раствора, а физические свойства двух образцов перечислены в таблице 3 (Ruan 2005). . В эксперименте производилась заливка при постоянном давлении 7 МПа.

Для исследования влияния трещин разного размера и угла на возникновение и распространение трещин раскола, вызванных цементным раствором, было приготовлено девять образцов.Образцы подобных материалов были пронумерованы в соответствии с номенклатурой: «Угол ПФ-длина-ширина». Например, образец PF ₃₀ -100-25 представлял собой образец аналогичного материала, содержащий PF с углом, длиной и шириной 30 °, 100 мм и 25 мм соответственно. Подробная информация о выбранных схемах предварительного захоронения приведена в Таблице 4, а положения перед захоронением показаны на рисунке 5.

Рисунок 5.

Расположение ПФ и датчиков.

Рисунок 5.

Расположение ПФ и датчиков.

В эксперименте использовалось шесть датчиков AE для сбора энергетических сигналов, генерируемых расщеплением, вызванным цементным раствором, как показано на рисунке 5.Датчики устанавливались на четырех боковых гранях образцов в отмеченных местах на рисунке. Датчики S1 и S2 были расположены на грани F, датчики S3 и S4 на грани B, S5 на грани L и S6 на грани R. Датчики располагались в шахматном порядке и не могли быть установлены на верхней поверхности образца для устранения эффекта торцевого ограничения. Датчики и образцы были соединены с помощью связующего агента для повышения точности мониторинга АЭ. Наконец, перед экспериментом был проведен эксперимент с разрывом свинца, чтобы проверить расположение датчиков АЭ и амплитуды отклика источников сигнала.

3. Результаты и анализ

3.1. Результаты моделирования и анализ

Когда отверстия для цементации не пересекали окружающие трещины в породе, результаты численного моделирования показаны на рисунке 6. Во время этапов с 1 по 16 давление цементного раствора увеличилось с 4,6 до 5 МПа, и слева от трещины образовались трещины. отверстие для цементации и окружающие трещины в породе (возле отверстия для заливки), которые постепенно расширялись до соединения с отверстием для цементирования.Суспензия текла в направлении трещин, заполняя трещины расщепления и трещины окружающей породы на этапе 17. На этом этапе, когда моделируемое давление цементного раствора и время проникновения увеличивались, происходило значительное накопление напряжения вокруг отверстия для цементирования и около него. конец трещин окружающей породы (хотя и почти без трещин раскола). Значительное расширение произошло в окружающей трещине породы по мере увеличения давления цементного раствора. Трещины для расщепления образовались на левой стороне отверстия для цементирования и на концах окружающей породы, когда давление цементного раствора достигло 5.8 МПа. После этапов 19–24 в передней части образца произошло пассивационное расщепление, и трещины быстро распространились в направлении концентрации напряжений, пока не проникли в другие трещины. Затем образовались две симметричные трещины вдоль оси отверстия для цементирования. Когда это пересекает окружающие трещины горной породы, они заполняются шламом и расширяются, образуя трещины, которые проникают в образец. Результаты численного моделирования показаны на рисунке 7.

Рисунок 6.

(a) Расширение трещин, когда отверстие для цементирования не пересекается с одиночным PF. (b) Расширение трещин, когда отверстие для цементирования не пересекается с несколькими PF.

Рис. 6.

(a) Расширение трещин, когда отверстие для цементирования не пересекается с одним PF. (b) Расширение трещин, когда отверстие для цементирования не пересекается с несколькими PF.

Рис. 7.

(a) Расширение трещин, когда отверстие для цементирования пересекается с одиночным PF.(b) Расширение трещин, когда отверстие для цементирования пересекается с несколькими PF.

Рис. 7.

(a) Расширение трещин, когда отверстие для цементирования пересекается с одиночным PF. (b) Расширение трещин, когда отверстие для цементирования пересекается с несколькими PF.

3.2. Распределение событий АЭ при раскалывании под цементным раствором

Как показано на рисунке 8, после заливки раствора S _{2: 1} образцов аналогичного материала, содержащего ПФ, в окрестностях скважины для цементирования наблюдались многочисленные события АЭ.События АЭ были зарегистрированы по всей модели образца PF ₃₀ -100-25, и многие события возникли на периферии цементирующей скважины, наряду с некоторыми событиями АЭ вокруг ПФ. Кроме того, было прорезано направление ПФ. Что касается образца PF ₃₀ -50-25, события АЭ в основном концентрировались на левой стороне цементирующей скважины и распределялись по краю образца вместе с образованием поперечных плоскостей разрыва. Меньше событий AE было обнаружено в окрестностях PF, что позволяет предположить, что трещины раскола, вызванные цементным раствором, распространяются на PF.Для сравнения, события АЭ в основном были распределены в районе скважины для цементирования и ПФ в образце PF ₃₀ -100-50, а события АЭ имели тенденцию распространяться в плоскости под углом 30 °.

Рис. 8.

Места акустической эмиссии (АЭ) в различных образцах под цементным раствором S _{2: 1} расщепление.

Рис. 8.

Места акустической эмиссии (АЭ) в различных образцах при затирке. S _{2: 1} раскол.

Распределения AE трех разных выборок похожи, как это наблюдается в выборках PF ₆₀ и PF ₉₀ . В образцах ПФ ₉₀ -50-25 и ПФ ₆₀ -50-25 регистрировались в основном сигналы АЭ в левой части цементирующей скважины. Между тем, некоторые сигналы АЭ были зарегистрированы вокруг ПФ с правой стороны скважины для цементирования. Большое количество сигналов АЭ было зарегистрировано на дне отверстий для затирки и вокруг ПФ образцов ПФ ₆₀ -100-25, ПФ ₉₀ -100-25, ПФ ₆₀ -100-50 и ПФ ₉₀ -100-50.

Распределение АЭ для некоторых образцов показано на рисунке 9, после заполнения швов S _{0,8: 1} аналогичных образцов материала, содержащих ПФ, закон распределения событий АЭ аналогичен закону заполнения цементным раствором с S _{2: 1} . . События АЭ регистрировались вокруг отверстия для заливки раствора и ПФ аналогичных образцов материала.

Рис. 9.

Места АЭ в различных образцах под цементным раствором S _{0,8: 1} раскол.

Рисунок 9.

Места АЭ в различных образцах при затирке S _{0,8: 1} раскол.

3.3. ПФ разного размера и их влияние на расщепление при затирке

Сравнение участков прорыва при расщеплении, вызванном цементным раствором, 12 образцов при двух различных типах цементного раствора приведено в Таблице 5, PFs оказали влияние на распространение трещин раскола, вызванного цементным раствором: PFs изменились направление распространения раскалывающихся трещин.После того, как трещины раскола распространились на ПФ, раскол снова произошел внутри ПФ под действием давления цементного раствора. Затем трещины раскола непрерывно расширялись, чтобы прорезать образец и образовать проникающую плоскость разрыва. После разделения образцов следы потока суспензии наблюдались посредством инфильтрации красителя. Впоследствии траектории потока раствора использовались для анализа влияния PF на распространение трещин расщепления, вызванных цементным раствором.

Поперечный анализ залитых образцов.

Анализ поперечного сечения залитых образцов.

Установлено, что в образцах с ПФ длиной 50 мм и шириной 25 мм ПФ оказали незначительное влияние на направление распространения раствора. вызванные трещинами раскола во время цементирования путем анализа образцов 9 S _{2: 1} и 3 S _{0.8: 1} образцов. Следовательно, когда ПФ были короткими и узкими, на появление трещин раскола, вызванных цементным раствором, влияла неоднородность образцов, и они демонстрировали некоторую случайность, а направление растяжения всех трещин раскола, вызванных цементным раствором, не достигало ПФ. . Это объясняет, почему ПФ мало влияли на трещины раскола, вызванные цементным раствором. Когда PF были длиной 100 мм и шириной 25 мм, трещины раскола, вызванные цементным раствором, были в определенной степени затронуты PF, и все трещины раскола простирались в направлении PF, а затем разветвлялись после распространения на PF.Для образцов, содержащих ПФ длиной 100 мм и шириной 50 мм, протяженность трещин раскола, вызванных цементным раствором, в значительной степени зависела от ПФ, и вторичное расщепление произошло на концах ПФ после того, как расколотые трещины были соединены с ПФ. Кроме того, вторичное расщепление распространялось по направлению ФП. Этот анализ показал, что размер PF оказал значительное влияние на распространение трещин раскола, вызванных цементным раствором. Раствор с различным соотношением воды и цемента не влияет на распространение трещин раскола, вызванных цементным раствором.

4. Обсуждение

4.1. Распространение расщепляющихся трещин и пространственно-временная эволюция событий AE насчитывает

Путем объединения данных с кривыми количества АЭ-времени, видео прорыва и трехмерным расположением источников расщепления, распространение трещин расщепления, вызванного цементным раствором, было проанализировано путем заливки двух видов жидкого раствора в пробах с разными PF. Результаты проиллюстрированы на рисунках 10 и 11. Можно видеть, что при заливке различных водоцементных растворов в образцы, содержащие ПФ с разными параметрами, процесс внутренней эволюции всегда может вызвать события АЭ.Из-за увеличения давления цементация была принята повсюду, в то время как давление достигло давления разрыва горных пород, периферия скважин для цементирования быстро расщеплялась и сохраняла значительную энергию деформации. По мере того, как раскалывание продолжалось, раскалывающиеся трещины создавали одностороннее сопротивление шламу, так что давление цементного раствора дополняло потерю давления внутри трещин в породах в средней фазе процесса цементирования. Данные подсчета АЭ показали импульсные характеристики и характеристики перемежаемости в целом, и каждое расширение трещин расщепления, вызванного цементным раствором, соответствовало высокому количеству АЭ в отклике образца.

Рис. 10.

Расширение трещин раскола, вызванных цементным раствором, и локусов событий AE путем заливки раствора S _{2: 1} .

Рис. 10.

Расширение трещин раскола, вызванных цементным раствором, и локусов событий AE путем заливки раствора S _{2: 1} .

Рис. 11.

Расширение трещин раскола, вызванных цементным раствором, и локусов событий AE путем заливки раствора S _{0,8: 1} .

Рисунок 11.

Расширение трещин раскола, вызванных цементацией, и локусов событий AE путем заливки раствора S _{0,8: 1} .

Характеристики разрушения образца PF ₉₀ -50-25, вызванного заливкой-S _{2: 1} , расщеплением показаны на рисунках 10a и 10b. Были обнаружены четыре стадии расширения трещины: в начальный период цементирования давление цементного раствора было сосредоточено на периферии цементирующей скважины, где сначала произошло раскол, когда давление цементного раствора достигло давления раскалывания аналогичного материала ( t = 12 до 26 с).На этом этапе максимальное количество АЕ достигло 3,6 × 10 ⁵ . Этот этап характеризовался расщеплением и проникновением. Затем, для t = от 27 до 75 с, суспензия заполнила определенные трещины расщепления и образовала несколько вторичных трещин, во время которых отслеживалось небольшое количество событий AE, с максимальным количеством 8,5 × 10 ⁴ . Этот этап характеризовался заполнением шлама. Когда давление достигло максимального давления, необходимого для раскола, трещины раскола начали значительно увеличиваться с t = 70 до 92 с.Эта стадия характеризовалась расщеплением трещины. На следующем этапе ( t = от 256 до 262 с) давление цементного раствора всегда дополняло потерю давления в трещинах раскола, пока раскол не происходил снова. В этом процессе максимальное количество АЭ составляло 3,4 × 10 ⁵ , в то время как поверхность образца была пронизана раскалывающимися трещинами, поэтому явление АЭ длилось только в течение короткого периода времени. Эта стадия характеризовалась расширением трещины.

Характеристики затирки-S _{0.8: 1} -индуцированное расщепление образца, содержащего ПФ, продемонстрировано на рисунках 11a и 11b, что аналогично характеристикам, наблюдаемым в цементном растворе S _{2: 1} (это также включает четыре стадии: расщепление и проникновение, заполнение пульпы, разрушение расщепление и расширение расщепления). В эксперименте изменение вязкости оказывает лишь небольшое влияние на тенденцию к расщеплению, конкретный анализ поясняется в разделе 4.3.

Когда отверстие для цементирования не пересекается с PF, накопление сигнала AE в процессе численного моделирования показано коричневой кривой на рисунке 12.Когда давление цементного раствора было менее 4,2 МПа, никаких сигналов АЭ не генерировалось, что указывает на то, что давление цементного раствора на этой стадии не достигло давления гидроразрыва моделируемого материала; при увеличении давления цементного раствора до 4,2 МПа количество событий АЭ увеличивалось до тех пор, пока трещина не проникала в ПФ; когда давление затирки составляло от 4,8 до 5 МПа, эксперимент перешел на стадию заполнения суспензией, на которой не генерировался сигнал АЭ без трещин; когда давление цементного раствора достигло 5 МПа, эксперимент перешел в стадию расщепления трещины, суспензия заполняла ПФ, и количество событий АЭ быстро увеличивалось.Когда давление превышало 5,2 МПа и эксперимент переходил к стадии расширения трещины, трещины расширялись в направлении концентрации напряжений, пока не соединились с другими трещинами. Наконец, вдоль оси отверстия для цементирования образовались две симметричные трещины, и было сгенерировано значительное количество сигналов АЭ.

Рисунок 12.

Численное моделирование кумулятивного количества событий AE.

Рис. 12.

Численное моделирование совокупного количества событий AE.

Когда отверстие для цементации пересекало PF, кумулятивное количество событий AE в процессе численного моделирования было показано оранжевой кривой на рисунке 12. Стадия расщепления и проникновения не происходила, когда PFs пересекали отверстие для цементирования и трещины затем были заполнены суспензией. Совокупное количество событий AE на последних трех этапах соответствует описанному ранее. Можно обнаружить, что два поведения расщепления и растяжения, вызванного цементным раствором, согласуются с результатами физического экспериментального мониторинга и анализа.

4.2. Влияние ПФ с разными параметрами на расщепление при затирке

Расширение ПФ ослабило окружающие породы, так что породы легче повреждались давлением цементного раствора с образованием новых трещин. Вновь образованные трещины имели тенденцию распространяться в направлении ПФ, поэтому трещины-расщепляющиеся трещины легче распространялись через ПФ в направлении их распространения. Давление цементного раствора внутри ПФ снова накапливалось и приводило к новому расколу, изменяя, таким образом, направление распространения трещин раскола, вызванных цементным раствором.Вызванные цементным раствором трещины раскола простирались вдоль двух концов ПФ. Когда PF лежал под небольшим углом, присутствие PF изменяло угол трещин раскола, однако, поскольку разная длина PF влияла на направление распространения трещин раскола, вызванных цементным раствором, трещины раскола распространялись вдоль направления угла растяжения, когда он был коротким и узким, в то время как угол растяжения изменялся перед прохождением через образцы. Когда PF был длиннее, расщепление, вызванное цементным раствором, продолжалось в направлении угла PF все время до тех пор, пока не прошло через образец.

Когда PF были увеличены до такой степени, что они смогли повлиять на распространение трещин раскола, вызванных цементным раствором, угол расположения PF сильно повлиял на протяженность трещин раскола (Таблица 6). Угол PF привел к смещению трещин расщепления, вызванных цементным раствором, в удлинении, таким образом изменив направление распространения трещин раскола. В начале цементирования трещины раскола появлялись в районе скважины для цементирования, а затем растягивались в направлении минимального главного напряжения в породе.После того, как трещины расщепления прошли через ПФ, суспензия заполнила ПФ и снова вызвала расщепление на периферии ПФ, когда давление цементного раствора увеличилось до определенной степени. Угол падения ПФ изменил направление минимального главного напряжения в породе, и, как результат, вновь образованные трещины расщепления простирались в разных направлениях и с большей легкостью распространялись вдоль угла ПФ.

Анализ картины разрыва цементного раствора под разными углами ПФ.

Анализ структуры разрыва цементного раствора под разными углами ПФ.

В численном моделировании направление, в котором был установлен PF, и направление, в котором трещина была разделена, показаны на рисунке 13. Это можно увидеть что направление, в котором трещины расщепляются, всегда простиралось наружу в направлении PF, что согласуется с экспериментальными результатами.

Рис. 13.

Направления моделируемых ФП и раскола трещин.

Рис. 13.

Направления моделируемых ПФ и раскола трещин.

4.3. Влияние гидросмеси с различным соотношением воды и цемента на трещины раскола, вызванные цементным раствором

В эксперименте по трещинам, вызванным заделкой трещин, использовались два вида цементного раствора с различным соотношением воды и цемента. Обратите внимание на покрытие просачивающейся жидкостью разделенного участка образца после затирки, результаты показаны на рисунке 14.После того, как образец PF ₃₀ -50-25 был разделен цементным раствором S _{2: 1} и S _{0,8: 1} , S _{2: 1} распространился по большей площади, чем S _{0,8: 1} . Эта ситуация также наблюдалась в образцах PF ₆₀ -100-25 и PF ₉₀ -100-50.

Рис. 14.

(a) Зона влияния диффузии суспензии S _{2: 1} . (b) Зона влияния диффузии суспензии S _{0,8: 1} .

Рис. 14.

(a) Зона влияния диффузии суспензии S _{2: 1} .(b) Зона влияния диффузии суспензии S _{0,8: 1} .

Система сбора данных AE использовалась для наблюдения за всем процессом затирки и раскалывания затирки двух различных пропорций. Счетчик колец показан на рисунке 15. Образец PF ₉₀ -50-25 был залит с S _{2: 1} и S _{0,8: 1} и время разделения образца, залитого S _{2: 1} стартовал на 13,8 с раньше, чем образец с S _{0,8: 1} . Момент затирки раствора S _{2: 1} составил 42 года.На 5 с раньше времени затирки раствора S _{0,8: 1} , а время окончания расщепления затирки S _{2: 1} было в 16,8 раз раньше, чем время затирки раствора S _{0,8: 1} . Эта ситуация также показана в примере PF ₉₀ -100-25. Это связано с тем, что S _{2: 1} была ньютоновской жидкостью, а S _{0,8: 1} была жидкостью Бингема среди неньютоновских жидкостей. S _{2: 1} имел более низкие вязкость и плотность, чем S _{0,8: 1} , но имел более высокую текучесть.Таким образом, по сравнению с S _{0,8: 1} , S _{2: 1} было легче и быстрее использовать для заполнения трещин раскола, вызванных цементным раствором.

Рис. 15.

Сравнение счетчиков обратных колец при двух условиях заливки.

Рис. 15.

Сравнение счетчиков обратных колец при двух условиях затирки.

Согласно анализу разделов 4.1 и 4.3, в эксперименте затирка каменного угля, содержащего разные ПФ, затирками с разной вязкостью, включает четыре стадии расщепления.Изменение вязкости суспензии мало повлияло на закон расщепления трещин. Это в основном повлияло на скорость затирки, и результат по времени каждого этапа затирки S _{0,8: 1} в трещины, вызванные расколом горной породы, немного позже, чем у затирки S _{2: 1} .

5. Заключение

Экспериментальные исследования были проведены по расширению трещин расщепления, вызванного цементным раствором, в материалах, подобных угольным породам, содержащим ПФ, и были сделаны следующие выводы: моделирование.Система состояла из: 3D-платформы для заливки аналогичных материалов, системы сбора данных AE и системы для заливки раствора. Испытание на цементацию аналогичного материала 3D и технология мониторинга AE использовались для мониторинга всего процесса расширения трещин, вызванных цементным раствором, в режиме реального времени.

Благодарности

Финансовая поддержка этой работы была предоставлена ​​Государственной ключевой программой Национального фонда естественных наук Китая (грант № 51734007) и Национальным фондом естественных наук Китая (гранты №51674189, 51874233 и 51974241).

Заявление о конфликте интересов . Ничего не объявлено.

Список литературы

Asavadorndeja

P.

Glawe

U.

2005

Электрокинетическое упрочнение мягкой глины методом анодной деполяризации

Бюллетень инженерной геологии и окружающей среды

64

237

245

Ayenew

Т.

2003

Комплексное гидрогеологическое исследование некоторых эфиопских рифтовых озер на основе изотопов окружающей среды

Журнал радиоаналитической и ядерной химии

257

11

16

Bezuijen

A.

Te Grotenhuis

R.

Van Tol

A.F.

Bosch

J.W.

Haasnoot

J.K.

2010

Аналитическая модель для цементирования трещин в песке

Журнал геотехнической и геоэкологической инженерии

137

611

620

Byerlee

J.D.

Johnston

M.J.S.

1976

Магнитный метод определения геометрии трещин ГРП

Чистая и прикладная геофизика

114

425

433

Чен

Вт.

Wang

S.

Olatayo

A.L.

Fu

H.

2018

Новая конструкция для накопления внутреннего напряжения путем коллоидной обработки камнеподобных материалов

Журнал геофизики и инженерии

15

1023

1031

Cheng

F.

Li

Z.

Li

G.

Wei

Y.

Инь

С.

Лю

С.

Конг

Ю.

2018

Влияние угла сборной трещины на повреждение песчаника и температурные характеристики инфракрасного излучения

Журнал геофизики и инженерии

15

1187

1196

Эрол

С.

Франсуа

Б.

2016

Повреждения цементного раствора для скважинного теплообменника от замерзания: экспериментальные и аналитические оценки

Геомеханика для энергетики и окружающей среды

5

29

41

He

Q.

Suorineni

F.T.

Ма

Т.

О

Дж.

2017

Влияние теней разрывных напряжений на переориентацию трещин гидроразрыва

International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences

91

179

194

Huang

B.

Cheng

Q.

Zhao

X.

Канг

К.

2018

Гидравлический разрыв кровли твердого угля и кровли для контроля газа на начальных этапах добычи в длинных забоях при выемке угля: пример из практики

Journal of Geophysics and Engineering

15

2492

2506

Кулатилаке

P.H.S.W.

Wathugala

D.N.

Stephansson

O.

1993

Совместное сетевое моделирование с проверкой на шахте Стрипа, Швеция

В International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts

30

503

526

Li

C.

Li

T.

Zhang

F.

Wang

J.C.

2017

Исследование характера разрушения и закона распространения цементного раствора трещин в окружающих породах туннелей

China Civil Engineering Journal

50

93

97

Liu

Y.

Dai

F.

Zhao

T.

Xu

N.W.

2017

Численное исследование динамических свойств прерывисто-сочлененных моделей горных пород, подвергнутых циклическому одноосному сжатию

Rock Mechanics and Rock Engineering

50

89

112

Liu

Z.

Cheng

Y.

Wang

Y.

Wang

L.

Li

W.

2019

Экспериментальное исследование закачки CO ₂ в пласт угольного пласта в условиях напряженного состояния на месте для увеличения добычи метана из угольных пластов

Fuel

236

709

716

Никбахтан

Б.

Ахангари

К.

Рахмани

Н.

2010

Оценка параметров струйной цементации плотины Шахриар, Иран

Mining Science and Technology

20

472

477

Родригес

П.

Араб

П. Б.

Селестино

T.B.

2016

Определение характеристик растрескивания горных пород при испытаниях на диаметральное сжатие с помощью акустической эмиссии и петрографического анализа

Международный журнал механики горных пород и горных наук

83

73

85

Руан

W.J.

2005

Исследование диффузии цементного раствора и основных свойств растворов

Китайский журнал геотехнической инженерии

27

69

73

Song

Y.

Wang

H.

Ren

M.

2019

Экспериментальное исследование характеристик деформации и разрушения разрывного сборного трещиноватого туфа

Журнал геофизики и инженерии

16

862

874

Sui

W.

Liu

J.

Hu

W.

Qi

J.

Zhan

K.

2015

Экспериментальное исследование эффективности герметизации трещин горных пород проточной водой

Туннельные и подземные космические технологии

50

239

249

Suo

Y.L.

Qu

H.С.

2019

Исследование механических свойств и акустико-эмиссионных характеристик аналогичных образцов горных пород с разными углами разрушения

Безопасность в угольных шахтах

50

54

57

Тан

C.A.

Вонг

R.H.C.

Чау

К.Т.

Линь

П.

2005

Моделирование разрушения разрушения вследствие сжатия в неоднородных хрупких пористых телах

Engineering Fracture Mechanics

72

597

615

Toru

T.

Hirakazu

S.

Tatsunori

M.

Mamoru

F.

Taizou

O.

Keisuke

I.

2010

Полевые испытания улучшающих эффектов заливки трещин в жилых районах

Архитектурный институт Японии Журнал технологий и дизайна

16

483

488

Ван

S.Y.

Sloan

S.W.

Sheng

D.C.

Tang

C.A.

2012

Численный анализ процесса разрушения вокруг круглого отверстия в породе

Computers and Geotechnics

39

8

16

Ван

S.Y.

Вс

Л.

Ян

К.

Ян

С.Q.

Tang

C.A.

2013

Численное исследование эволюции статических и динамических трещин вокруг полостей горных пород

Журнал механики горных пород и геотехники

5

262

276

Weißgraeber

P.

Leguillon

D.

Becker

W.

2016

Обзор механики конечного разрушения: зарождение трещин на единичных и неособых концентраторах напряжений

Архив прикладной механики

86

375

401

Вонг

R.H.C.

Чау

К.Т.

1998

Слияние трещин в скальном материале, содержащем две трещины

International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences

35

147

164

Се

Б.

Ай

Д.

Ян

Ю.

2019

Автоматический метод определения трещин на уровне пикселей для углей, испытывающих ударные испытания SHPB

Journal of Geophysics and Engineering

16

297

308

Ян

S.Q.

Хуанг

Y.H.

Лю

X.R.

2014

Анализ потока частиц на прочность при растяжении и слияние трещин в хрупкой породе, содержащей две ранее существовавшие трещины

Журнал Горно-технологического университета Китая

43

220

226

Zawadzki

J.

Bogacki

J.

2016

Интеллектуальные магнитные маркеры для ГРП

Chemosphere

162

23

30

Чжан

H.Q.

Чжао

Z.Y.

Тан

C.A.

Песня

L.

2006

Численное исследование поведения сдвига прерывистых трещин горных пород с различными геометрическими параметрами

Международный журнал механики горных пород и горных наук

43

802

816

Чжоу

X.P.

Cheng

H.

Feng

Y.F.

2014

Экспериментальное исследование поведения трещин в скальных материалах, содержащих множественные дефекты, при одноосном сжатии

Rock Mechanics and Rock Engineering

47

1961

1986

Zhu

W.C.

Лю

J.S.

Тан

C.A.

Zhao

X.D.

Brady

B.H.

2005

Моделирование прогрессирующих процессов трещинообразования вокруг подземных выработок при двухосном сжатии

Туннельные и подземные космические технологии

20

231

247

Zhu

W.C.

Лю

Дж.

Ян

T.H.

Шэн

Дж.К.

Элсворт

Д.

2006

Влияние локальных неоднородностей горных пород на гидромеханику трещиноватых горных пород с использованием метода на основе цифровых изображений

Международный журнал механики горных пород и горных наук

43

1182

1199

Zhu

W.

Yang

W.

Li

X.

Xiang

L.

Yu

D.

2014

Исследование разрушения при раскалывании в горных массивах с помощью имитационных испытаний, мониторинга площадки и энергетической модели

Туннельные и подземные космические технологии

41

152

164

Золфагари

A.

Bidar

A.S.

Яван

М.М.

Хафтани

М.

Мехинрад

А.

2015

Оценка улучшения горного массива за счет цементного раствора с помощью Q-системы на участке плотины Бахтиары

Международный журнал механики горных пород и горных наук

74

38

44

© Автор (ы) 2020. Опубликовано Oxford University Press от имени Sinopec Geophysical Research Institute.

% PDF-1.6 % 1 0 obj > эндобдж 2 0 obj > поток конечный поток эндобдж 3 0 obj > / XObject> / ProcSet [/ PDF / Text] / Font >>> / MediaBox [0 0 595.22 842] / Повернуть 0 >> эндобдж 14 0 объект > / XObject> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / ColorSpace> / Font >>> / MediaBox [0 0 595,22 842] / Повернуть 0 >> эндобдж 19 0 объект > поток

3,3

Разработка и внедрение метода контроля цементного раствора в реальном времени (RTGCM) для быстрого и рационального строительства туннелей с упором на способность цемента проникать в трещины и фактическое растекание.

Определение наименьшей ширины трещины, в которую может проникнуть цемент, сегодня основано на показаниях фильтр-пресса или фильтровального насоса.Оба эти метода дают консервативные результаты, что сильно влияет на расчетную глубину проникновения и время затирки. Не зная, какие трещины можно залить определенным раствором, трудно предсказать, какой объем будет залит. Следовательно, это критически важные знания для выполнения оптимальной процедуры затирки швов.

Этот проект преследует две основные цели, определенные вышеизложенным:

1. Определить методику / методику определения наименьшей ширины трещины, которая может быть залита для конкретного материала раствора.Это будет сделано в ходе лабораторного исследования с использованием искусственной трещины длиной 5 м и переменной шириной. Это более подробное исследование по той же теме, чем ранее проводилось в KTH. Предыдущие исследования в KTH показали, что планируемый сейчас метод имитирует реальную трещину лучше, чем методы с использованием фильтр-пресса или фильтрующего насоса. Следовательно, это исследование является важным шагом для разработки методов, которые могут уменьшить неопределенность при определении самой узкой трещины, в которую может проникнуть цементный раствор.

2. Вторая цель — проверить модель распространения, основанную на методе RTGCM. Это планируется сделать как при полевых испытаниях, так и на искусственной трещине в лаборатории. В лаборатории будет измеряться фактическая глубина проникновения раствора и сравниваться с теоретически предсказанной глубиной затирки. В ходе полевых испытаний несколько чистых плоскостей напластования (трещин) будут залиты из скважины рядом с откосом. Распространение раствора будет изучаться путем наблюдения, когда раствор достигнет откоса, и ряда наблюдательных скважин вдоль плоскости напластования.

Проект RTGMC разделен на кандидатскую и научную стажировку.

Кандидатская деятельность по проекту:

• Разработка протяженного искусственного перелома, включая проектирование и изготовление.

• Изучение гидравлической и арифметической ширины, включая испытания на водонепроницаемость.

• Планирование детальной программы испытаний на проникновение раствора

• Модельные испытания на длинном искусственном разрыве и калибровка фильтр-пресса и фильтровального насоса.Свойства затирки bmin и bcritical будут определены для трех разных растворов и трех разных давлений затирки.

• Соответствующие измерения с использованием фильтр-пресса, фильтрующего насоса и короткой искусственной трещины

• Всего будет изучено 32 различных конфигурации

Мероприятия по проекту Sr:

• Будут проведены предварительные расчеты проникновения раствора для предполагаемой трещины основа для поиска подходящего места для полевых испытаний.