1.一种考虑热流固耦合的粗糙裂隙浆液扩散过程描述方法,其特征在于,具体包括如下步骤:S1,利用三维扫描技术,获取粗糙裂隙上、下壁面高程集合 与 ,计算天然粗糙裂隙开度集合 ;
S2,获取实际注浆工程区参数,包括:注浆速率 ,浆液初始密度 ,注浆总时间 ,岩体温度T,浆液黏度时变函数 ;
S3,根据裂隙开度集合与注浆速率,计算不同扩散位置下每个裂隙空间单元所需的注浆时间;
S4,根据步骤S3获得的注浆时间,计算每个裂隙空间单元内浆液所存在于裂隙单元内用于与岩石发生传热作用的平均温度 ;
S5,根据黏度时变函数 计算裂隙空间单元边界处的平均黏度 ;
S6,计算三种压力损失,包括:黏滞压降、浆液沿程压力损失、浆液重力势能变化量,将三种压力损失相加得到扩散单元的压力损失;
S7,根据步骤S6计算得到的扩散单元的压力损失,计算浆液锋面在第 个单元边界时的注浆空间压力变化值;
S8,根据步骤S7计算的第 个单元边界时的注浆空间压力变化值,计算该时刻下浆液扩散区各位置岩体变形量;
S9,更新各裂隙空间单元边界位置处的裂隙开度;
S10,模拟浆液继续注入,更新时间步,循环步骤S3 步骤S9,当实际注浆时间 时,~注浆数值计算过程结束;
S11,输出任一时刻的浆液扩散距离 、黏度 、裂隙开度 、浆液温度 及整个注浆过程中的压力值 。
2.根据权利要求1所述的一种考虑热流固耦合的粗糙裂隙浆液扩散过程描述方法,其特征在于,步骤S1具体包括如下步骤:S1.1,利用三维扫描技术获取粗糙裂隙上、下壁面高程数据集合 与 ;
S1 .2,将 上、下 壁面 高程数 据相减 ,获得天 然粗 糙裂隙 开度集 合,将连续的天然粗糙裂隙开度空间假设为以空间分辨率为距离的跳跃空间。
3.根据权利要求1所述的一种考虑热流固耦合的粗糙裂隙浆液扩散过程描述方法,其特征在于,步骤S3具体包括如下步骤:S3.1,根据天然粗糙裂隙开度集合,计算浆液锋面到达第 个单元边界时的总注浆量 : (1);
式(1)中, 为裂隙空间单元长度;
S3.2,根据总注浆量 与注浆速率 ,确定浆液锋面到达第 个单元边界时的实际注浆时间 : (2);
各裂隙空间单元的所用时间可表示为:
(3);
S3.3,实际增加的注浆量 为第 个单元相较第 个单元时增加的裂隙空间体积,即: (4);
(5)。
4.根据权利要求1所述的一种考虑热流固耦合的粗糙裂隙浆液扩散过程描述方法,其特征在于,步骤S4具体包括如下步骤:S4.1,根据浆液存在于岩体内的时间,计算裂隙内的浆液温度 : (6);
式(6)中,为岩石温度, 为浆液初始温度,为岩石热传导系数,为注浆速率,为该时刻下的最大扩散距离,即 , 为浆液密度, 为浆液的热比容;
S4.2,根据裂隙单元边界位置处浆液温度,计算裂隙单元内浆液的平均温度: (7);
式(7)中, 为 与 的平均温度。
5.根据权利要求1所述的一种考虑热流固耦合的粗糙裂隙浆液扩散过程描述方法,其特征在于,步骤S5具体包括如下步骤:S5.1,考虑表观黏度的变化,根据黏度时变函数 计算黏度 ;
(8);
S5.2,随着裂隙空间单元长度 越来越小,在每个裂隙单元内的浆液黏度为定值,通过取平均值计算单元边界位置处的平均黏度 : (9);
为 与 的平均黏度。
6.根据权利要求1所述的一种考虑热流固耦合的粗糙裂隙浆液扩散过程描述方法,其特征在于,步骤S6具体包括如下步骤:S6.1,计算每个裂隙空间单元的黏滞压降 : (10);
式(10)中,为浆液锋面扩散到 单元边界时入口处的注浆速率;
S6.2,利用Borda公式计算浆液沿程压力损失 : (11);
式(11)中,为浆液初始密度,为局部阻力损失系数,介于0 1之间;
~
S6.3,根据能量守恒定理,浆液重力势能变化量 可表示为: (12);
式(12)中, 为裂隙单元前后边界位置的高度差, 为浆液锋面扩散到 单元边界时单元后端边界的高度,为裂隙单元倾角,为重力加速度;
S6.4,计算扩散单元(i,j)的压力损失: (13)。
7.根据权利要求1所述的一种考虑热流固耦合的粗糙裂隙浆液扩散过程描述方法,其特征在于,步骤S7中的浆液锋面在第 个单元边界时的注浆空间压力变化值 为: (14)。
8.根据权利要求1所述的一种考虑热流固耦合的粗糙裂隙浆液扩散过程描述方法,其特征在于,步骤S8具体为:采用Goodman模型,岩体变形量 的计算公式为: (15);
式(15)中, 为裂隙变形临界压力,为法向弹性系数。
9.根据权利要求8所述的一种考虑热流固耦合的粗糙裂隙浆液扩散过程描述方法,其特征在于,步骤S9具体为:利用公式(15)更新下一时刻扩散区各扩散单元起始位置与终止位置的裂隙开度 与 : (16);
式(16)中 为初始裂隙开度。