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流动沉积是最主要的方式

时间:2023-11-19 理论教育 版权反馈
【摘要】:浆液之所以会在流动中发生沉积,除上节谈的浆液流速及驱赶压力不断减小以外,再有就是水泥浆是一种属两相流体的不稳定的悬浮液。水泥颗粒在流动中沉积,先是由悬浮状态转到“跳跃式”推移状态,最后才一个一个地固定下来。当岩缝小到一定程度以后,不是吸浆率自动减小,就是压力自动升高。每变浓一级浆液就会出现一个更靠近孔壁的沉积点和一个新“背脊”的形成。

流动沉积是最主要的方式

被灌入空隙的浆液,在其前进流动中,固体颗粒不断地发生沉积,到最后变为清水被排到远处,从而将钻孔附近一段有限范围内的可灌空隙充填起来。这是灌浆中发生机会最多、最基本的一种弥合空隙方式。

浆液之所以会在流动中发生沉积,除上节谈的浆液流速及驱赶压力不断减小以外,再有就是水泥浆是一种属两相流体的不稳定的悬浮液。一旦对它停止搅拌或当流动速度降低到“层流”态以下时,水泥与固粒便会自浆液中分离出来,开始向底部沉落。这是水泥浆等悬浮液的特点。

正是水泥浆的这一特点,才导致浆液中、空隙中多余水分被排除,水泥灌浆才能经常取得成功。假如被灌入的稀浆液始终保持长期稳定而不析水,那么地层空隙就不能受到很好的填塞,灌浆技术或许就发展不到今天这种地步了。所以,不能把水泥浆的不稳定特性总认为是缺点。

水泥固粒的沉积,是按以下顺序进行的:先是颗粒粗、比重大、活性高的,然后才是颗粒细、比重小、活性低的。于是会伴随发生一个分选过程。由于水泥中的基本成分硅酸盐(熟料)的颗粒相对较粗、比重较大、活性较高,通常沉积在近处,而将水泥中的掺和料如矿渣、火山灰质等携带到外部边缘。因此,在采用不稳定的稀浆灌浆时,应慎用或少用掺和料较多的水泥,如矿渣水泥、火山灰水泥等,以防这些物质被单独沉积在一起而不能硬结。

水泥颗粒在流动中沉积,先是由悬浮状态转到“跳跃式”推移状态,最后才一个一个地固定下来。中间经过了滚动、撞击等振捣作用,使颗粒之间较为紧密。此外,已开始水化的水泥颗粒或其集团,在其周围将会形成“溶胶层”和“扩散双电层”。“溶胶层”使水泥颗粒互相吸引而靠近,而“扩散双电层”则使互相排斥而不能靠得太紧。这就决定了沉积水泥的固有紧密度和含水量。它不因灌浆压力的大小而改变,只与水泥品种、细度和当时的水化程度(成浆时间长短)等因素有关。比在静止条件下形成的沉积物含水量少,更密实一些。

在静止条件下(如在试件内),水泥颗粒或其集团在下沉时由于互相摩擦和支撑作用,部分地抵消了重力和吸引力;尤其在窄缝中下沉,受壁面牵制很大,属“干扰沉降”,因而会包含较多水分和空隙。(www.xing528.com)

两种沉积形式形成的水泥结石,有时可以分辨出来。前一种色深、致密,有时带有纹理;后一种色浅、多孔隙。

从产生沉积的地点开始,水泥等固粒将陆续地自浆液中分离出来,沉积到该点以外的路途上,逐渐地缩小着该段岩缝的宽度。当岩缝小到一定程度以后,不是吸浆率自动减小,就是压力自动升高。若保持压力不变吸浆率就将减小。于是又会发生一个更靠近孔壁的沉积的循环。

由此可见,即使很宽的岩缝,只要没有地下水在强烈流动,始终采用稀浆也可把它充填起来,只是被充填的范围将会很大、费时间很长罢了。在实际灌浆中,为了照顾窄岩缝的需要,使其有足够的充填范围,要从稀浆开始;但当遇到大量吸浆或长时间“不起压”时,就改浓浆液,以防止在宽岩缝中浆液向需要范围以外流失。这是传统灌浆法——稀浆开始灌浆法——考虑的出发点。

每变浓一级浆液就会出现一个更靠近孔壁的沉积点和一个新“背脊”的形成。这个新的“背脊”有可能与先前的搭接起来并使其进一步增大,也可能互不衔接。这要看变浓的时机和变幅大小而定。过快、过大地变浓浆液,都可能使岩缝得不到充分的充填。如图8-3所示。

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