对盐洞中氢储存数值方法的比较分析：包括注入-停留-抽取过程以及盐水的影响

《TUNNELLING AND UNDERGROUND SPACE TECHNOLOGY》：A comparative analysis of numerical approaches for hydrogen storage in salt cavern during injection-stand-withdrawal process with brine impact

灌浆地质分类与最大压力模型结合，量化复杂地质条件下的灌浆参数，通过水压测试和钻孔成像数据建立地质分类体系，计算临界裂隙 aperture 并优化水泥浆材料粒径，同时考虑宾汉流体流变特性与力学耦合效应确定允许灌浆压力范围，在东庄子水电站工程中验证了其有效性。

　　在现代工程实践中，尤其是在涉及复杂地质条件的大型水利项目中，注浆技术被广泛用于改善地质结构、增强地基承载力以及控制渗流。然而，传统的注浆参数设计方法往往依赖于经验判断，难以准确反映地质条件的复杂性和不确定性。本文提出了一种基于地质分类的注浆策略（Geological Classification-Based Grouting Strategy, GCGS），旨在通过科学的方法量化注浆参数，从而提高注浆效果和工程效率。

注浆技术的核心在于利用浆液在裂缝中的扩散和固化作用，达到封闭裂缝、改变岩体结构和力学性能的目的。在注浆过程中，浆液的流动受到多种因素的影响，包括注浆压力、裂缝几何形态以及浆液的流变特性。因此，注浆参数的合理设计对于确保工程质量和安全性至关重要。然而，由于地质条件的复杂性和非均质性，传统的经验方法往往无法提供足够精确的注浆参数，导致注浆效果不佳，甚至可能引发裂缝扩展等安全隐患。

为了弥补这一不足，本文引入了一种基于地质分类的注浆策略（GCGS），该策略结合了注浆地质分类模型和最大注浆压力模型，以实现对注浆参数的科学量化。注浆地质分类模型利用水压测试（Water Pressure Test, WPT）获得的形成渗透性以及钻孔成像技术（Borehole Imaging）捕捉的裂缝密度，通过地质分类图来表征注浆地质特性。这一模型能够计算出一种分形裂缝网络中的临界裂缝开度，并据此指导注浆材料的选择。而最大注浆压力模型则进一步考虑了宾汉流体流动与机械效应之间的耦合过程，基于Model I中心裂缝模型，通过分析最大注浆压力的变化规律，确定允许注浆的区域。

在注浆地质分类模型的基础上，研究人员还进行了敏感性分析，探讨了裂缝几何特性和流体流变特性对最大注浆压力的影响。结果显示，裂缝的几何形态（如裂缝密度、裂缝开度分布等）以及浆液的流变特性（如粘度、屈服应力等）都会显著影响最大注浆压力的计算结果。因此，在实际注浆设计中，必须综合考虑这些因素，以确保注浆压力既能够有效渗透裂缝，又不会引发不必要的裂缝扩展。

此外，本文还通过实际工程案例验证了所提出的GCGS策略的有效性。在东庄水利枢纽工程的帷幕注浆现场试验中，研究人员应用了该策略，并发现当浆液颗粒尺寸与注浆地质模型相匹配，且注浆压力处于GCGS所确定的允许范围内时，注浆效果显著提升。这表明，基于地质分类的注浆策略不仅能够提高注浆参数设计的科学性和准确性，还能够有效避免因压力过高或过低而带来的工程风险。

在传统的注浆参数设计中，注浆压力通常被视为关键参数之一，其大小直接影响注浆效果。然而，现有方法在计算注浆压力时往往忽略了流体流动与机械效应之间的耦合关系，导致注浆压力的设定缺乏科学依据。实际上，注浆压力的设定需要综合考虑多种因素，包括裂缝的几何形态、岩体的物理力学性质以及浆液的流变特性。因此，建立一个能够反映这些因素之间相互作用的模型，对于提高注浆效果具有重要意义。

本文提出的GCGS策略不仅在理论上具有创新性，而且在实际应用中也表现出良好的效果。通过将地质分类与注浆参数设计相结合，该策略能够为工程师提供更精确的注浆参数，从而提高注浆作业的效率和质量。此外，GCGS策略还能够有效应对复杂地质条件带来的挑战，使注浆作业更加安全可控。在实际工程中，由于地质条件的差异性，不同项目可能需要不同的注浆策略。因此，建立一个通用且可适应性强的注浆策略，对于提高注浆作业的标准化和科学化水平具有重要价值。

在注浆地质分类模型的构建过程中，研究人员利用了分形理论，以更准确地描述自然裂缝的分布特征。分形理论能够揭示裂缝开度与裂缝数量之间的非线性关系，为注浆地质分类提供了理论依据。通过对裂缝开度和裂缝密度的统计分析，研究人员能够更全面地了解岩体的渗透特性，并据此确定注浆材料的适用性。这一方法不仅提高了注浆地质分类的准确性，还为注浆参数的设计提供了科学支持。

在最大注浆压力模型的构建中，研究人员考虑了宾汉流体流动与岩体机械效应之间的耦合关系。宾汉流体是一种具有屈服应力的非牛顿流体，其流动特性在注浆过程中起着关键作用。通过建立一个简化的注浆模型，研究人员能够更准确地预测注浆压力的变化规律，并据此确定允许注浆的区域。这一模型的提出，不仅弥补了传统注浆压力计算方法的不足，还为注浆作业提供了更加科学和合理的压力控制依据。

为了进一步验证GCGS策略的有效性，研究人员在东庄水利枢纽工程中进行了现场注浆试验。试验结果表明，当浆液颗粒尺寸与注浆地质模型相匹配，并且注浆压力处于允许范围内时，注浆效果得到了显著提升。这一发现不仅证明了GCGS策略在实际工程中的可行性，还为未来类似工程的注浆设计提供了重要的参考依据。

在实际应用中，注浆作业的成败不仅取决于注浆参数的设计，还受到多种外部因素的影响。例如，注浆作业的环境条件（如水压、温度、湿度等）以及施工过程中的操作规范都会对注浆效果产生重要影响。因此，在注浆设计和实施过程中，必须综合考虑这些因素，以确保注浆作业的安全性和有效性。此外，随着工程规模的不断扩大和地质条件的日益复杂，传统的经验方法已难以满足现代工程的需求，亟需一种更加科学和系统的注浆策略。

综上所述，本文提出的基于地质分类的注浆策略（GCGS）为复杂地质条件下的注浆作业提供了一种新的思路和方法。通过结合注浆地质分类模型和最大注浆压力模型，GCGS能够在一定程度上克服传统经验方法的局限性，提高注浆参数设计的科学性和准确性。同时，该策略还能够有效应对注浆过程中可能出现的裂缝扩展等风险，为注浆作业的安全性和稳定性提供保障。在未来的工程实践中，GCGS策略有望成为注浆作业设计和实施的重要工具，为提高注浆效果和工程质量发挥积极作用。