中文摘要：

注浆工程的隐蔽性以及常规模拟实验不能实时观测浆液扩散的缺陷，给注浆理论的进一步发展造成了很大的障碍。因此，注浆过程的可视化研究显得尤为迫切和必要。本项目将开发建立一套透明土注浆光学观测系统和注浆实验设备，基于透明土实验技术和立体颗粒图像追踪技术（SPTV）来实现注浆过程中化学浆液扩散的可视化研究。透明土是利用具有相应折射系数的硅粉和孔隙流体制成的一种透明模型材料；立体颗粒图像追踪技术是一种先进的图像处理技术，用来处理空间中同步相机获取的图像，以跟踪颗粒的空间位置变化，获得土体内部三维变形和裂缝的发展。本项目将在国内外首次利用透明土结合光学测试技术实现注浆过程中水力劈裂裂隙的产生、发展和浆液扩散、凝固的可视化，并利用工程实测结果和数值模拟与模型实验相互印证，阐明土体注浆过程中化学浆液扩散机理，指导工程实际。

结论摘要：

“化学注浆扩散机理的透明土试验研究”项目针对注浆工程的隐蔽性以及常规模拟实验不能实时观测浆液扩散的缺陷，实现了注浆过程的可视化研究。本研究采用的透明土技术是利用具有相应折射系数的石英和孔隙流体制成的一种透明模型材料，经过反复试验测试，本项目选取熔融石英做为透明砂、溴化钙溶液做为孔隙流体。研究表明该透明材料可以较好地模拟天然砂的岩土工程特性，特别是其渗透特性。本项目开发建立了一套透明土注浆光学观测系统和注浆实验设备，基于透明土实验技术和立体颗粒图像追踪技术（SPTV）实现了颗粒状材料注浆过程中化学浆液扩散的可视化研究。并建立了透明裂隙模拟装置，对单裂隙动水化学浆液注浆扩散过程进行了可视化研究。孔隙介质透明土化学注浆实验结果表明，注入静水孔隙介质中的浆液边界随时间呈明显的是球面扩散，扩散半径扩展符合马格（Maag）公式。通过标准砂与透明砂土的颗粒流数值模拟和室内土工试验结果分析可知，这两种砂土的微观组构特征和宏观力学响应基本一致，认为采用颗粒流原理模拟透明砂土实验是可行的，透明砂土可以代替标准砂进行室内试验模拟研究。透明单裂隙注浆装置，研究了单裂隙动水化学注浆的扩散规律和影响因素。注浆堵水效果受水流流速影响最大，受浆液凝胶时间的影响次之，受注浆量和裂隙开度的影响相对较小。水流流速大或浆液凝胶时间短时适合用大泵量注浆而浆液凝胶时间长时适合用小泵量注浆；凝胶时间短时用小泵量注浆，会导致浆液的扩散面积不足而使堵水效果无法满足设计要求。本项目在国内外首次利用透明土结合光学测试技术实现注浆过程中水力劈裂裂隙的产生、发展和浆液扩散、凝固的可视化，进一步阐明了土体注浆过程中化学浆液扩散机理，以及动水条件下单裂隙化学注浆堵水效果的影响因素，对实际工程有指导意义。