Bingham流体模型---注浆模拟
摘要
本文概述了Bingham流体模型在灌浆工程中的应用，并介绍了UDEC和Fracman两种计算工具。UDEC通过配置流体选项、定义浆体材料参数、开启稳态流计算和初始化孔隙压力来模拟流体流动。而Fracman则采用Bingham流体注入算法进行灌浆参数设计，适用于压裂注浆和隧道工程中的孔隙控制灌浆。两种工具在灌浆模拟中各有特点，为工程师提供了有效的分析工具。
正文
1. 引言
Bingham 流体模型是一种流变学模型，用于描述在低应力时表现为刚性体，而在高应力时则像粘性流体一样流动的材料，它被用于岩土工程等多个领域，为泥浆、淤泥和其他具有屈服应力的材料建立模型，其中一个主要用途是水泥灌浆模拟(Cement Grouting Simulation)，目前《计算岩土力学》使用的工具有UDEC、Fracman和Anura3D。本文简要概述了Bingham 流体模型在灌浆工程中的应用。
2. UDEC
(1) 为了使用Bingham 流体模型，必须首先配置流体选项：
block config fluid
这个命令激活UDEC中流体流动分析选项。默认情况下，UDEC只模拟岩体的力学行为，配置流体流动选项后就可以模拟流体在节理和基质材料中的运动。3DEC相应的命令为：
model config fluid
考虑渗流的有效应力分析
流体在节理中的流动---crack-flow
流体在节理中的流动 (3DEC Joint Fluid Flow)
水坝、堤坝和防洪堤 (Dams, Dikes and Levees) | PM4Sand 和 PM4Silt本构模型
3DEC流体-力耦合分析(Coupled hydro-mechanical analysis)
(2) 定义浆体材料参数。浆体材料参数主要是密度和粘结力。
block fluid property density
block fluid property cohesion
(3) 开启稳态流计算
block fluid steady-state on
(4) 初始化孔隙压力
block domain initialize pore-pressure
3. Fracman
Fracman的灌浆(Grouting)功能用来进行灌浆参数设计。Fracman采用Bingham流体注入算法，使用与 FracMan DFN水力压裂方法类似的质量平衡算法；适用于压裂注浆，在钻井过程中采用钻削再注浆 (DCRI) 策略；为隧道工程提供应力相关方法，称之为孔隙控制灌浆 (ACG, Aperture Controlled Grouting)。
在 FracMan 中进行注浆模拟需要在模型中定义井(或隧道)、一组或多组断裂、包含初始压力场和应力的网格、用于定义注浆后断裂临界应力分析的应力网格，以及用于选择断裂的裂缝过滤器。要进行分析，从文件菜单中选择 "DFN 模拟">"地质力学">"灌浆"，然后在三个 "灌浆定义 "选项卡中输入所需参数，如下图所示。
