水压致裂软化方案的工程应用.docx

水压致裂软化方案的工程应用
水压致裂软化方案的工程应用
1、引言
水压致裂软化是一种结合了水力压裂和软化矿化学原理的一种新型工程设计方法。此方法利用水力压裂在花岗岩、火山岩、砂岩等地质体中形成压裂孔隙，在分离出的新的微环境下，通过软化矿反应实现对地质体的软化，进而实现地质体中堆积物的松散化和破碎化。此方法具有破碎效果好、施工操作简便、对环境影响小等优点，在某些工程应用场合取得了很好的效果，如人工湖库工程中，常采用水压致裂软化处理灰岩、泥岩等软弱围岩。本文将结合具体的工程实践案例，探讨水压致裂软化方案在工程应用中的特点以及优缺点等问题。
2、水压致裂软化方案的原理
在理解水压致裂软化方案的原理之前，先简要介绍一下水力压裂和软化矿化学原理。
水力压裂是一种通常用于破坏岩石的工程方法。此方法利用高压水或液态氮等物质压缩流体，通过对矿石围岩施加一定的应力，使原有围岩的内在结构受到破坏，产生压裂孔隙和裂缝等变形特征，利用此特征，在整个地质体中生成一定的微观环境，进而为软化矿反应的发生提供了条件。软化矿化学原理指的是，在一定的条件下，金属元素与非金属元素形成氧化物、碳酸盐、硫化物等化合物，转化为一定的矿物质，形成的这种矿物可以将地质体的硬度减小，改变其物理性质，从而导致其松散化和破碎化的过程。
将水力压裂和软化矿化学原理结合起来，就形成了水压致裂软化方案。具体的工程应用过程如下：
1）首先，进行大量的现场勘测和地质调查，对待处理的建筑物、水库堤防等建造位置的基础地质条件进行详细分析，确定其基础地质条件，初步确定软化矿产生的条件以及软化剂的种类和配比等相关参数。
2）然后，在待处理围岩体内选择一些较好施工的水力压裂爆破装备，采用水力压力机或压缩气体对围岩体进行高压水压裂，形成较为均匀和细小的孔隙。
3）指定水压致裂液的化学配合比例、陶瓷球的粒径，通过注入水解周期选择特定的软化剂，例如聚羧酸盐、酸性树脂、硅酸等，并在围岩板块表面布上陶瓷球，针对软化剂在水中的分执行透明溶液荧光检测，直到软化剂的瞬时浓度最小；随即进行液体冲洗，至软化剂的瞬时浓度已经降至相对较小的浓度，可以返测到油墨墨盒中的颜色并标定软化时间，从而可以测定软化剂的最佳配比和最佳软化时间。
4）注入软化流体，软化流体进入断裂孔隙，与围岩反应，某些软化产物中的黏土微粒、硫酸钡等可以在断裂孔隙周围堆积成肥皂石等软化矿物，改变了岩石的结构和硬度，进而实现对地质体的软化破碎。
5）对堆积在花岗岩或砂岩等非饱和地层中的出水泉流进行优化控制，避免泉流携带大量悬浮固体冲刷对围岩产生了松散与裂缝，从而降低了施工时的工作危险系数。
3、水压致裂软化方案的工程应用
3.1、水压致裂软化方案在某水电站工程中的应用
某水电站升级工程的建造位置从山体移至河谷，需要在建造新筑后的山区拓展新的水库，因而面临着严峻的地质环境问题，如水力力学自主且岩石硬程度较高等问题。此建造方案采用了水压致裂软化方案进行处理，工程工作任务完成后，并没有对山岩上的自然环境和生态进行影响，完成效果得到了业主方和环保部门的认可。
3.2、水压致裂软化方案在钻探工程中的应用
钻探工程通常需要钻取一定的钻孔，但难以钻入较坚硬的地层中。在这种情况下，可以采用水压致裂软化方案，利用水力压裂形成裂缝和孔洞后，注入软化剂，使软化剂产生化学反应后将地层松散化。这种方法可以提高钻探机械的作业效率，并降低钻探机械的损坏率，是一种常见的钻探施工方法。
4、水压致裂软化方案的优缺点
4.1、优点
1）此方法施工操作简单，加工工艺费用较低，在施工过程中人力和物力消耗较小。
2）使用水压致裂软化方案能够使被处理的地质体形成分离空间，降低水平或垂直的渗透性，解决了水力压裂只能扩展一定面积的限制。
3）此方法实现施工环境、生态环境、文化环境等保护措施，对环保的影响小。
4）采用此方法进行工程施工处理，可以实现控制压缩强度、密度、衬砌衬材、抛石、护照、排水、浸润策略与分布和记录等管理方便。
4.2、缺点
1）此方法对于较为坚硬的岩石，效果不理想，需要使用更多的材料和时间。所以，此方法要在使用之前，根据地质情况选择合适的软化剂以及适宜的应力因子。
2）使用此方法时，需要进行严格的施工计划和相关的测量工作，尤其是在施工作业过程中，容易造成施工区域的压缩变形和中断措施。此外，在对矿表和矿间的扩散浓度和流速做分析时，还需做好其他很多方面的测量工作。
结论
水压致裂软化方案是一种新的工程设计方法，能够实现地质体中的软化和破碎化，该方法适用于地质构造复杂、硬度较小、坚韧度和稳定性变化大这类岩石。此中，水压致裂软化方案的原理和工程应用情况，可以发现此方法的优缺点。在实际应用中，应根据实际施工情况选择合适的施工方案和相关工作。