注浆堵水技术是目前治理突涌水灾害的最有效手段之一,传统注浆采用水泥浆、水玻璃等材料,能够处理小范围突涌水,面对涌水量大且伴随高温条件的工程问题,浆液的抗分散性较差容易被水冲散稀释,无法对裂隙形成有效封堵。有机化学注浆材料能够弥补传统注浆材料的不足。水溶性聚氨酯化学材料(WPU)是一种低黏度单组份合成高分子聚氨酯液体灌浆材料,遇水发生胶凝反应使得体积膨胀,渗透性强、扩散半径大,但其抗分散性、抗收缩性、粘结性等还有待提高。为了提升水溶性聚氨酯注浆材料性能,研究加入羟丙基甲基纤维素(HPMC)对水溶性聚氨酯进行改性。本文通过试验研究了羟丙基甲基纤维素含量和温度对水溶性聚氨酯注浆材料的引气性、胶凝时间、遇水膨胀率、粘结强度、拉伸剪切强度、运动粘度、自由沉积扩散等性能以及微观结构的影响规律,通过数据对比分析得出注浆材料中羟丙基甲基纤维素的最佳含量;设计制作可视化裂隙注浆试验平台,对改性后的注浆材料进行裂隙动水注浆模拟试验,分析了其用于注浆堵水的可行性,得出了浆液在动水裂隙中的扩散规律,并推导了注浆扩散半径公式,用于指导工程实践。本文主要研究成果如下:(1)深入分析注浆扩散封堵过程、浆液在裂隙中的破坏类型和工程突涌水的特点,得出用于治理工程突水的注浆材料应该具有抗分散性、凝固时间短、扩散距离足够远、与裂隙面贴合紧密、抗冲刷、足够的耐久性、人员操作安全、方便施工操作等特点。(2)羟丙基甲基纤维素加入到水溶性聚氨酯中具有引气效果,浆液中气泡的数量和等效直径会随着羟丙基甲基纤维素含量的增大呈增大趋势;温度和羟丙基甲基纤维素含量的变化能影响浆液的胶凝时间,在一定温度范围内羟丙基甲基纤维素对水溶性聚氨酯注浆材料表现出缓凝效果,超过一定温度则表现出促凝效果,温度对胶凝时间的影响作用更大;羟丙基甲基纤维素含量的增大和温度的升高均会使浆液遇水膨胀率增大,温度变化对遇水膨胀率的影响更大;羟丙基甲基纤维素能够显著提升浆液的粘结强度和拉伸剪切强度,且对粘结强度的提升作用更大。(3)羟丙基甲基纤维素加入水溶性聚氨酯注浆材料中能增大浆液的运动粘度和密度;浆液中羟丙基甲基纤维素含量较低时对黏度的提升幅度较小,当含量超过一定范围时浆液黏度增长较快;羟丙基甲基纤维素加入水溶性聚氨酯注浆材料中能够显著提高浆液的工作温度,使得浆液能够在更高温度下扩散而保持扩散效果不产生较大变化。(4)羟丙基甲基纤维素加入水溶性聚氨酯中能有效降低与浆液胶凝体的异质性,显著消除浆液凝胶中的孔隙结构,使得表面趋于光滑均匀;温度的升高会使得浆液凝胶中异质性组分的数量减少但单个面积增大。(5)羟丙基甲基纤维素的最佳含量为8%,加入水溶性聚氨酯中能够提高浆液的扩散距离和封堵面积;改性浆液在动水裂隙中的扩散可以分为驱替扩散阶段、冲刷不均匀扩散阶段、二次膨胀扩散阶段,能够描述改性注浆材料扩散变化特征及规律。根据注浆理论与改性浆液特点推导出了注浆扩散半径公式,并验证了注浆扩散半径公式的准确性与一致性,表明在一定程度上能够反映改性注浆材料的扩散规律,能够预测注浆扩散半径,对工程实践有一定的指导作用。