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1、淺談劈裂灌漿在水庫土壩中的防滲加固機(jī)理 論文關(guān)鍵詞：壩體加固劈裂灌漿數(shù)值模擬分析 論文摘要：用劈裂灌漿防滲加固技術(shù)來改進(jìn)壩體的穩(wěn)定性，是堤壩加固領(lǐng)域的一種非常有效的加固方法，多年來該技術(shù)在中小型水庫上壩防滲加固中得到廣泛應(yīng)用。本文針對(duì)土壩劈裂灌漿加固機(jī)理進(jìn)行分析研究，并分析施工過程中注意事項(xiàng)。 0引言 在世界大多數(shù)國家中，土石壩建設(shè)在壩工方面一直居于首位。世界土石壩得到迅速發(fā)展的同時(shí)，也發(fā)生過較多的事故，為這種發(fā)展付出了代價(jià)。可以說每一次土石壩技術(shù)的重大進(jìn)步，都和事故的教訓(xùn)有關(guān)。對(duì)于出現(xiàn)老化及異常情況的土石壩，為了防止
2、其產(chǎn)生滲透破壞直至產(chǎn)生潰壩等工程事故，必須根據(jù)情況對(duì)其進(jìn)行修補(bǔ)加固。土石壩建成后，經(jīng)過多年運(yùn)行，壩體產(chǎn)生老化是普遍存在的問題。當(dāng)壩的力學(xué)穩(wěn)定性或水力學(xué)穩(wěn)定性受到損害時(shí)就要發(fā)生事故。據(jù)國內(nèi)外學(xué)者統(tǒng)計(jì)，由滲透破壞造成事故的，約占全部事故的30%-40%。所以，土石壩的防滲加固，在世界范圍的水庫險(xiǎn)壩的處理中占有很重要的位置。近年來，為了水庫的防洪安全，我國政府利用國債資金，在全國范圍內(nèi)開展大規(guī)模的病險(xiǎn)水庫處理。本文就劈裂灌漿技術(shù)在水庫土壩中的防滲加固機(jī)理分析，然后提出運(yùn)用流固耦合分析方法進(jìn)行模擬的思路?！ ?劈裂灌漿方法研究 堤壩劈裂
3、灌漿技術(shù)是在總結(jié)了傳統(tǒng)的堤壩灌漿技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，分析了堤壩裂縫的成因以及泥漿劈裂堤壩規(guī)律的基礎(chǔ)上提出來的。美國在1970年即采用灌漿的方法處理了希爾克里格壩，該壩建成后在心墻與山坡接頭處出現(xiàn)漏水；英國60年代初期建成的巴爾德赫德壩，發(fā)現(xiàn)心墻裂縫后，60年代末期也采用灌漿的辦法進(jìn)行處理；還有西班牙的阿爾龐上壩、墨西哥的勒克薩壩都采用過灌漿的方法進(jìn)行處理，當(dāng)時(shí)由于人們的種種擔(dān)心，致使這門技術(shù)未能得到發(fā)展。 我國解放初期在黃河大堤首次用鋼釬探測(cè)隱患，然后進(jìn)行灌漿，取得了較好的效果。而后在一些中小型水庫上壩上進(jìn)行充填式灌漿。到了70年代該技
4、術(shù)開始用于處理一些大中型水庫的壩體隱患。到了70年代后期，人們總結(jié)了充填灌漿的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，分析了壩體裂縫成因和灌注泥漿劈裂壩體的規(guī)律，提出了土壩壩體劈裂灌漿理論。劈裂灌漿與充填式灌漿有本質(zhì)的區(qū)別。壩體劈裂灌漿是從產(chǎn)生壩體隱患的原因入手，利用壩體小主應(yīng)力的分布規(guī)律進(jìn)行布孔，利用水力劈裂原理，施加一定的灌漿壓力，有計(jì)劃有控制地劈裂壩體，灌注適宜的泥漿，通過漿壩互壓和壩體的濕陷固結(jié)等作用，使所有與漿脈連通的裂縫、洞穴、水平疏松層等隱患得到充填擠壓密實(shí)，形成豎直連續(xù)的漿體防滲帷幕。改善壩體內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)，改善壩體的滲透穩(wěn)定性和變形穩(wěn)定性。隨著劈
5、裂灌漿加固技術(shù)的推廣應(yīng)用，其理論研究也得到不斷的發(fā)展。通過原型觀測(cè)、室內(nèi)試驗(yàn)、理論分析和工程總結(jié)對(duì)漿液劈裂壩體的規(guī)律、泥漿固結(jié)和壩體壓密、漿壩互壓以及壩體內(nèi)部孔隙水壓力和土壓力的變化規(guī)律等方面獲得初步成果。 劈裂灌漿技術(shù)不論在施工工藝還是在理論研究方面取得了不少進(jìn)展。但是，山于該項(xiàng)技術(shù)的特殊性及加固對(duì)象的多樣性，所以還有很多理論方面的問題沒有解決。例如，灌漿軸線的布置，復(fù)灌時(shí)間的確定，漿液在壩體中的固結(jié)規(guī)律，灌漿對(duì)壩體應(yīng)力應(yīng)變的影響，灌漿效果及持久性問題等。劈裂灌漿的理論研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于實(shí)踐需要，甚至制約了該項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)一步推廣。
6、 2土壩劈裂灌漿加固機(jī)理 土壩劈裂灌漿防滲加固機(jī)理是多方面的，首先是壩體內(nèi)部應(yīng)力的分布規(guī)律為劈裂灌漿提供了可能性，再就是灌漿過程中的泥漿的劈裂充填作用、漿壩互壓作用、壩體濕陷固結(jié)作用、壩體內(nèi)部應(yīng)力調(diào)整作用等。 2.1水力劈裂原理，指是在水壓力作用下，使原物體產(chǎn)生裂縫或使原有裂縫擴(kuò)大的過程。如果無限域中的圓孔受到均勻液體壓力P，要計(jì)算介質(zhì)中的應(yīng)力，已有經(jīng)典解答。如果介質(zhì)初始應(yīng)力為零，則當(dāng)P＞σi就會(huì)被劈裂，其中σi為介質(zhì)的抗拉強(qiáng)度。若果介質(zhì)初始應(yīng)力為σ，則當(dāng)P≥σ+σi就會(huì)被劈裂，式中如果σ是拉應(yīng)力，則P+σ≥σi就會(huì)被劈裂?！ ?
7、.2土壩壩體的應(yīng)力分布規(guī)律，土壩具有梯形斷面的條形建筑物，通過對(duì)土壩壩體的原形觀測(cè)及有限元分析，壩體內(nèi)部應(yīng)力分布規(guī)律一般如下：在壩軸線附近，土壩的豎向應(yīng)力σi略小于土柱的自重壓力，土壩橫剖面的水平應(yīng)力σx，比豎向應(yīng)力σy小，約等于(0.3-0.5)σy，(即側(cè)壓力系數(shù)為0.3-0.5)。土壩填筑質(zhì)量愈差，則側(cè)壓力系數(shù)愈小，壩頂部一定高度σx:還會(huì)出現(xiàn)拉應(yīng)力。土壩的縱剖面的水平應(yīng)力為σz二介于σx和σy之間。一般情況，土壩壩體壓應(yīng)力符合σy>σz>σx的規(guī)律。根據(jù)土壩壩體的應(yīng)力分布情況，利用水力劈裂原理，在壩軸線附近沿小主應(yīng)
8、力面布置灌漿孔。泥漿就容易沿這個(gè)平面將壩體劈開。 2.3泥漿對(duì)壩體的劈裂充填作用。由于劈裂灌漿是以漿液為能量載體，高壓泥漿對(duì)壩體有很大的充填作用。泥漿充填壩體內(nèi)部被劈開的灌漿通道，以及與通道相連的各種原有裂縫、洞穴等，
