劈裂灌浆技术在水利工程中的施工研究

劈裂灌浆的机理劈裂灌浆技术,是20世纪70年代末我国独创的一项处理病险堤坝新技术。其基本工艺是：沿坝轴线小主应力面布设灌浆孔,通过较高的灌浆压力劈开坝体,由防渗浆液沿坝轴线构成垂直连续的防渗帷幕,以解决坝体渗透稳定问题,说明该项技术在水利工程中应用的可行性及其良好的效果。用劈裂灌浆防渗加固技术来改进坝体的稳定性,是堤坝加固领域的一种非常有效的加固方法,多年来该技术在中小型水库上坝防渗加固中得到广泛应用。本文针对土坝劈裂灌浆加固机理进行分析研究,并分析劈裂灌浆技术施工方法。     

堤坝蚁穴通道的可灌性及浆液配比

堤坝蚁穴通道的可灌性极不均匀。通过对渗流条件和制浆材料性能的详细分析,配制出了两种浆液,1#号浆液适用于细小孔道和裂缝的充灌,2#浆液适用于粗大空腔的充填固结,只有配合使用两种浆液,才能达到灭蚁防渗的目的。     

水泥-水玻璃浆液在圆砾层的扩散规律

基于浆液在孔隙介质中的渗流方程,推导出了圆砾层中浆液流动时间、注浆量、扩散半径的计算式,并在一定的假设条件下,获得了水泥-水玻璃浆液粘度随时间变化的规律,探讨了不同注浆压力和浆液流动时间对浆液扩散半径的影响.浆液扩散半径随注浆压力的增大呈非线性增大,随浆液流动时间的增大呈非线性减小.圆砾层防渗注浆工程实例验证了圆砾层双液注浆计算式的正确性.     

基于ANSYS的劈裂灌浆压力控制的研究

为合理选取灌浆压力,掌握灌浆压力对土坝坝体影响的普遍规律,解决实际生产中控制灌浆压力的问题,运用劈裂灌浆理论知识,引入有限元技术,提出依靠ANSYS通用软件平台对劈裂灌浆压力的控制进行了分析研究。通过建立土坝的三维有限元模型,进行数值模拟分析,从中选取坝体适宜的灌浆压力,总结出关于不同灌浆压力对坝体内部应力、应变、位移影响和灌浆压力控制的普遍规律。结果表明,劈裂灌浆压力可以引起坝体的位移,坝体和灌浆孔的位移随着蓄水位的高低变化;劈裂灌浆的作用面是直立的,可改变坝体的大小主应力,以满足防渗加固的要求;将各工况中坝顶处各灌浆孔口扩展等值线图进行对比可选取出适当的灌浆压力。     

劈裂灌浆改善土坝坝体应力状态研究

山东黄前水库粘土心墙土坝采用劈裂灌浆技术加固，本文根据Ｂｉｏｔ固结理论，利用有限元方法对坝体的变形和应力状态及坝轴线附近劈裂缝的变形进行了计算分析，并与现场实测资料比较，计算中对坝体土料的应力应变关系采用椭圆－抛物双屈服而弹塑性模型，以反映坝体劈裂灌浆加荷的复杂性。     

低渗透介质注浆浆液扩散机理试验研究

为研究注浆浆液在低渗透介质中扩散力学机理,以井工一矿4^#煤层中X5陷落柱中填充物为研究对象,设计了能够进行观察浆液微观扩散过程的可视化高应力注浆试验系统,设计了间歇式注浆实验方案,得出泥砂注浆固结体的几何模型。分析实验结果可知,浆液的扩散过程包括形成裂隙内流动和孔隙渗透两部分。浆液在流动过程中,注浆压力随着沿程距离的增大而减小,渗流通道周边的浆液渗透到泥沙孔隙中,浆液在孔隙中的活动包括渗入、絮凝、破坏絮凝层等循环过程。     

浅谈土坝加固中的劈裂式灌浆技术

土坝劈裂灌浆是提高坝体防渗能力和改善土坝应办状况的一项加固坝体的技术措施。本文讲述了土坝劈裂式灌装工艺的机理及技术要点，并阐述了其在土坝除险加固中的应用。     

考虑起始水力坡降的软土一维非线性固结分析

建立了考虑起始水力坡降的软土非线性固结控制方程,利用有限差分法求取其数值解答,通过与达西定律下的解析解相对比验证了数值计算的可靠性.在此基础上,分析了不同参数对固结性状的影响,研究结果表明:起始水力坡降越大,渗流前锋至土层底面所需要的时间越长,超静孔隙水压力的消散速率越慢;cc/ck值越大,渗流前锋移动速率越慢,土层的固结速率也就越慢;渗流前锋的移动速率随着荷载的增大及土层厚度的减薄而加快;cc/ck=0.5时,土层固结速率随着荷载的增大、土层减薄而逐渐加快;cc/ck=1.5时,土层固结速率随着荷载的增大、土层减薄而逐渐减慢.     

基于Hansbo渗流的圆球土样Biot固结分析

为考虑渗流的非Darcy特性对固结过程的影响,引入Hansbo渗流模型对圆球土样修正Biot固结方程,并给出方程的Crank-Nicolson有限差分格式.通过和Darcy渗流模式下Biot固结方程解析解的对比,验证了本文数值计算方法的有效性.在此基础上,讨论了Hansbo渗流参数对圆球土样固结过程的影响.计算结果表明,和Darcy渗流相比,在固结初期,Hansbo渗流将增强Mandel-Cryer效应,增大孔隙水压力的峰值,并延长孔隙水压力达到峰值的时间;在固结中后期,Hansbo渗流将使圆球土样内的孔压消散明显滞后.另外,Hansbo渗流会使整个固结过程中圆球土样的固结度减小,且这种影响会随着Hansbo渗流参数的增大而更加明显,但Hansbo渗流对圆球土样边界位移的影响很小.     

基于坝基分层结构的防渗墙渗流场分布

堤坝的安全问题主要是由渗流破坏引起的,特别是土质堤坝,并且具有隐蔽性,有必要通过渗流计算来分析坝体稳定性。而坝基土层具有分层结构,各层的渗透系数、孔隙率等参数,都会影响堤坝的防渗效果。提出了一种基于坝基分层结构的防渗墙设计,针对不同结构的堤基型式选取不同的防渗墙类型。利用有限体积法的数值模拟软件Fluent的多孔介质模型,考虑堤坝地基分层的结构,通过设置深度参数来研究悬挂式和封闭式防渗墙防渗效果。通过压力云图、速度云图、流线图以及关系曲线图,分析坝底面扬压力和背水侧出口处渗流量与各影响因素的关系,从而对防渗墙的厚度、渗透系数等相关参数进行优化以及确定合理的位置分布。最后,结合工程实践分析得出该堤坝模型的蓄水位限值,为设置有混凝土防渗墙的重力坝堤坝设计提供参考,具有重要的现实工程意义。     

采空区岩体粗糙单裂隙中浆液扩散机理研究

以某采空区岩体粗糙裂隙为研究对象,基于有限元软件COMSOL Multiphysics构建了三维粗糙单裂隙注浆模型,分析岩体裂隙中的浆液流动规律,研究了不同的裂隙面粗糙度、开度、注浆压力、裂隙倾角及浆液黏度影响的浆液扩散机理。结果表明,裂隙面粗糙度影响浆液的扩散面轮廓,粗糙度越大,浆液扩散阻力越大,浆液扩散各向异性越强;注浆速率与开度为二次多项式关系,裂隙开度越大,注浆速率的损失越小;注浆压力对浆液扩散轮廓的影响较弱,但改变了浆液的扩散半径,且注浆压力与扩散半径为正相关、与注浆速率呈二次多项式关系,注浆压力越大,注浆速率的损耗越低;浆液黏度并不影响其扩散的各向异性,仅改变浆液扩散的范围。研究成果表明了采空区粗糙裂隙中的浆液扩散机理,为采空区注浆范围的预测及加固决策提供了理论支持。     

沉管隧道基础压浆垫层粗糙度的影响效应

通过模型试验,研究了压浆法进行沉管隧道基础处理过程中,采用粒径为2、5和10 mm的垫层材料时,单孔注浆和双孔同步注浆的浆液扩散情况以及注浆量和注浆压力的变化规律.结果表明：当垫层材料粒径较大时,浆液扩散速度较快;随着垫层材料粒径增大,基础填充密实所需压浆量增加;垫层材料粒径较大时,注浆压力的波动范围较大,注浆泵不易操纵,浆液盘易出现方向性扩散.根据试验结果,选择垫层材料的粒径时,可综合考虑扩散速度、注浆量和压力等控制因素.
     

基于D-P修正准则的扩孔理论在黄土劈裂注浆中的应用分析

基于塑性力学与大变形理论,考虑Drucker-Prager修正准则圆孔扩张问题,建立黄土劈裂注浆压力分析模型.在弹性区和塑性区分别采用小变形理论和大变形理论,推导出劈裂注浆浆泡周围弹性区及塑性区土体应力场、位移场的理论解,研究塑性区半径、起劈注浆压力的解析解,以工程算例进行论证.结果表明,基于考虑D-P修正准则的圆孔扩...     

盾构隧道同步注浆纵环向整体扩散理论模型

针对目前现有的盾尾同步注浆扩散模型以浆液纵环向流动相互独立为前提,未考虑浆液流动的关联性问题,基于Bingham流体本构模型和流体力学原理,分析盾构隧道同步注浆扩散模式机理,建立了盾尾同步注浆纵环向整体扩散理论模型。基于时空离散概念,设计求解该理论模型的数值算法。结合工程实例,对理论模型和数值算法进行了验证,并与现有的环向独立扩散模型计算结果进行对比和分析。分析结果表明:纵环向整体扩散模型相较于环向扩散模型,改进了假定条件,不需引入环饼厚度等敏感假定参数,更加贴近工程实际情况;浆液压力整体上呈现着上小下大重力主导的趋势,竖向梯度约为16 kPa·m^-1,而在注浆孔附近局部区域浆液压力分布较为复杂,与注浆孔位、浆液流动方向以及注浆压力与环境压力之间的压力差等因素有关。     

拱坝接缝灌浆过程中缝面压力数值分析

为研究拱坝接缝灌浆过程中缝面压力分布的特征,根据建立的缝面非稳定灌浆浆液渗透模型,开发了相应的数值分析程序。通过算例进行数值分析,结果表明：初始灌浆阶段,缝面压力集中在浆液入渗点附近,随着灌浆的持续进行,压力逐渐向缝面内部扩展至出渗点,据此可判断接缝灌浆可以结束的时间。另外,该模型可以优化接缝灌浆系统的布置。     

无砂砼小桩后处理高填方软基的固结过程分析

无砂砼小桩复合地基技术的施工过程主要包括成孔填石和压力注浆,高填方软基施工过程产生较大的超静水压力,延缓路基稳定时间,采用后处理的关键技术在于快速消散超孔隙水压力和水泥复合土固结。本文在分析无砂砼小桩成桩、注浆过程的基础上,根据渗流理论对无砂砼小桩后处理高填方软基的固结进程进行了分析。     

FLUENT的浆液远距离输送数值模拟研究

矿井灌浆管路系统是一个相对封闭的空间,浆液在流动过程中对管道的压力分布情况却难以掌握。因此,首先建立了一种浆液管道流动的数值计算模型,对其进行网格划分、边界条件设定和数值模拟计算流程,并对所建立的模型进行数值计算,得到浆液在管道中的变化特性;其次,针对静压灌浆和动压灌浆2种不同的方式对管道造成的影响程度,利用ANSYS FLUENT12.1分别对这2种不同方式时的压力场进行模拟,对比静压与动压灌浆时的管道压力分布特点和分析浆液在管道中流动过程的压力损失等情况,该模型可以较好的预测静压灌浆和动压灌浆时的管路中的压力分布状态,有助于分析管路输送过程中不同管路位置的压力变化及分布规律,模拟结果显示利用动压进行灌浆作业,可以起到显著的增压效果;最后,通过对比数值模拟计算和工业现场试验监测得到的数据,分析得出两者数据基本吻合。对比结果分析表明:该数值模型建立合理,对矿井远距离灌浆工作具有一定的指导价值。     

高水头条件下管道裂隙浆液封堵机制试验研究

针对高水头下管道裂隙浆液留存率低、封堵效果差的问题,通过自主设计的可视化动水注浆试验平台,开展了高水头管道裂隙注浆封堵试验研究,探讨了影响管道裂隙浆液封堵的主次因素,揭示了水灰比、注浆压力及动水流速对水泥浆液封堵效果的影响。研究结果表明:影响高水头管道裂隙浆液封堵沉积厚度及逆向扩散距离的因素依次为动水流速、水灰比、注浆压力;在合理水灰比条件下,浆液沉积厚度及逆向扩散距离随注浆压力增大而单调递增;浆液逆向扩散距离相比沉积厚度对动水流速变化更加敏感。     

非饱和流固耦合模型在垃圾坝体稳定性中应用

基于多孔介质流体动力学理论，建立了降雨条件下垃圾填埋体内水分传输的流-固耦合模型，并采用交替有限差分方法给出了耦合模型的数值格式；通过开发的计算程序，模拟了降雨条件下．垃圾坝体范围内孔隙水压力和流速分布情况。数值模拟的结果表明：持续的降雨会加大对孔隙介质的载荷作用，填埋介质被压缩，使土壤颗粒间基质吸力减少，导致水流渗透率降低。同时，填埋介质变形影响了孔隙水压力和水流速的分布规律。因此，在垃圾坝体稳定性分析研究中，渗流场和应力场的耦合效应不能忽略，其研究可为评价垃圾坝体的稳定性及预测预报坝体滑坡提供技术支持。