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灌浆帷幕耐久性数值仿真分析

武汉大学学报（工学版） 2016年第2期49卷 206-211页

作者：徐建伟徐青武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室湖北武汉430072

渗漏问题是涉及水库安全和经济运行的关键问题之一,为了有效增强基岩结构面内软弱充填物的抗渗性及渗透稳定性,降低坝基扬压力,控制坝基渗漏及两岸绕渗,通常在坝基及两岸山体内设置一定深度的灌浆帷幕,形成防渗体系.因此,灌浆帷幕的耐... 详细信息

渗漏问题是涉及水库安全和经济运行的关键问题之一,为了有效增强基岩结构面内软弱充填物的抗渗性及渗透稳定性,降低坝基扬压力,控制坝基渗漏及两岸绕渗,通常在坝基及两岸山体内设置一定深度的灌浆帷幕,形成防渗体系.因此,灌浆帷幕的耐久性与大坝安全运行及管理息息相关.为了研究灌浆帷幕防渗性能的衰减过程,采用COMSOL Multiphysics软件,建立了坝基渗流场、化学场以及溶质运移场的三场全耦合有限元数值模型,研究帷幕在渗透力作用下,溶质的溶解-沉淀和迁移-扩散随时间的变化过程.研究结果表明:在库水的长期侵蚀和溶解作用下,帷幕缓慢地不断发生溶解侵蚀,其微观结构发生改变,帷幕中胶凝材料逐渐减少,使其渗透系数逐渐增大,防渗性能逐渐衰减;帷幕不同部位的溶蚀程度不同,底部溶蚀量最大,其次为上部,中部溶蚀量最小,因此帷幕底部是灌浆的质量控制重点区域;靠近坝基上游侧的帷幕溶蚀量高于下游侧.

关键词：灌浆帷幕耐久性渗流场化学场溶质运移场全耦合

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大坝灌浆帷幕爆破振动响应特性的数值模拟

爆破 2018年第3期35卷 141-146页

作者：陈明邓珂张俊严鹏王高辉肖燕君武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室武汉430072 武汉大学水工岩石力学教育部重点实验室武汉430072

针对爆破施工对邻近灌浆帷幕的影响问题,基于ANSYS-LSDYNA分别建立了坝基段和岸坡段灌浆帷幕的二维有限元动力模型,采用数值方法模拟研究了爆破施工时三种不同基岩条件下灌浆帷幕的爆破振动响应特性。结果表明:随岩体硬度提高,帷幕处质... 详细信息

针对爆破施工对邻近灌浆帷幕的影响问题,基于ANSYS-LSDYNA分别建立了坝基段和岸坡段灌浆帷幕的二维有限元动力模型,采用数值方法模拟研究了爆破施工时三种不同基岩条件下灌浆帷幕的爆破振动响应特性。结果表明:随岩体硬度提高,帷幕处质点振动速度减小而第一主应力增大。对于同一岩体,岸坡段灌浆帷幕的质点振动速度和第一主应力的最大值均出现在帷幕的顶部,而坝基段灌浆帷幕的质点振动速度与第一主应力最大值出现的位置不同。因此,灌浆帷幕的爆破振动影响监测点布置,需要综合考虑爆源位置、测点部位、岩体性能的影响。

关键词：灌浆帷幕爆破振动质点峰值振动速度数值模拟

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黑河水库单薄山梁灌浆帷幕效果影响因素分析

人民黄河 2005年第9期27卷 60-62页

作者：王玮钱会长安大学环境科学与工程学院陕西西安710054

采用三维有限差分法,建立起黑河水库单薄山梁在水库正常高水位作用下的三维地下水稳定渗流模型,并采用水平径流障碍模块对灌浆帷幕进行了模拟。在此基础上,以帷幕上下游水位差以及通过单薄山梁的渗漏量为指标,对影响帷幕效果的帷幕深度... 详细信息

采用三维有限差分法,建立起黑河水库单薄山梁在水库正常高水位作用下的三维地下水稳定渗流模型,并采用水平径流障碍模块对灌浆帷幕进行了模拟。在此基础上,以帷幕上下游水位差以及通过单薄山梁的渗漏量为指标,对影响帷幕效果的帷幕深度、帷幕排数以及帷幕单位吸水率等进行了分析研究,结果表明:布设灌浆帷幕是必要且有效的,可有效降低帷幕下游浸润线标高,部分减少下游渗漏量;悬挂式帷幕能显著降低帷幕下游浸润线标高,但不能显著减少通过单薄山梁的渗漏量;帷幕的质量对帷幕的效果影响最大,在帷幕施工过程中一定要严把质量关。

关键词：单薄山梁灌浆帷幕悬挂式帷幕渗漏三维有限差分法

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丙凝灌浆帷幕耐久性研究

人民长江 2012年第15期43卷 51-53,87页

作者：徐年丰施华堂李洪斌尹莉娟长江勘测规划设计研究院枢纽设计处湖北武汉430010 国家大坝安全工程技术研究中心湖北武汉430010 武汉市水务局湖北武汉430010

目前丙凝灌浆帷幕耐久性的定量研究成果较少,且缺乏较完善的公认分析方法。分析了丙凝灌浆帷幕耐久性的研究现状,提出了丙凝灌浆帷幕抗挤出能力和丙凝胶体老化性能研究的思路和方法,并结合丹江口水利枢纽工程坝基丙凝灌浆帷幕耐久性的研... 详细信息

目前丙凝灌浆帷幕耐久性的定量研究成果较少,且缺乏较完善的公认分析方法。分析了丙凝灌浆帷幕耐久性的研究现状,提出了丙凝灌浆帷幕抗挤出能力和丙凝胶体老化性能研究的思路和方法,并结合丹江口水利枢纽工程坝基丙凝灌浆帷幕耐久性的研究,定量推求了丙凝胶体分子结构的耐久性寿命。分析表明,在幕体抗挤出能力良好的条件下,丙凝灌浆帷幕耐久性寿命是有保证的。

关键词：丙凝耐久性定量分析灌浆帷幕

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黑河水库单薄山梁灌浆帷幕研究

人民黄河 2006年第8期28卷 48-49页

作者：王玮钱会长安大学环境科学与工程学院陕西西安710054

采用三维有限差分法,建立了渗流模型,并采用水平径流障碍模块对黑河水库灌浆帷幕进行了模拟,结果表明,应对现有的灌浆帷幕进行补灌,使未达标地段的地层单位吸水率降低至要求值,以确保单薄山梁在高水位作用下保持稳定。

关键词：单薄山梁灌浆帷幕黑河水库

坝基防渗墙及墙下灌浆帷幕渗流及渗透稳定性分析

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水电能源科学 2009年第2期27卷 68-70,78页

作者：余进张连明吴梦喜姜媛媛中国科学院力学研究所北京100190 中国水电顾问集团成都勘测设计研究院四川成都610072

采用三维有限元计算软件SEEPAGE1.0对扎雪水电站坝基进行了稳定渗流计算,分析了悬挂式防渗墙下灌浆帷幕深度对渗流场的影响,探讨了覆盖层中的渗透稳定性问题,确定了经济合理的防渗方案,并分析了防渗墙开裂对渗流场的影响。结果表明,覆... 详细信息

采用三维有限元计算软件SEEPAGE1.0对扎雪水电站坝基进行了稳定渗流计算,分析了悬挂式防渗墙下灌浆帷幕深度对渗流场的影响,探讨了覆盖层中的渗透稳定性问题,确定了经济合理的防渗方案,并分析了防渗墙开裂对渗流场的影响。结果表明,覆盖层中帷幕底部的渗透坡降最大,并以此处为中心,向四周迅速减小。整体渗透稳定性较好,防渗墙底部出现交错裂缝对渗控效果影响不大。

关键词：有限元深厚覆盖层悬挂式防渗墙灌浆帷幕渗透稳定性

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爆破振动对水泥灌浆帷幕的影响机理研究

爆破振动对水泥灌浆帷幕的影响机理研究

作者：张俊武汉大学

学位级别：硕士

近年来,国家大力提倡发展清洁能源,水电作为一种清洁能源已成国民经济发展的绿色动力。水利水电工程建设中,爆破作为岩体开挖、混凝土拆除的主要手段,发挥了重要作用。随着对施工质量和安全性的要求逐步提高,爆破带来的负面效应也越来... 详细信息

近年来,国家大力提倡发展清洁能源,水电作为一种清洁能源已成国民经济发展的绿色动力。水利水电工程建设中,爆破作为岩体开挖、混凝土拆除的主要手段,发挥了重要作用。随着对施工质量和安全性的要求逐步提高,爆破带来的负面效应也越来越引起施工人员的关注。工程中,灌浆帷幕的安全性往往是制约爆破施工的关键因素,为此,国家制定了相应的爆破安全标准,这些标准对灌浆帷幕附近的爆破施工有一定的指导作用,但又显现出保守性,对爆破作业制约较大,影响施工进度。鉴于爆破施工的普遍应用,全面分析爆破振动对灌浆帷幕的影响机理,完善现有灌浆帷幕的爆破振动安全判据的重要性和急迫性逐步凸显。本文以水电站扩机工程为背景,研究爆破振动对水泥灌浆帷幕影响机理,探讨水泥灌浆帷幕的爆破安全判据,论文的主要工作和研究成果如下:(1)研究了岩体灌浆后物理力学性能的变化,岩体中的裂隙被浆液充填固结,其力学特性将得到改善。岩体的变形模量,结构面的抗剪强度、刚度等都和岩体中的声波波速密切相关,根据岩体物理力学参数和声波波速的关系式进行计算,再结合目前的资料,岩体灌浆后,声波波速提高6%～20%,动弹性模量提高9%～16%,结构面粘聚力提高11%～54%,刚度提升最为显著,能达到200%以上。(2)运用波动理论,研究了应力波在介质界面上的透、反射效应,确定了灌浆岩体结构面上的应力状态。引入摩尔-库伦强度准则,计算了岩体灌浆后的允许安全振动速度,结果表明灌浆后临界安全振动速度达到了 12cm/S。计算结果说明灌浆岩体的抗震性能有明显的提升。(3)应用非线性动力有限元软件ANSYS/LS-DYNA,以实际工程为原型,分析灌浆帷幕的爆破振动响应。基岩为软岩时,帷幕振速的峰值最大。各种基岩条件下,坝基段帷幕的振动速度随着深度的增大而减小,但是岸坡内部的帷幕振速不满足此规律。基岩为硬岩时,帷幕的拉应力最大。在天然状态,岸坡内部帷幕顶部已经有一定的拉应力,爆破振动传播到该处后,动拉应力会在此基础上进一步增大;坝基段帷幕未受扰动时处于受压的状态,对动拉应力的产生有一定的抑制作用,相对来说要安全些。帷幕振动速度超过1Ocm/s时,最大拉应力仍低于帷幕的抗拉强度。对于岸坡内部的帷幕,可以选择灌浆廊道的底板来控制整个帷幕的振动速度,但对于坝基段的帷幕,廊道底板的振速小于帷幕的振速。(4)基于上述研究,分别提出基于理论分析的灌浆帷幕的爆破振动安全判据和基于理数值模拟的安全判据,结合工程实践中使用的安全判据,再综合考虑灌浆帷幕的安全性和施工进度,提出建议的帷幕允许振动速度。帷幕灌注质量较高时,坝基段廊道的振动速度不宜超过5cm/s,岸坡内部灌浆平洞的振动速度不宜超过8cm/s。论文研究成果对认识灌浆帷幕受爆破振动影响机理具有重要的意义,对减少和防止因工程作用引起的损失具有应用价值。

关键词：水利水电工程灌浆帷幕爆破振动应力波安全判据

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爆破累积效应对灌浆帷幕止水性能的影响研究

爆破累积效应对灌浆帷幕止水性能的影响研究

作者：刘增杰湖南工业大学

学位级别：硕士

我国南方岩溶地区,露天矿开采面临复杂的工程地质与水文地质问题,特别是大水矿山有严重的涌水、突水等水害问题。帷幕注浆作为一种有效止水技术在大水矿山开采中得到广泛应用。帷幕体在矿山开采中要经历多次爆破荷载扰动,帷幕体的止水... 详细信息

我国南方岩溶地区,露天矿开采面临复杂的工程地质与水文地质问题,特别是大水矿山有严重的涌水、突水等水害问题。帷幕注浆作为一种有效止水技术在大水矿山开采中得到广泛应用。帷幕体在矿山开采中要经历多次爆破荷载扰动,帷幕体的止水有效性是矿山开采中需要重点评估的因素。本文以湖南省常德市某水泥矿山开采项目和涌水治理工程为背景,选取矿坑南帮边坡灌浆帷幕体为研究对象,研究了爆破累积效应对灌浆帷幕止水性能的影响。1、制备了沿轴向、轴向和横向同时开孔(简称组合开孔)的两种类型灌浆帷幕体岩样,进行了循环加卸载作用下的含灌浆帷幕岩样的损伤-渗流耦合试验,分析了不同峰值应力水平、围压、渗透水压差和帷幕填充形式对灌浆帷幕岩样的渗透特性和损伤演化的影响。试验表明:峰值应力水平是灌浆帷幕岩样损伤发展的主要影响因素;高围压可降低含灌浆帷幕围岩损伤;高渗透水压差可改善渗透率测试精度;组合开孔情况下横向开孔面积增大时,侧向渗流通道增加,导致轴向渗流速率降低。2、建立了FLAC渗流与开挖耦合模型,从位移、应力、孔隙水压力变化等方面分析研究了灌浆帷幕带对地下水渗流的截断效果。结果表明:在渗流和开挖卸荷作用下,边坡水平位移呈现沿高程方向的鼓肚分布特征;随着开挖深度的增加,最大水平位移加大;帷幕的设置削弱了边坡应力的传递,保护了帷幕体外侧的边坡体;矿坑外围设置灌浆帷幕带可有效截断地下水沿岩溶裂隙的渗流。3、建立了考虑流固耦合的动力分析模型,分析了露天矿岩石边坡外侧灌浆帷幕体在动力荷载作用下的动力响应特征。结果表明:高程对动力波速度、加速度在帷幕体内部传播具有一定的衰减作用;在-36m低高程处,增加振动频率会降低帷幕体内测点的水平动位移,增加帷幕体的水平永久位移,减小竖向永久位移;动力荷载的频率可降低自重应力对位移的影响。振动频率越高,振动停止后帷幕体所产生的永久竖向应力变化值越小,不同高程处帷幕体竖向应力呈现相同的波动趋势。4、为对比帷幕体内、靠近开采侧以及靠近保护侧在动载作用下的孔隙水压力动力响应特征,将上述三种位置赋予不同的孔隙率,分析了不同频率振动作用下孔隙水压力特征。研究表明:三种位置孔隙水压力均产生一定的超孔隙水压力,振动停止后,孔隙水压力与未受动力作用时的孔隙水压力有了明显的提高,振动频率越高,振动停止后帷幕体所产生的永久孔隙水压力变化值越小。振动加速度幅值越大,在振动停止后帷幕体所产生的永久孔隙水压力变化值增量也越明显。

关键词：大水矿山灌浆帷幕循环加卸载渗透-损伤耦合动力分析

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二滩高拱坝坝基灌浆帷幕防渗效果研究

水电能源科学 2012年第3期30卷 121-123,99页

作者：张晓悦张晓乐王建新浙江水利水电专科学校水利系浙江杭州310018 浙江华东工程安全技术有限公司浙江杭州310014 中国水电顾问集团华东勘测设计研究院浙江杭州310014

以运行期的二滩拱坝为例,考虑高拱坝坝基存在断层及有自由面排水孔幕情况,利用三维渗流场有限元模拟法、改进排水子结构法和隐式复合材料单元法建立了高拱坝坝基渗流场有限元数值模型,模拟了灌浆帷幕和排水孔幕同时作用时的拱坝实际渗流... 详细信息

以运行期的二滩拱坝为例,考虑高拱坝坝基存在断层及有自由面排水孔幕情况,利用三维渗流场有限元模拟法、改进排水子结构法和隐式复合材料单元法建立了高拱坝坝基渗流场有限元数值模型,模拟了灌浆帷幕和排水孔幕同时作用时的拱坝实际渗流场,再假设坝基灌浆帷幕失效模拟了该工况下的坝基渗流场,通过比较分析研究了高拱坝坝基灌浆帷幕的防渗效果。结果表明,灌浆帷幕失效后二滩高拱坝坝基渗流场依然可在排水孔幕作用下保持稳定,坝肩部位渗流场稳定性明显降低。

关键词：高拱坝防渗效果有限元灌浆帷幕排水孔幕