粘土固化浆液力学性能研究及在岩溶坝区防渗帷幕中的应用效果模拟

论文摘要

我国喀斯特地区分布较广,这些地区在水资源利用问题突出,水能资源又很丰富,大量已建和待建水利水电工程、水土保持工程、水资源利用等项目都不可避免的涉及到防渗堵漏处理,防渗工程可靠性、稳定性和经济性无疑成为其主要问题。本文结合怀化沅江电力开发有限责任公司项目《托口工程粘土固化浆液力学特性试验》,以托口水电站河湾地块防渗帷幕为研究对象。对不同岩溶发育规律和不同水文地质条件等复杂地质环境下的适宜灌浆材料性能进行研究。选择粘土固化浆液,通过正交试验设计在不同配比情况下对结石体进行抗压强度试验,从而确定最优配比,选定最优配比制作试件进行抗压强度、塑性强度和抗剪强度试验,确定其力学参数。并通过数值模拟进行相应灌注后的渗流和稳定计算,指导工程设计和施工。(1)对比各种灌浆材料的优缺点,尤其是对比粘土固化浆液和纯水泥浆液各种性能。粘土固化浆液具有良好抗水稀释性,在有地下水流动的条件下,浆液损失量小,固结效果好,浆液配制简单,且浆液的初凝时间可调,具有良好的流变性能及可泵性:具有良好的对裂隙自我封闭作用;固化后形成的结石体塑性大,具良好的抗震性能。(2)结合托口水电站防渗处理方法,通过室内力学试验确定粘土固化浆液的最优配比及其相应的力学参数。参照其他工程经验,按通常的粘土水泥浆材配比情况,粘土固化浆液结石体28d龄期的无侧限抗压强度可达1.605MPa,其最佳配比为:粘土泥浆漏斗粘度25s左右,水泥加量15g/100ml,水玻璃加量3ml/100ml,固化剂加量3g/1000ml,其中影响浆液结石体短期强度的主要因素依次为:水泥含量、水玻璃含量、固化剂含量。(3)基于FLAC3D软件计算两种工况下采用粘土固化浆液和纯水泥浆液对坝基断层节理面和坝基泥化夹层以及溶洞进行防渗处理,模拟水库正常蓄水和校核洪水位两种大坝运行时期防渗处理部位的应力变形发展规律。研究结果表明防渗处理部位的应力变形在材料强度许用范围内,且两种材料防渗处理效果几乎一致,但是粘土固化浆液的耐久性要优于水泥浆液,故推荐采用粘土固化浆液作为灌浆材料。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 粘土固化浆液的主要性能指标
• 1.3.1 抗渗性能
• 1.3.2 抗腐蚀性
• 1.3.3 稳定性
• 1.3.4 耐久性
• 1.4 粘土固化浆液的特点
• 1.5 本文的研究内容和技术路线
• 第二章 岩溶地区灌浆材料评述
• 2.1 水泥类注浆材料在帷幕注浆中的应用
• 2.1.1 普通水泥浆液
• 2.1.2 水泥一水玻璃浆液
• 2.1.3 超细水泥类TGRM 水泥基材料
• 2.2 粘土固化浆液
• 2.3 小结
• 第三章 粘土固化浆液力学性能室内试验研究
• 3.1 粘土固化浆液固结机理
• 3.1.1 粘土—水泥作用机理
• 3.1.2 水玻璃与粘土水泥浆液的反应机理
• 3.2 粘土固化浆液试验方案正交设计
• 3.3 试验材料准备
• 3.3.1 托口现场粘土取样及颗份特性分析
• 3.3.2 水泥及特性
• 3.3.3 水玻璃及特性
• 3.3.4 固化剂及性能
• 3.4 试压验设备选择
• 3.5 粘土原浆制备
• 3.6 粘土固化浆液的制作
• 3.7 抗压强度测定
• 3.8 塑性强度测定
• 3.9 抗剪强度测定
• 3.10 本章小结
• 第四章 基于数值模拟的工程应用效果评价
• 4.1 工程概况
• 4.2 数值计算
• 4.2.1 FLAC 程序简介
• 4.2.2 本构模型
• 4.2.3 计算模型的建立
• 4.2.2 计算工况与材料参数
• 4.3 灌注粘土固化浆液和水泥浆液的效果比照研究
• 4.3.1 防渗处理部位应力特性
• 4.3.2 复合坝体位移特性
• 4.4 小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 攻读学位期间发表论文目录
• 附录 B 攻读学位期间参与项目目录