浅谈劈裂灌浆在水库土坝中的防渗加固机理

引言 
　　在世界大多数国家中，土石坝建立在坝工方面不断居于首位。世界土石坝获得敏捷发展的还，也发作过较多的变乱，为这种发展支付了价值。可以说每一次土石坝技能的严重提高，都和变乱的经验有关。关于呈现老化及异常状况的土石坝，为了避免其发生浸透毁坏直至发生溃坝等工程变乱，必需依据状况对其进行修补加固。土石坝建成后，经由多年运转，坝体发生老化是遍及存在的问题。当坝的力学不变性或水力学不变性遭到损害时就要发作变乱。据国表里学者计算，由浸透毁坏形成变乱的，约占悉数变乱的30%-40%。所以，土石坝的防渗加固，活着界局限的水库险坝的处置中据有很主要的地位。近年来，为了水库的防洪平安，我国当局应用国债资金，在全国局限内展开大规划的病险水库处置。本文就劈裂灌浆技能在水库土坝中的防渗加固机理剖析，然后提出运用流固耦合剖析办法进行模仿的思绪。 
　　
　　1 劈裂灌浆办法研讨 
　　堤坝劈裂灌浆技能是在总结了传统的堤坝灌浆技能的经历经验，剖析了堤坝裂痕的成因以及泥浆劈裂堤坝规则的根底上提出来的。美国在1970年即采用灌浆的办法处置了希尔克里格坝，该坝建成后在心墙与山坡接头处呈现漏水；英国60年月初期建成的巴尔德赫德坝，发现心墙裂痕后，60年月末期也采用灌浆的方法进行处置；还有西班牙的阿尔庞上坝、墨西哥的勒克萨坝都采用过灌浆的办法进行处置，那时因为人们的各种担忧，致使这门技能未能获得发展。 
　　我国解放初期在黄河大堤初次用钢钎探测隐患，然后进行灌浆，获得了较好的结果。然后在一些中小型水库上坝长进行充填式灌浆。到了70年月该技能开端用于处置一些大中型水库的坝体隐患。到了70年月后期，人们总结了充填灌浆的经历经验，剖析了坝体裂痕成因和灌注泥浆劈裂坝体的规则，提出了土坝坝体劈裂灌浆理论。劈裂灌浆与充填式灌浆有实质的区别。坝体劈裂灌浆是从发生坝体隐患的缘由动手，应用坝体小主应力的散布规则进行布孔，应用水力劈裂道理，施加必然的灌浆压力，有方案有节制地劈裂坝体，灌注适合的泥浆，经过浆坝互压和坝体的湿陷凝结等效果，使一切与浆脉连通的裂痕、洞窟、程度松散层等隐患获得充填挤压密实，构成竖直延续的浆体防渗帷幕。改善坝体内部的应力形态，改善坝体的浸透不变性和变形不变性。跟着劈裂灌浆加固技能的推行使用，其理论研讨也获得不时的发展。经过原型观测、室内实验、理论剖析和工程总结对浆液劈裂坝体的规则、泥浆凝结和坝体压密、浆坝互压以及坝体内部孔隙水压力和土压力的转变规则等方面取得初步效果。 
　　劈裂灌浆技能不管在施工工艺照样在理论研讨方面获得了不少发展。然则，山于该项技能的非凡性及加固对象的多样性，所以还有良多理论方面的问题没有处理。例如，灌浆轴线的安插，复灌工夫确实定，浆液在坝体中的凝结规则，灌浆对坝体应力应变的影响，灌浆结果及耐久性问题等。劈裂灌浆的理论研讨远远掉队于理论需求，甚至制约了该项技能的进一步推行。 
　　
　　2 土坝劈裂灌浆加固机理 
　　土坝劈裂灌浆防渗加固机理是多方面的，起首是坝体内部应力的散布规则为劈裂灌浆供应了能够性，再就是灌浆进程中的泥浆的劈裂充填效果、浆坝互压效果、坝体湿陷凝结效果、坝体内部应力调整效果等。
2.1 水力劈裂道理，指是在水压力效果下，使原物体发生裂痕或使原有裂痕扩展的进程。假如无限域中的圆孔遭到平均液体压力P，要核算介质中的应力，已有经典解答。假如介质初始应力为零，则当P＞σi就会被劈裂，个中σi为介质的抗拉强度。若果介质初始应力为σ，则当P≥σ+σi就会被劈裂，式中假如σ是拉应力，则P+σ≥σi就会被劈裂。 
　　2.2 土坝坝体的应力散布规则，土坝具有梯形断面的条形修建物，经过对土坝坝体的真相观测及有限元剖析，坝体内部应力散布规则普通如下：在坝轴线邻近，土坝的竖向应力σi略小于土柱的自重压力，土坝横剖面的程度应力σx，比竖向应力σy小，约等于(0.3-0.5)σy，(即侧压力系数为0.3-0.5)。土坝填筑质量愈差，则侧压力系数愈小，坝顶部必然高度σx:还会呈现拉应力。土坝的纵剖面的程度应力为σz二介于σx和σy之间。普通状况，土坝坝体压应力契合σy>σz>σx的规则。依据土坝坝体的应力散布状况，应用水力劈裂道理，在坝轴线邻近沿小主应力面安插灌浆孔。泥浆就轻易沿这个平面将坝体劈开。 
　　2.3 泥浆对坝体的劈裂充填效果。因为劈裂灌浆是以浆液为能量载体，高压泥浆对坝体有很大的充填效果。泥浆充填坝体内部被劈开的灌浆通道，以及与通道相连的各类原有裂痕、洞窟等，充填效果与劈裂灌浆效果是还进行的。随灌、随劈、随充填，到达缝开、浆到、料满。跟着复灌次数的添加，泥浆屡次充填挤压，使原坝体获得挤压、密实，与浆体帷幕一同构成较高的防渗才能，因此到达充填坝体隐患和结构防渗帷幕的目标。 
　　2.4 湿陷效果。泥浆灌进坝体，个中很多水分随之进入坝体。水除了发生孔隙水压力和对土的性质发生影响外，还对坝体发生湿陷效果。湿陷效果的巨细与土坝质量和土料性质有关。湿陷效果对坝体是有利的，可以添加坝体的密实度和变形的不变性，削减弱应力区局限。停灌今后湿陷效果逐步变缓，每次复灌都有湿陷，但湿陷率越来越小。湿陷使坝高有所降低，坝体体积减少，在坝顶呈现变形裂痕。这些裂痕经由屡次复灌后都邑被泥浆充填。 
　　2.5 能量的调整和转换。依据物体能量的转换和传递规则，提出了土坝的裂痕毁坏是因为坝体内部的变形和能量积聚转换形成的。要铲除这种隐患，就必需使坝体内局部土体所积聚的应变能充沛释放。劈裂灌浆就是经过灌浆压力和土体湿陷变形，使原有的土体裂痕充沛开裂，使己呈现的弱应力区和强应力区之间的应力应变能互相传递转换，打破原坝体内部应力的不服衡，恢复正常的应力形态，使坝体内部的应力应变相对不变。 
　　2.6 浆坝互压理论。土坝劈裂灌浆技能应用了上坝坝体的全体弹性特征，在灌浆进程中跟着灌浆压力的重复增进和消逝，具有弹性的坝体张开和回弹，使坝体和浆体重复挤压，构成延续的浆体帷幕和两侧压密的坝体结合防渗带。经过浆坝互压，可以弥补原坝体因为不平均变形发生的小主应力缺乏，改动坝体内部的应力不服衡形态，然后比拟彻底地处理了土坝坝体的变形不变和浸透不变问题。 
　　2.7 泥浆和坝体的凝结和压密。劈裂灌浆加固坝体的首要效果是应用泥浆在坝体中凝结硬化后构成的帷幕进行防渗。因而泥浆在坝体内可否凝结硬化，就成为土坝劈裂灌浆中最要害的问题。影响浆液凝结的要素是非常复杂的，浆液凝结速度和结果不单与坝体土质、施工质量、坝体应力形态、浆体土料性质、浆体厚度等要素有关，并且还受坝前水位、施工工艺的影响。 
　　
　　3 结语 
　　运用流固耦合剖析办法进行模仿，用劈裂灌浆防渗加固技能来改良坝体的不变性，是堤坝加固范畴的一种十分有用的加固办法，多年来该技能在中小型水库土坝防渗加固中获得普遍使用。本文经过水库土坝防渗加固机理剖析，为进一步展开劈裂灌浆防渗加固技能供应理论支撑与包管。

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