粗粒土地基泥漿護(hù)壁防滲墻的抗?jié)B與工程性質(zhì)的研究.pdf

1、泥漿護(hù)壁是利用泥漿重度大于地下水重度而對槽-孔壁產(chǎn)生側(cè)向的內(nèi)外壓差,并且通過泥漿滲透在孔壁形成的泥皮將側(cè)向壓差進(jìn)行傳遞來維持壁面穩(wěn)定的技術(shù)。在水利水電工程中修建防滲墻,尤其是遇到級配不良的粗粒土地層時,該方法已經(jīng)成為施工過程中確保槽孔穩(wěn)定性的重要手段。槽孔內(nèi)的泥漿在壓力差的作用下會向槽孔地層土體中發(fā)生滲透,在分段澆筑防滲墻時,墻體上下游面與地層土體之間及各墻段之間都會存在泥漿滲透形成的泥皮。泥皮對于防滲墻的抗?jié)B能力及力學(xué)特性的影響一直以

2、來備受關(guān)注,特別是在施工質(zhì)量、外部荷載等多重因素干擾下而導(dǎo)致防滲墻存在結(jié)構(gòu)缺陷時,泥皮對于壩基防滲的作用更加不容忽視。開展粗粒土泥漿滲透規(guī)律、泥皮的抗?jié)B特性、粗粒土一泥皮一缺陷混凝土共同作用防滲體系抗?jié)B性能的試驗(yàn)研究,是考察不同粗粒土泥皮形成條件,揭示泥皮與混凝土墻體共同防滲和補(bǔ)償缺陷混凝土抗?jié)B性能的有效方法。通過夾有泥皮的防滲墻與地層土體接觸面力學(xué)特性的測試分析,模擬粗粒土地基與防滲墻之間的泥皮接觸面,以及墻段之間的泥皮接觸面,分析防

3、滲墻結(jié)構(gòu)的受力和變形特性,可以認(rèn)識防滲墻在粗粒土地基復(fù)雜應(yīng)力條件下的工作性狀。本文開展的研究工作及所得出的主要成果具體如下所述:
　　(l)自主研發(fā)了一種能夠統(tǒng)一模擬粗粒土泥漿滲透,粗粒土一泥皮一缺陷混凝土滲水的防滲墻滲透性測試儀,完成了試驗(yàn)儀器的設(shè)計(jì)、加工、調(diào)試等工作。該儀器能夠進(jìn)行粗粒土及缺陷混凝土的滲透性試驗(yàn),泥漿滲透試驗(yàn),以及粗粒土一泥皮一缺陷混凝土的滲水試驗(yàn),為展開泥漿滲透規(guī)律及考慮泥皮作用條件下防滲墻抗?jié)B特性的研究提供

4、了基礎(chǔ)。
　　(2)通過對粗粒土的孔隙特征和顆粒性質(zhì)的定量分析及滲透試驗(yàn),分析了滲透系數(shù)、臨界水力坡降等參數(shù)與單粒平均孔隙體積、最大滲流單?？紫丁瘟Ｆ骄砻娣e及土顆?？偙砻娣e等特征指標(biāo)之間的關(guān)系,論證了這些指標(biāo)作為粗粒土是否發(fā)生滲透破壞判據(jù)的合理性。
　　(3)采用透水混凝土試件和劈裂混凝土試件裂縫中回填粗粒土來模擬防滲墻混凝土局部區(qū)域骨料級配不良或相鄰槽孔混凝土墻體之間存在裂隙等情況,開展了不同缺陷形式和缺陷程度混凝土防

5、滲墻的滲透試驗(yàn),分析了缺陷混凝土防滲墻抗?jié)B及透水特性的影響因素。
　　(4)在不同的粗粒土孔隙特征、泥漿滲透壓差、泥漿滲透時間及泥漿粘度等條件下進(jìn)行了粗粒土泥漿滲透試驗(yàn),確定了泥皮形成的具體時刻以及該時刻所對應(yīng)的泥漿滲流量、泥漿在粗粒土中的滲透距離與各影響因素之間的關(guān)系;揭示了不同影響因素條件下泥漿在粗粒土中的滲透規(guī)律。
　　(5)在粗粒土泥漿滲透形成泥皮的基礎(chǔ)上,開展了粗粒土-泥皮-缺陷混凝土共同作用防滲體系的抗?jié)B性能試驗(yàn)

6、研究,得到了泥皮承受水頭隨時間及滲透壓差的變化規(guī)律,以及泥皮破壞時能夠承擔(dān)的最大滲透壓差,提出了粗粒土-泥皮-缺陷混凝土共同作用防滲體系中泥皮抗?jié)B性能的評價方法。驗(yàn)證了泥皮對于防滲墻混凝土由于自身結(jié)構(gòu)缺陷導(dǎo)致抗?jié)B能力降低的補(bǔ)償作用。
　　(6)在對泥皮抗?jié)B性能進(jìn)行評價和分析的基礎(chǔ)上,依據(jù)現(xiàn)行的防滲墻抗?jié)B設(shè)計(jì)方法,提出了考慮泥皮作用條件下防滲墻抗?jié)B設(shè)計(jì)的修正方法。根據(jù)泥皮承擔(dān)的最大水頭壓力差以及泥皮與缺陷混凝土所構(gòu)成防滲體系臨界水力

7、坡降的測試結(jié)果,提出了考慮泥皮作用的缺陷混凝土防滲墻的設(shè)計(jì)方法。
　　(7)通過粗粒土與混凝土結(jié)構(gòu)之間泥皮接觸面的直接剪切試驗(yàn),分析了粗粒土孔隙特征、泥漿滲透壓差、泥漿滲透時間及泥皮材料性質(zhì)等泥皮形成過程中的關(guān)鍵因素對接觸面力學(xué)特性的影響,并得出了不同接觸條件下泥皮接觸面的強(qiáng)度指標(biāo)。
　　(8)考慮防滲墻有無缺陷及是否有泥皮存在的情況劃分計(jì)算方案來模擬防滲墻不同的工作狀態(tài),分別進(jìn)行了壩體、壩基上游蓄水條件下的穩(wěn)定滲流計(jì)算,討

8、論了防滲墻上下游面滲透壓力差的分布特征以及墻體的抗?jié)B性能隨泥皮存在條件及防滲墻缺陷程度的變化規(guī)律。
　　(9)在測試分析粗粒土和混凝土防滲墻之間泥皮接觸面剪切特性的基礎(chǔ)上,通過三維數(shù)值模擬方法,比較分析是否考慮地基粗粒土和混凝土防滲墻之間泥皮接觸面及墻段之間泥皮接觸面的情況下壩體在填筑、蓄水及運(yùn)行階段防滲墻的應(yīng)力分布和變形規(guī)律。揭示了泥皮有助于同一埋深防滲墻的大主應(yīng)力趨于均勻分布,緩解了應(yīng)力集中現(xiàn)象,縮小了壩肩墻體拉應(yīng)力的分布范圍