基于流固耦合的深厚覆盖层防渗墙开槽过程数值分析

摘要

随着我国西部水电事业的蓬勃发展，越来越多的工程需要修建在深厚覆盖层上。利用覆盖层建坝时，由于混凝土防渗墙对各种地层和坝型的适应性好，造价较低，防渗效果好，混凝土防渗墙是覆盖层地基防渗处理广泛采用的方法。在防渗墙施工过程中，造孔成槽是第一步也是最关键的一步，而在实际工程施工中，槽孔坍塌的事件时有发生，因此，迫切需要对防渗墙槽孔开挖过程中槽壁的稳定性影响因素进行更深的探索研究。人们利用有限元方法对开槽过程研究时，大多都没有考虑孔隙水对槽壁稳定性的影响，基于此，合理地分析应力场与渗流场的分布及探讨双场的完全耦合问题，对正确评价防渗墙槽孔开挖槽壁稳定性具有重要意义。
　　基于以上原因，本文以新疆石门水库深厚覆盖层防渗墙施工中的槽孔为研究对象，运用大型通用有限元分析软件ABAQUS，并引入邓肯-张E-B本构模型子程序，对坝体开槽过程进行了模拟分析。在考虑孔隙水压力对槽壁稳定性的影响条件下，以新疆石门水库深厚覆盖层防渗墙施工中的槽孔为研究对象，分析了开槽过程中槽壁应力应变和位移场的分布，泥浆护壁条件下槽孔开挖过程中槽壁的稳定性的主要影响因素，为以后工程设计及施工提供更可靠的理论依据。
　　本文研究主要内容如下：
　　（1）分析了深厚覆盖层中防渗墙施工过程中槽壁稳定性的影响因素，具体从泥浆的性能、地层条件、地下水位、槽段的划分及施工工艺、施工机械及孔口地面荷载等因素进行了详细地分析与总结，然后针对上述影响因素提出相应的提高防渗墙槽壁稳定性的有效措施。
　　（2）利用ABAQUS软件对防渗墙施工进行了数值模拟分析，验证土拱效应的存在，并分析了槽壁侧向位移和地面沉降的变化规律，研究了成槽开挖对周边土体的影响。
　　（3）总结槽壁稳定影响因素，并分析泥浆重度、槽段长度及地下水位等影响因素对变形规律的影响。

目录

声明

1 绪论

1.1 问题的提出

1.2 利用覆盖层建坝的研究发展现状

1.3 渗流场与应力场耦合分析的研究现状

1.4 防渗墙渗流与应力变形的研究现状

1.5 防渗墙槽壁稳定分析方法研究现状

1.6 本文研究内容

2.1 内部因素

2.2 外部因素

2.3 提高槽壁稳定性的措施

2.4 本章小结

3.1 耦合理论的提出

3.2 有效应力原理

3.3 渗透定律

3.4 非饱和土渗流

3.5 应力平衡方程

3.6 渗流连续方程

4.1 ABAQUS软件及本构模型引入

4.2 数值模型的建立

4.3 计算过程模拟

5 防渗墙开挖施工对周边土体影响

5.1 防渗墙开挖对周边土体变形影响分析

5.2 槽壁应力分析

5.3 开挖完成后槽壁侧向变形分析

5.4 开挖完成后地面沉降分析

5.5 不同开挖深度槽壁侧移分析

5.6 成槽过程中槽底位移隆起分析

5.7 耦合与不考虑耦合作用下槽壁侧位移对比

5.8 本章小结

6 影响槽壁稳定因素数值模拟

6.1 泥浆密度

6.2 槽段长度

6.3 地下水位高度

6.4 本章小结

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

后记

附录:攻读硕士学位期间发表的学术论文