深覆盖岩溶地基防渗墙渗透特性及承载性状分析

摘要

堤基防渗技术是在透水地基上修建挡水建筑物中的关键技术，它的成败关系到工程的安危。目前，深覆盖层岩溶地基采用混凝土防渗墙结合基岩帷幕灌浆的防渗方式，其综合防渗墙与帷幕灌浆的优点，能有效解决这类不良地质工程问题。然而，防渗墙深夹于坝体或覆盖层中，受力条件极其复杂，且属于隐蔽工程，合理评价防渗墙工作性能，对堤坝稳定运行尤为重要。鉴于防渗墙在水利工程中的广泛运用及堤坝防渗体系中的重要性，有必要对深覆盖层岩溶地基防渗墙的渗透特性及承载性状进行系统分析。
　　在合理选择能考虑真实状态下土体本构及墙-土接触单元的基础上，本文基于流固耦合理论，依托峡江水利枢纽同赣堤防工程，运用ABAQUS及二次开发功能建立多孔介质材料的渗流场与应力场耦合分析的非线性数学模型，研究深覆盖层岩溶地基防渗墙应力变形及渗流性态。
　　本文的具体研究工作如下：
　　（1）简要概述控制堤基渗透变形的机理，提出防渗墙与帷幕灌浆联合防渗是解决深覆盖层岩溶复杂地基渗漏问题的主要措施。
　　（2）介绍渗流、应力分析数学模型及基本微分方程的求解，在此基础上推导水力耦合相互作用机理及耦合方程的实现，同时运用ABAQUS二次开发功能，实现邓肯张本构模型及Goodman接触单元子程序的运用。
　　（3）依托峡江水利枢纽工程同赣堤防建立考虑水力耦合作用的三维有限元模型，模拟溶洞灌浆、墙体施工、堤防填筑及蓄水过程墙体与覆盖层相互作用。研究表明，墙体承受典型的弯矩作用，溶洞的存在易出现应力集中，灌浆后有效降低墙后水头的同时墙体承担较大的应力。
　　（4）研究防渗墙应力变形影响因素，主要考虑墙体弹性模量、渗透系数、覆盖层力学参数对防渗墙应力变形的影响。表明水荷载是墙体变形的主要原因，水平位移主要取决于墙后覆盖层承载条件，塑性墙能保持较好的应力状态。
　　研究成果为掌握同赣堤防防渗墙工作性状提供了理论和技术支持，并可为其他类似工程提供参考。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 问题的提出及研究意义

1.2 深覆盖层岩溶地基国内外研究现状

1.3 防渗墙在国内外的发展和研究现状

1.4 渗流场与应力场的非线性耦合研究现状

1.5 本文研究内容及研究方法

第2章 深覆盖岩溶地基防渗墙控渗机理

2.1 防渗墙的概述

2.2 控制堤基渗透变形的机理浅析

2.3 防渗墙在深覆盖层岩溶地质工程中的应用

2.4 本章小结

第3章 岩体渗流场与应力场完全耦合基本理论

3.1 渗流的基本概念及理论

3.2饱和-非饱和渗流的基本微分方程

3.3 土体应力变形的非线性有限元理论

3.4 岩体渗流-应力完全耦合理论

3.5 基于ABAQUS二次开发的水力耦合数值模拟

3.6 本章小结

第4章 岩溶地基防渗墙渗流场与应力场非线性耦合分析

4.1 同赣堤防工程概述

4.2 有限元模型及计算条件

4.3 岩溶地基防渗墙渗流计算分析

4.4 覆盖层及防渗墙应力变形分析

4.5 本章小结

第5章 影响防渗墙应力变形因素分析

5.1 不同混凝土弹模条件下墙体应力变形分析

5.2 不同混凝土透水性条件下墙体应力变形分析

5.3 不同覆盖层静力参数条件下墙体应力变形分析

5.4 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果