水工隧洞灌浆圈耐久性数值模拟

摘要

灌浆是水工隧洞补强防渗的有效措施,但因水工隧洞的运行期较长,灌浆结石体长期处于地下水环境中,受到多种物理化学作用,结石体性能劣化,将无法继续满足需要,因此有必要对水工隧洞灌浆圈进行耐久性分析.为研究灌浆圈在运行期内的实际情况,本文利用COMSOL Mul-tiphysics软件,实现了渗流场、溶解沉淀场以及溶质运移场的三场耦合,模拟了随时间变化下灌浆圈在计算域内与地下水溶液进行物质交换的动态过程,并在此基础上进行了钙离子浓度、氢氧化钙质量分数以及灌浆圈耐久性的分析.研究表明:在渗流的长期作用下,灌浆圈将不断地发生溶蚀,各部位的溶蚀程度有所不同,其中灌浆圈外部和拱底处的溶蚀量较大,为薄弱区域,需重点控制;当采用莫斯科文的研究成果,即氧化钙累计溶出率达到25％则灌浆失效的判据时,本文所采用的算例中灌浆圈的有效运行年限为64 a.