帷幕灌漿鉆孔數(shù)值模擬及應(yīng)用研究.pdf

1、帷幕灌漿一直是水工建筑物地基防滲處理的主要手段，對保證水工建筑物的安全運(yùn)行起著重要作用。帷幕灌漿通過對大壩基巖進(jìn)行鉆孔，將漿液灌入巖體或土層的裂隙、孔隙，形成連續(xù)的阻水帷幕，以減小滲流量和降低滲透壓力，防止水電工程大壩中水庫的水體或者地下水向大壩基巖的滲透。帷幕灌漿施工首先必須鉆孔，因此，鉆孔質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響帷幕的形成效果，最終對帷幕是否能夠有效防止?jié)B透有非常重要的意義。
　　本文基于帷幕灌漿鉆孔力學(xué)分析,利用ANSYS軟件對其

2、進(jìn)行模擬仿真，探討了鉆壓、灌漿孔設(shè)計(jì)頂角、孔壁間隙等因素對鉆孔孔斜的影響，提出了可用于工程實(shí)際的鉆孔防斜方案。本文從灌漿工區(qū)具體地質(zhì)條件入手，對鉆具管柱運(yùn)動(dòng)狀況、受力狀態(tài)、載荷種類進(jìn)行了分析，并對鉆具管柱進(jìn)行靜力學(xué)計(jì)算，得出軸向力、扭矩公式。對鉆具管柱進(jìn)行應(yīng)力、變形分析及穩(wěn)定性研究，得出鉆壓對鉆具管柱的應(yīng)力、變形、彎曲形態(tài)等有重要影響，是提供偏倒力，引起鉆孔彎曲的主要因素。對平底圓柱鉆頭、球形鉆頭在軸向力和切向力共同作用下的巖石應(yīng)力狀態(tài)

3、進(jìn)行分析研究；分析孔底碎巖過程，揭示其孔底碎巖機(jī)理。
　　針對大崗山水電站帷幕灌漿孔鉆孔彎曲情況，建立了不同灌漿孔彎曲的分析模型，進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)值分析，解釋了非均勻應(yīng)力產(chǎn)生的孔底反力在各方向上存在數(shù)值差異，是導(dǎo)致鉆頭偏轉(zhuǎn)，致使鉆進(jìn)偏斜，進(jìn)而出現(xiàn)灌漿孔彎曲的原因。通過有限元分析模型分析鉆壓、灌漿孔設(shè)計(jì)頂角、孔壁間隙、扶正器與鉆頭距離對側(cè)向力的影響，得出重要的結(jié)論：在防斜方案設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)考慮鉆壓對鉆具彎曲形式的影響，鉆孔施工時(shí)鉆壓不得

4、超過臨界鉆壓，否則鉆柱會(huì)由直線穩(wěn)定形態(tài)變?yōu)檎覐澢螒B(tài)；孔壁間隙是引起鉆孔彎曲的重要因素，在帷幕灌漿孔鉆孔施工過程中，鉆具應(yīng)該選取小孔壁間隙；在設(shè)計(jì)灌漿孔的時(shí)候，盡可能的把灌漿孔的形狀設(shè)計(jì)為垂直孔或者具有小頂角的斜直孔，這樣能夠保證鉆具具有良好的防斜效果；使用多扶鉆具可大大減小鉆具與井壁的接觸，減少粘附卡鉆或壓差卡鉆現(xiàn)象。繩索取芯方案、三扶正器方案、離心力防斜糾斜技術(shù)方案，可適用于各種地層，鉆進(jìn)效率高，同時(shí)能有效減小孔壁間隙，解決地層傾