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混凝土防渗墙施工时,槽孔的开挖是防渗墙施工的关键步骤,槽孔能否成功开挖关系到工程的工程成本乃至成败。槽孔开挖采取的工艺是在泥浆护壁条件下进行开孔成槽,借助泥浆为土体提供支持力来保证槽壁土体的稳定性。但是,目前为止,人们对泥浆护壁的机理仍不能详尽了解,实际工程中槽孔多是根据规范或者工程经验在施工,这就导致了工程中塌孔的事件时有发生。因此,为了保证大坝防渗墙施工时工程的速度与质量,预防槽孔坍塌事故的发生,除了要对工程场地的工程地质条件有详细的了解之外,更加迫切需要对防渗墙施工时,槽孔开挖过程中槽壁的稳定性机理及说影响因素进行更深的探索研究。
基于以上原因,本文以大渡河某水电站防渗墙施工中的槽孔为研究对象,运用大型通用有限元软件ABAQUS,并引入邓肯-张E-B本构模型子程序,从泥浆的密度、泥皮的质量、地下水位、槽段划分长度这几个方面分别进行计算,通过计算、分析得到以下结论:
(1)随着泥浆密度的增大,槽壁稳定性提高,泥浆密度的变化对槽壁稳定性的影响很大。当泥浆密度取值范围为1.10~1.25g/cm3时,泥浆密度相对变化量为+4.55%时,槽壁土体单元安全度最小值相对变化量为+31.34%,U2max相对减小38.17%。
(2)泥皮渗透系数由2×10-6m/s减小到2×10-7m/s时,对槽壁稳定性影响最大,但是继续减小其值时,对槽壁稳定性几乎没有影响。这可用以解释泥浆为什么这么容易起到固壁作用。
(3)地下水位的降低对槽壁周围土体单元安全度的影响较小,但随着地下水位降低,越来越大深度范围内土体单元的安全度值高达1.3以上,所以,地下水位的降低有利于扩大槽壁稳定土体的范围。
(4)槽段划分长度增加,槽壁稳定性降低,槽段划分长度的变化对槽壁稳定性的影响较大。在护壁泥浆密度为1.20g/cm3条件下进行槽孔开挖施工时,槽段划分长度不宜大于5m,才能保证开挖过程中槽壁土体各点安全度大于1;若采取降低地下水位进行施工时,当地下水位降低5m时,应控制护壁泥浆在槽壁形成的泥皮渗透系数小于2×10-7m/s。