基于典型断面有限元模型的水库加固工程塑性混凝土防渗墙性能研究.pdf
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1、第 29 卷第 9 期2023 年 9 月水利科技与经济Water Conservancy Science and Technology and EconomyVol.29 No.9September,2023收稿日期 2023-03-10作者简介 温林山(1977-),男,广东韶关人,工程师,主要从事水利水电工程施工技术工作.doi:10.3969/j.issn.1006-7175.2023.09.020基于典型断面有限元模型的水库加固工程塑性混凝土防渗墙性能研究温林山(韶关市华源水电建设有限公司,广东 韶关 512026)摘 要不同配合比的塑性混凝土防渗墙性能表现不同,但目前对于塑性混凝土
2、配合比设计却无规范可循,因此基于 ABAQUS 有限元软件,对不同配合比的塑性混凝土抗压性能进行实验。结果显示,随着水泥含量从 120kg/m3增加至 200kg/m3,塑性混凝土抗压强度增长幅度呈递减趋势;随着黏土含量从 60kg/m3增加至 140kg/m3,塑性混凝土抗压强度均呈先减后趋于水平的变化趋势,表明研究所提方法能有效测出不同配合比下塑性混凝土的力学性能。关键词塑性混凝土;水泥;黏土;配合比;抗压强度中图分类号 TV543+.82 文献标识码 A 文章编号 1006-7175(2023)09-0096-05Study on the Performance of Plastic C
3、oncrete Cutoff Wall in Reservoir Reinforcement Project Based on Typical Section Finite Element ModelWEN Lin-shan(Shaoguan Huayuan Hydropower Construction Co.Ltd.,Shaoguan 512026,Guangdong,China)Abstract:The performance of plastic concrete cutoff walls with different mix proportions is different,but
4、there is no specification to follow for the design of plastic concrete mix proportion at present.Therefore,the research is based on ABAQUS finite element software to test the compressive performance of plastic concrete with different mix proportions.The results show that with the increase of cement
5、content from 120kg/m3 to 200kg/m3,the increase of compressive strength of plastic concrete shows a decreasing trend;with the increase of clay content from 60kg/m3 to 140kg/m3,the compressive strength of plastic concrete shows a trend of decreasing first and then tending to level.This shows that the
6、proposed method can effectively measure the mechanical properties of plastic concrete under different mix ratios.Key words:plastic concrete;cement;clay;mix ratio;compressive strength0 引 言2008 年以来,混凝土防渗墙逐渐在国内得到较大发展,部分混凝土防渗工程建设处于世界领先水准1-2。但刚性混凝土防渗墙自身存在一定局限性,这集中体现在其具有的超高弹性模量上,如一般的刚性混凝土防渗墙的弹性模量高达10 000M
7、Pa3-4。高弹性模量使该类防渗墙与其69温林山:基于典型断面有限元模型的水库加固工程塑性混凝土防渗墙性能研究第 9 期周围土体难以保持变形协调,因而防渗墙顶及其侧面的受力会相对增加,导致墙体损坏的风险增加,也威胁着水坝的安全5。塑性混凝土由于采用黏土或膨润土替代防渗墙中部分水泥用量,使其具备了低弹性模量同时高渗透性的特点6。此外,由于塑性混凝土采用较低含量的水泥材料,其适应周围土体变形能力增强,因此具有较高的抗裂能力。从经济效益上考虑,由于塑性混凝土原材料可以就地取材,因此效益更高。鉴于此,本文基于有限元法,分析不同配合比下塑性混凝土防渗墙的抗压性能。1 基于 ABAQUS 的塑性混凝土防渗
8、墙性能分析1.1 防渗墙加固施工分析防渗墙属于地下连续防渗墙体。在墙体上凿孔或挖孔后,待填充的防渗材料将被浇筑于孔中,从而得到防渗墙。塑性混凝土防渗墙属于应用较广的一种防渗墙。在原材料的用量上,塑性混凝土防渗墙中,水泥含量较低,而膨润土和黏土等含量较高,这种配比特点可使其具备较好的抗渗性能以及抗震性能7。图 1 为水利工程中防渗设计的主要内容。图 1 防渗设计的主要内容从图 1 可以看出,防渗设计首先需要进行墙体材料和墙体厚度的选取,然后进行渗流计算以及结构计算,最后确定防渗墙与其他建筑的连接方式,并对之进行质量监测。防渗墙厚度设计重点在于防渗耐久性设计。对于防渗墙而言,其耐久性水平主要与防止
9、渗流侵蚀以及防止化学溶蚀有关,而这两种对墙体的破坏效应与水力梯度紧密相连。因此,防渗墙厚度最终取决于水力梯度大小8。一般而言,水力梯度取值在 5060 之间。墙体深度则取决于土石坝类型,当土石坝非新建类型而是需要除险加固时,墙体深度不仅要考虑坝基部分,还需要将坝体部分考虑在内。造孔施工准备是防渗墙施工的重点。防渗墙的性能好坏由槽孔精度直接决定,所以造孔成槽工序将在墙体设计过程中占据 50%的施工期限。为了获得良好的造孔质量,槽孔的定位放样需要按照设计方案严格执行,且需要将导向槽置于槽孔上方,以实现对槽孔方向的调控9。此外,为了提升工程效率,挖槽时需要进行分段处理,且对于每一个槽段,应分出主孔和
10、副孔。1.2 塑性混凝土抗压强度分析塑性混凝土由水泥、黏土、膨润土等原材料构成。原材料使用量的差异带来混合比的不同,进而使塑性混凝土的力学性质发生变化。本研究旨在考察不同混合比下,塑性混凝土随每种原材料含量变化的力学参数变化规律。实验仪器液压式压力测试机主要由液压机、测力计以及传感器组成。液压机用于对试件施加外压;测力计用于显示试验力的大小;传感器包含记录荷载数据的压力传感器以及记录试件位移变化的位移传感器。参考相关技术参数,实验时最大试验力取 600kN,试验力取值范围 240 600kN,压力示数相对误差应低于 1%,压盘间距 500mm。图 2为塑性混凝土坍落度试验示意图10。图 2 坍
11、落度试验示意图在进行试件坍落度试验之前,坍落度桶需要保持干净和一定湿度。将坍落度桶放在钢板上,并与钢板紧密接触。之后,塑性混凝土试件分 3层装进漏斗,且需要保持各层试件体积相当。试验中,还需要使用一根金属棒,在坍落度桶中进行插捣操作。插捣操作完成后,需要将坍落度桶79第 29 卷第 9 期2023 年 9 月水利科技与经济Water Conservancy Science and Technology and EconomyVol.29 No.9September,2023放在试件旁边,两者顶部高度差即为坍落度,单位为 mm。试件扩散完成后,对应的直径为扩展度,单位为 mm。立方体抗压强度值及
12、圆柱体抗压弹性模量计算表达式如下:pcc=FAEc=F2-F1ALL(1)式中:F 为试件临近损坏时对应的荷载大小,N;A 为试件受力面积,mm2;pcc为立方体抗压强度值,MPa。Ec为静力作用下的抗压弹性模量,MPa;F2、F1分别为 40%占比的试件最大荷载以及20%的试件最大荷载,N;L 为应力 F1增加到 F2过程中试件形变量,mm;L 为标距,mm。立方体抗压强度试验以及圆柱体抗压弹性模量试验均是通过对试件施加荷载来测量试件的形变大小,区别在于前者使用的是立方体试件,后者采用的是圆柱体试件。1.3 基于 ABAQUS 有限元软件的非线性分析线性有限元分析要求土体材料的应力和变形曲线
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