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1、帷幕灌浆钻孔数值模拟及应用研究帷幕灌浆一直是水工建筑物地基防渗处理的主要手段, 对保证水工建筑物的安全运行起着重要作用。帷幕灌浆通过对大坝基岩进行钻孔, 将浆液灌入岩体或土层的裂隙、孔隙 , 形成连续的阻水帷幕 , 以减小渗流量和降低渗透压力, 防止水电工程大坝中水库的水体或者地下水向大坝基岩的渗透。帷幕灌浆施工首先必须钻孔, 因此 , 钻孔质量的优劣直接影响帷幕的形成效果 , 最终对帷幕是否能够有效防止渗透有非常重要的意义。本文基于帷幕灌浆钻孔力学分析 , 利用 ANSYS软件对其进行模拟仿真 , 探讨了钻压、灌浆孔设计顶角、孔壁间隙等因素对钻孔孔斜的影响 , 提出了可用于工程实际的钻孔防斜
2、方案。本文从灌浆工区具体地质条件入手 , 对钻具管柱运动状况、受力状态、载荷种类进行了分析 , 并对钻具管柱进行静力学计算 , 得出轴向力、扭矩公式。对钻具管柱进行应力、变形分析及稳定性研究 , 得出钻压对钻具管柱的应力、变形、弯曲形态等有重要影响 , 是提供偏倒力 , 引起钻孔弯曲的主要因素。对平底圆柱钻头、球形钻头在轴向力和切向力共同作用下的岩石应力状态进行分析研究 ; 分析孔底碎岩过程 , 揭示其孔底碎岩机理。 针对大岗山水电站帷幕灌浆孔钻孔弯曲情况 , 建立了不同灌浆孔弯曲的分析模型 , 进行相应的数值分析 , 解释了非均匀应力产生的孔底反力在各方向上存在数值差异, 是导致钻头偏转 ,
3、 致使钻进偏斜 , 进而出现灌浆孔弯曲的原因。通过有限元分析模型分析钻压、 灌浆孔设计顶角、 孔壁间隙、 扶正器与钻头距离对侧向力的影响 , 得出重要的结论 : 在防斜方案设计时 , 应重点考虑钻压对钻具弯曲形式的影响 , 钻孔施工时钻压不得超过临界钻压 , 否则钻柱会由直线稳定形态变为正弦弯曲形态 ; 孔壁间隙是引起钻孔弯曲的重要因素 , 在帷幕灌浆孔钻孔施工过程中 , 钻具应该选取小孔壁间隙; 在设计灌浆孔的时候 , 尽可能的把灌浆孔的形状设计为垂直孔或者具有小顶角的斜直孔, 这样能够保证钻具具有良好的防斜效果 ; 使用多扶钻具可大大减小钻具与井壁的接触, 减少粘附卡钻或压差卡钻现象。绳索取芯方案、三扶正器方案、离心力防斜纠斜技术方案, 可适用于各种地层 , 钻进效率高 , 同时能有效减小孔壁间隙, 解决地层倾角的井斜问题。