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碾压混凝土(Roller Compacted Concrete,RCC)以其施工机械化程度高、工期短、投资省等优点,使其在水利水电大坝施工中得到广泛的应用。RCC坝迎水面往往需要采用注入定量的浆液并经振捣密实后形成的变态混凝土层来提高其防渗性能。根据已建成的碾压混凝土坝资料可知,目前已有出现变态混凝土防渗失效案例。通过试验检测可知,变态混凝土防渗失效的主要原因为变态混凝土施工中加浆不均匀所致。为了解决变态混凝土施工中加浆均匀性这一工程难题,需要深入研究变态混凝土施工中浆液扩散规律。目前为止,大部分关于变态混凝土方面的研究主要侧重于其施工工艺或者注浆材料,关于浆液扩散的研究主要是研究浆液在沙砾石层或者地基基础中的变化规律,由于碾压混凝土与沙砾层和地基基础均不相同,故其扩散规律不能运用于变态混凝土施工中。虽然有少数学者对浆液在变态混凝土施工中的扩散规律进行相关的研究,但是一般只研究注浆压力、注浆时间和骨料粒径对浆液扩散的影响,而浆液扩散不仅与上述因素有关,还与加浆量、碾压混凝土拌合物的渗透系数、浆液的水胶比、出浆孔深度和排数等因素有关。因此,本文主要研究变态混凝土施工中浆液扩散与上述因素之间的规律。 根据本文的研究内容,主要需要进行如下工作: (1)对变态混凝土组合物特性进行研究。结合文献和工程资料,对变态混凝土浆液的特性和碾压混凝土拌合物的特性进行分析,主要对浆液的流型和影响浆液扩散的因素进行研究,同时进行可注性分析,为模型建立提供依据。鉴于现有渗透模型和扩散理论,研究浆液流态的判定方法,给出幂律型浆液的渗流方程。 (2)根据变态混凝土施工特点建立室内试验装置模型,用于测定浆液在不同注浆因素下的扩散情况,得出浆液在变态混凝土中的扩散情况。研究注浆压力、水胶比、渗透系数、加浆量、出浆孔深度和排数与浆液扩散半径的关系,得出变态混凝土施工中浆液扩散半径计算公式。 (3)建立数值模拟模型,应用FLUENT软件模拟浆液的在碾压混凝土拌合物中是渗透流动,首先模拟分析不同出浆孔排数的扩散情况,选出最合适的出浆孔布置,其次模拟浆液在不同注浆压力、注浆量、水胶比和渗透系数条件下浆液的扩散情况,并对比分析软件模拟计算半径与拟合公式计算半径的数值,验证拟合公式的正确性。 (4)在具体水电站施工现场中进行成孔注浆试验,通过测试浆液在不同注浆条件下浆液的实际扩散值,把实际测量值与公式计算值进行对比,验证经验公式的正确性。并且将该经验公式导入到成孔注浆设备中,指导变态混凝土施工。