水力劈裂

摘要： 利用扩展有限单元法在求解不连续问题上的独有优势,在裂纹面以水压力方式模拟水力劈裂荷载,以解决裂纹扩展时涉及裂纹面非线性和移动边界问题。针对某待建混凝土重力坝,通过ABAQUS软件建立黏聚力裂纹扩展模型模拟水力劈裂,采用上游超载静水压力模拟高水压作用,研究不同裂纹长度、角度及裂纹面水压力对裂纹扩展的影响。结果表明:在相同初始裂纹夹角和水压作用下,裂纹起裂方向与预置裂纹方向夹角值基本一致;预置裂纹与水平向夹角为45°时,裂纹扩展深度最浅;随着裂纹面水压力数值增大,坝踵预置裂纹逐渐向坝基底部扩展;随着坝体折断面预置裂纹长度的增加,预置裂纹尖端周围应力值逐步增大,坝顶和主裂纹最大张开位移也随之增大,最终形成一条主裂纹并不断地向下游坝基面进行扩展,结构承载能力逐渐降低。

摘要： 心墙拱效应是威胁超高心墙堆石坝安全的一个重要因素.通常采用心墙掺砾来减弱拱效应,但即便是掺砾情况下超高砾质土心墙堆石坝往往仍存在较大的心墙拱效应,且过多掺砾易形成渗流通道,不利于大坝防渗.考虑向砾质土中加入固化剂来制备胶结砾质土心墙料,以提高其变形模量,减弱心墙拱效应.以西南某高堆石坝为例,对不同固化剂掺量下胶结砾质土心墙堆石坝开展应力变形有限元数值模拟,分析胶结砾质土心墙坝的应力、变形等性态;同时,采用扩展有限元法(XFEM)分别对心墙上、中、下3个部位预设的裂缝进行正常蓄水期及水位超坝顶两种工况下的裂缝扩展模拟,以分析固化剂掺量对胶结砾质土心墙裂缝扩展的影响.结果表明:心墙固化剂掺量的增加可有效减弱大坝心墙拱效应,改善心墙抗水力劈裂性能;坝体应力水平及位移变化率均随着固化剂掺量的增加而减小,在一定程度上避免坝体因剪应力过大或变形不协调而发生破坏;心墙上部预设裂缝更易发生扩展,固化剂的掺加可有效抑制心墙裂缝的扩展,避免形成渗流通道.可见,胶结砾质土可为超高堆石坝心墙坝料选择提供一种新的可能.

摘要： 挪威Hyttejuvet坝为加快心墙孔隙水压力消散,在施工过程中减小心墙宽度,致使心墙结构异变,初次蓄水后出现水力劈裂现象。为探究这种结构突变对形成水力劈裂的影响,采用离心模型试验,重点模拟心墙突变段在施工期和蓄水期的应力状态,成功再现心墙坡比突变处水力劈裂现象。试验结果表明:由于填筑土料力学特性及固结发展,心墙和坝壳两种介质接触面附近形成拱效应,初次蓄水期水压力又侧向加荷,导致局部出现竖向应力小于水平应力的应力偏转现象。基于Geostudio渗流-应力耦合模块,建立土石坝模型,分析不同形态心墙上游面发生水力劈裂的危险位置。数值模拟研究表明:突变段心墙拱效应最为显著,无突变心墙则在高程85 m以上拱效应显著,且坡比越小,抗水力劈裂破坏能力越弱。

摘要： 发生强震时主震会给重力坝带来损伤破坏,伴随主震发生的多次余震也会给重力坝带来额外的累积损伤破坏,目前关于重力坝在地震作用下的损伤研究大多都只考虑了主震及一次余震。因此,为了更加全面地分析评估多次余震对重力坝结构的累积损伤破坏,基于混凝土塑性损伤模型,结合水工混凝土P⁃D⁃ε曲线求解重力坝在多次主余震序列作用下的损伤,并考虑坝体位于水下部位出现裂缝后产生的水力劈裂现象,研究主震受损混凝土重力坝在强余震作用下的非线性动态响应。加载余震直至结构发生贯穿性裂缝破坏,并再次对破坏后的坝体结构重新建模,进一步分析后续的滑移、倾覆失稳情况。结果表明:强主震作用下坝体仅受到轻微至中等破坏,基本满足设计可修复的设计原则;多次余震对重力坝坝体的塑性损伤效益累积作用明显,坝体损伤区主要集中在坝踵、建基面和上游折坡点附近;随着余震次数的累计增加,塑性应变均有不同幅度的提高,最终由于累计损伤产生了贯穿性裂缝;水力劈裂对于重力坝塑性损伤累积、滑移和倾覆失稳等影响显著。

摘要： 本文针对高水压导致隧洞水力劈裂问题,运用PFC2D离散元模拟软件从细观力学角度出发,考虑水岩耦合条件建立水力劈裂数值模型,研究高内水压下围岩水力劈裂机制,获取水力劈裂发展过程,并分析大主应力对裂缝发展规律影响。研究表明:在高内水压作用下,洞壁处围岩首先劈裂,进入裂缝中的水对裂纹侧壁产生水压力,进而使裂纹尖端产生拉应力,进一步引起裂纹扩展;高内水压随裂纹扩展距离逐渐衰减,当裂纹扩展至一定距离后由于水压力小于围岩抗拉强度而趋于稳定;黏聚力增大会对裂缝发展起抑制作用,而内摩擦角对劈裂效果影响甚微;水力劈裂方向与地应力大主应力方向一致,大主应力对开裂起促进作用,小主应力对开裂起抑制作用。研究结果可为抽水蓄能电站等高压隧洞工程设计与施工提供依据。

摘要： 我国西部地区水电站多位于高山峡谷地区,水工隧洞常被深埋于地下水位以下的位置,导致水工隧洞常出现水力劈裂现象.本文采用线弹性断裂力学分析方法从深部围岩裂纹扩展入手,建立深埋水工隧洞围岩力学模型,分析深埋水工隧洞的水力劈裂现象;在计算过程中同时考虑高地应力和高渗透压力两种情况,并引入广义临界水压力,导出广义临界水压力在拉剪复合模式下和压剪复合模式下的表达式,最后分析获得在压剪复合状态下的广义临界水压力与中心裂缝角度β之间的关系.

摘要： 分析在高渗透压力作用下衬砌的水力劈裂机理,可为后续衬砌的防水设计提供理论支撑。文章结合深埋公路特长隧道特性,利用断裂理论对隧道衬砌水力劈裂作用从微观角度进行作业分析遥基于深埋隧道存在着高渗透压力、高地应力,将二者结合进行考虑,引入广义临界水压力进行裂纹扩展分析。依据工程实际,分析隧道渗水裂缝的具体位置,与力学分析相结合,验证了隧道的边墙位置发生渗水的概率最大。

摘要： 初次蓄水过程中的水力劈裂破坏是土质心墙土石坝面临的最主要安全问题之一.为探索这一难题,回顾了疑似水力劈裂事故及暨有研究尚不能回答的问题,探讨了水力劈裂所需的必备应力条件和可能原因.分析了既有浸水湿化变形试验并建议了采用时间对数演进模式、单位时间湿化体变和湿化剪应变分别取决于围压和剪应力水平的湿化变形时间过程计算模型,并应用于模型坝数值模拟,再现了初蓄过程水力劈裂破坏所需应力条件,得到了顺岸坡方向上后期变形增量空间分布导致心墙拉伸和水力劈裂破坏的机理.最后提出了确保坝壳压实度、控制后期浸水后变形,保证心墙与坝壳后期变形量值和速率协调为核心的水力劈裂防控方法建议.

摘要： 针对高承压水引发水力劈裂导致巷道的突水渗水问题,对离散元流固耦合算法进行改进,更新了流体通道长度和水压力对颗粒的作用模式.进行水力劈裂裂隙(HFs)与天然软弱面(WPs)相互作用的数值模拟,得到5种作用模式,并获取不同模式之间的临界水压力值,进一步分析了试件的位移、接触力以及特征点的应力变化.结果表明:1)定压力注水试验,流体压力值在初始注水处最大,沿裂隙扩展方向逐渐减小;2)不同模式下试样位移响应具有差异性,法向接触力接触方向存在明显竖直优势面,切向接触力则产生4个垂直的优势方向;3)测量圆1处应力在起裂阶段变化剧烈,最大主应力始终为压应力,测量圆2处应力响应相对滞后,主应力曲线的特征是由劈裂裂隙和软弱面之间的作用模式决定.

摘要： 针对其他数值方法模拟水力劈裂的局限性,基于PFC颗粒离散元法建立了细观尺度混凝土水力劈裂流固耦合模型.模拟中提取随机圆形骨料信息生成不规则多边形骨料三相细观模型,通过平行粘结体现界面相力学,流体域之间管流体现混凝土各相渗流特性,并且各相取各自的平行粘结力学及渗透参数.通过创建存储渗流管道信息的链表,确保了渗流管道孔径与颗粒间作用力的耦合关系.将改进的流固耦合模型结果与试验结果进行对比,验证了所建模型的合理性.开展不同轴压作用下的混凝土水力劈裂数值试验,得到的临界水压随轴压的增加而线性增大,且模型表现为法向张拉破坏.该细观模型为进一步研究复杂受力状态下混凝土水力劈裂的细观破坏机理提供了新途径.

摘要： 土质心墙堆石坝在水库初次蓄水时防渗体有水力劈裂破坏风险,这种风险的分析是心墙坝设计的重要内容.本文分析比较了总应力法、有效应力法、综合法及预设渗透弱面法等常用的心墙堆石坝水力劈裂分析判别方法的优缺点,提出了一个基于不设弱面时给定填筑蓄水方案情况下心墙的有效应力,即通过分析典型部位渗透弱面出现后有效应力的降低量评估任意部位存在渗透弱面时有效应力的方法,从而判别整个心墙的水力劈裂风险.应用三维有限元方法,对长河坝心墙堆石坝进行了全面的水力劈裂风险分析,指出高心墙堆石坝心墙与陡峭岸坡相接部位相对于河谷部位水力劈裂风险较高.离坝顶越近,水力劈裂风险越高.水库低水位时心墙的水力劈裂风险很低,因而蓄水初期快速蓄水一般不会造成心墙的水力劈裂.水库高水位时水力劈裂风险较高.

摘要： 前坪水库为淮河流域沙颍河支流北汝河上游控制性工程,水库大坝为粘土心墙坝,心墙土料与坝壳砂卵砾石料、堆石料模量差别较大,为研究大坝心墙拱效应对心墙的应力变形及抗水力劈裂的影响,根据大坝材料分区及坝基地质情况,考虑施工填筑及蓄水过程分级加载,采用非线性邓肯-张模型对大坝应力变形进行分析,对心墙的变形、应力、抗水力劈裂安全进行分析.计算结果表明,坝体应力和变形分布符合一般规律,坝体竖向沉降的最大值均发生在1/2～2/3坝高范围内,考虑心墙拱效应后,心墙抗水利劈裂是安全的.

摘要： 水力劈裂可能导致心墙堆石坝的整体破坏,造成严重后果,提高心墙的水力劈裂自愈能力将有助于保证心墙堆石坝的运行安全.为研究心墙料水力劈裂自愈能力的影响因素和影响规律,本文自行研制了试验装置,采用平板型试样,对不同初始含水率和干密度的心墙料,在不同初始裂缝深度条件下,进行了水力劈裂自愈合试验.试验结果表明,初始裂缝的深度越小对心墙料水力劈裂自愈合越有利,初始含水率的大小对其无影响,而心墙料的干密度过大或过小都不利于水力劈裂后自愈.基于试验结果,建议了提高心墙坝水力劈裂愈合能力的工程措施.

摘要： 本文回顾了Hyttejuvet心墙坝首次蓄水过程中的渗漏过程和位置、坝顶沉降规律等现象,对早期的坝壳与心墙间拱效应引起水力劈裂的假想进行了分析,研究了其他可能的渗漏原因.研究了水力劈裂的方向性与心墙内部主应力方向之间的关系,建议了重点关注岸坡作用效果,既考察心墙内是否出现有效应力小于零,又考察有效小主应力正交面是否能穿过心墙的水力劈裂的判据。

摘要： 本文依据土石心墙坝工程实践,说明水力劈裂及侵蚀的机理,认为它与应力变形和存在侵蚀变形有关,因而必须从筑坝材料性质、施工程序来改善应力条件,最终采用滤层结构作可防治根本保障。

摘要： 水工地下洞室一般处于水下,洞室周围孔隙水压力相对较大,尤其是高水头隧洞。孔隙水压力对洞室产生了非常不利的影响,其中水力劈裂是危害最大不利影响中的一种。主要研究在高水位作用下,孔隙水压力对围岩的水力劈裂作用,给出两种不同计算临界孔隙水压力的方法,并对其进行分析,结合实际工程比较两种方法的差异。

摘要： 本文基于Biot固结理论的有效应力分析理论,采用二维数值模拟分析方法,研究了大坝的坝体水力劈裂前后过程中孔隙水压力的变化过程.首先,分析了坝体的竣工期拱效应;其次,探讨了从竣工固结到蓄水过程和稳定渗流期孔隙水压力变化分布特点;最后,对坝体心墙发生水力劈裂的可能性进行判断.研究结果表明:黏土心墙堆石坝心墙内部孔隙水压力梯度的模拟分析能更加合理地解释水力劈裂发生与蓄水速度和心墙的低渗透性的关系,因此分析考虑水位上升过程中黏土心墙内孔隙水压力分布情况是心墙水力劈裂发生机理的重点.

摘要： 在总结国内外关于水力劈裂机理分析及数值模拟方法的基础上，将所提出的渗透弱面水压楔劈作用模型引入基于比奥固结理论的有效应力法，采用弥散裂缝理论描述了水力劈裂裂缝的发展过程，建立了用于描述水力劈裂发生和扩展过程的数学模型及有限元计算模式。模拟了挪威Hyttejuvet坝水力劈裂破坏的发生过程，计算结果表明本文建立的数学模型和相应计算模式能够较好地模拟土石坝水力劈裂的破坏过程，可用于土石坝工程的安全性评价。

摘要： 本文对历史上可能出现水力劈裂的一些典型心墙坝的工程现象进行了回顾，并对工程出现渗漏或破坏的原因进行了分析。工程的反思回顾说明，心墙坝中坝体与岸坡之间的拱效应、坝壳与心墙之间的拱效应确实存在，两者之中坝体与岸坡之间的拱效应对坝体的抗水力劈裂破坏能力影响较大。坝体与岸坡之间的拱效应、心墙与坝壳的拱效应联合作用，可能导致出现有效小土应力小于零，其正交面又穿过心墙的情况。rn 本文建议重点关注岸坡作用效果，既考察心墙内是否出现有效应力小于零，义考察有效小主应力正交面是否能穿过心墙的水力劈裂的判据。rn 本文对一座300m级心墙堆石坝坝进行了实例分析。岸坡对心墙的拱效应可能导致临近岸坡附近的小主应力方向成为顺坝轴线方向，导致变形较大的心培与岸坡接触面出现渗透破坏风险。岸坡与心墙的拱效应、坝壳与心墙的拱效应联合作用可能导致心墙中出现有效小土应力区，当该区域的外边界即库水入渗锋面穿透心墙时，心墙将可发生水力劈裂破坏。

摘要： 心墙堆石坝初次蓄水期常是事故高发期,特别是蓄水速度较快时可能对坝体安全造成不利影响,如心墙裂缝、渗透变形、坝坡失稳等,而且还可能引起坝体后期沉降增加且延长变形稳定时间.为确保大坝安全,需对初次蓄水速度进行深入研究.本文依托糯扎渡高心墙堆石坝工程,从变形、应力、水力劈裂、渗透变形、坝坡稳定等方面研究了初次蓄水时大坝的安全特性,并提出蓄水速度建议。

摘要： 本发明属于矿井坚硬顶板卸压技术领域，具体为一种水力切槽与高压劈裂耦合的坚硬顶板造缝方法，用于煤矿工作面坚硬顶板造缝切顶，解决了背景技术中的技术问题，其首先采用水力切割枪形成放射性预制裂缝切槽，其次将助推剂塞入钻孔内引爆后形成高压气体，高压气体沿着预制裂缝扩展裂缝在相邻钻孔间形成贯穿连续的裂缝，裂缝扩展形态可实现精准控制，卸压效果好。本发明所述的造缝方法成本低，操作工艺简单。

摘要： 本发明公开了一种混凝土水力劈裂测试中密封加固装置，本发明包括左右对称设置的两个钢框架、托盘和支撑座，钢框架由四条钢块组合制成，支撑座通过铰链连接在钢框架之间，铰链由两个钢条铰接制成，钢条分别铰接在两个钢框架上，两个钢条的铰接点处铰接有支撑座；托盘上设有扣槽，托盘通过扣槽和长螺栓固定在钢框架之间。本装置通过铰链及交错的底部托盘使得固定于试件上的钢框架能够随着试件裂缝发展而作相应的协调变形，从而消除加固装置对试件断裂过程的影响，进而提高水力劈裂作用下混凝土试件断裂试验的结果精度。

摘要： 本发明公开了一种模拟心墙坝水力劈裂的可视化试验装置及试验方法，包括压力室壳体、围压施压机构、轴压施加机构、试样裂缝破坏机构和监测机构；压力室壳体包括底座、压力室顶盖、钢板和高强钢化玻璃。心墙试样放置在压力室中部，心墙试样两侧布设砂层，砂层与钢板间形成围压腔；心墙试样具有初始裂缝；初始裂缝内填充具有彩色示踪剂的砂层；围压施压机构包括围压进孔、围压出孔和围压溢出管；轴压施加机构用于向心墙试样施加轴向压力；试样裂缝破坏机构包括水压进孔和水压出孔；监测机构包括围压传感器、水压传感器、轴压传感器和电磁流量计。本发明能实现水力劈裂试验过程的可视化，从而能有效地应用于心墙坝水力劈裂试验研究。

摘要： 本发明提供一种平面可视化水力劈裂模拟试验方法，针对岩石水力劈裂试验难以密封，试验过程难以监测的难题，在试样模具中放置用于预制纺锤形裂隙的钢插件，在模具中浇筑类岩石材料，振捣，养护至初凝，然后拆除模具与钢插件，继续养护至设定龄期，得到含预制纺锤形裂隙的类岩石试样，通过双轴试验机在类岩石试样上施加设定的双轴作用力，在纺锤形裂隙中放置一个与预制裂隙形状、大小相同的高强橡胶水囊，通过高强橡胶管将水囊连接至水压机，使水囊加压后与裂隙表面良好接触，加压至类岩石试样预制裂隙劈裂破坏，纺锤形裂隙可以与高强橡胶水囊变形耦合，在模拟水压作用时，体现裂隙的尖端效应。

摘要： 本发明公开了一种三轴应力下混凝土构件水力劈裂试验装置及试验方法，包括三轴加载系统、水密封装置、水压加载系统和声发射测试系统；水密封装置包括两块密封钢板、T型凸槽、T型密封垫、进水孔和出水孔；两块密封钢板贴合在混凝土构件的前后侧面，且均设置有T型凸槽，T型凸槽分别与预制裂缝连通；在每个T型凸槽内各密封配合一个T型密封垫；每个T型密封垫内均设有L型预留孔；水压加载系统用于向预制裂缝内施加0~400m的高压水头；声发射测试系统用于监测混凝土构件水力劈裂过程中，预制裂缝发展变化的声发射信号。本发明能够简化试验操作过程并能有效监测劈裂经时过程，同时实现三轴应力下混凝土构件水力劈裂研究，贴近实际工程情况。

摘要： 本发明公开一种干硬性混凝土水力劈裂试件及实施方法，包括模具、夯震密实的干硬性混凝土和成缝构件，成缝构件包括成缝片、进水管和出水管，成缝构件位于夯震密实模具一半容量的干硬性混凝土上表面的中心位置，成缝片包括结构相同的上成缝片和下成缝片并呈上下对齐状，上成缝片包括上片体、上粘合密封带和上垫片，上片体的下表面的外缘部围粘上粘合密封带，上垫片位于上粘合密封带的内圈，下成缝片包括下片体、下粘合密封带和下垫片，上粘合密封带与下粘合密封带的粘接面之间间隔设有6～10个相同的隔片，上、下垫片为透水材质，上垫片和下垫片之间有自由充水的孔隙，进水管与出水管的一端伸入该上、下粘合密封带的内圈，进水管和出水管的另一端分别从模具的两个相互对应边壁伸出。

摘要： 本发明涉及一种快速变温耦合复杂应力条件下的水工混凝土水力劈裂装置及方法，包括压力室，压力室内通过紧固装置对待试验的预制缝混凝土标准试件进行安装和固定，还包括安装在紧固装置外围的应力施加装置，用于实现对预制缝混凝土标准试件拉应力的施加，还包括空气加热系统以及循环水系统，空气加热系统与压力室连通，循环水系统布设在压力室内部，两者通过伺服系统控制共同作用实现压力室的快速变温；本发明不仅可以迅速对压力室进行变温，同时利用空气加热与循环水的共同作用来保持压力室内温度的稳定，而且可以迅速测得加入温度场的多场耦合条件下混凝土结构试件水力劈裂特性的试验数据，从而提高水力劈裂试验研究的额效率。

摘要： 本发明涉及一种旱涝急转诱发粘土铺盖水力劈裂三维可视化试验装置，该装置包括模型箱、干燥模拟系统、供水系统、裂缝监测系统，再选取试验材料制备模型、调试试验设备后进行离心试验。所述模型箱采用设置有监控孔洞的双层透明钢化玻璃制成用于试验模型的填筑，模型箱四壁双层钢化玻璃之间有可拆卸挡土板，模型箱顶部设有可拆卸密封盖板，模型箱底部配备真空抽排泵的排水孔用于试验中的渗水抽排；所述干燥模拟系统包括升高温度的长弧氙灯以及加速水分蒸发的风机；所述供水系统由储水箱、水泵、供水管路组成。

摘要： 本发明公开一种水力劈裂实验装置，包括两个相互对称设置的箱梁，所述箱梁两端分别通过固定梁实现固定，两个箱梁之间设置有支撑板，所述支撑板的两端分别通过连接板与两个箱梁连接，所述支撑板上设置有混凝土试样，所述混凝土试样的左右两端分别设置有左夹紧钢板和右夹紧钢板，所述左夹紧钢板的背面通过预制钢棒与拉压力传感器连接，所述预制钢棒从左侧箱梁上的预留孔惯出至该箱梁的背面并与液压千斤顶连接，所述右夹紧钢板的背面通过预制短钢棒与右侧箱梁连接，所述混凝土试样上下对面对称设置有正方形凹槽，所述正方形凹槽中间部位设置有预制裂缝，所述两个正方形凹槽上均设置有密封组件。

摘要： 本实用新型公开了一种真三轴岩体水力劈裂及劈裂注浆模拟试验装置，包括刚性反力架和长方体试样，长方体试样密封设置在刚性反力架内，长方体试样和刚性反力架之间设置有若干油缸活塞，长方体试样和油缸活塞之间设置有传力板，长方体试样上设置有压裂孔或预制裂隙，压裂孔或预制裂隙通过油水分离传力缸与高压水压源或劈裂注浆系统连接，油缸活塞分别与液压系统和裂隙水压系统连接，传力板、油缸活塞、油水分离传力缸和高压水压源或劈裂注浆系统均与监测系统连接。本实用新型结构简单，使用方便，能够较好的模拟真三轴岩体水力劈裂及劈裂注浆模拟试验，便于相应机理机制的研究，为实际应用提供理论依据。