【摘要】：摘要：當前我國進入了水利水電工程大規(guī)模開發(fā)建設(shè)的關(guān)鍵時期,作為大壩基礎(chǔ)施工主要加固手段的灌漿技術(shù)得到了大范圍的推廣運用。由于建壩高度的不斷升級,灌漿加固壩基巖體以形成抗?jié)B透能力強、耐久性好的基礎(chǔ)防滲帷幕變得尤為關(guān)鍵。灌漿工程因是隱蔽工程,其施工質(zhì)量和灌漿效果難以進行直觀檢測,必須要借助于對灌漿施工參數(shù)的分析來評定。由于受到壓力波動、漿液流變特性和巖體裂隙幾何結(jié)構(gòu)特征等諸多因素的影響,灌漿質(zhì)量檢測和控制的自動化程度不高。尤其灌漿壓力的反饋控制仍然采取人工調(diào)節(jié)以致其控制精度和控制響應(yīng)時間無法滿足工程實際的需要,且容易因操作失誤致使灌漿壓力超限而造成巖體張拉破壞、地層抬動變形,引起工程安全事故。 基于以上情況,本文采取理論與實踐相結(jié)合的方法,通過總結(jié)和歸納漿液在大壩基巖裂隙中的滲流特性來了解灌漿控制機理；通過分析和總結(jié)巖體變形效應(yīng)及灌漿壓力的計算方法來提出灌漿壓力的綜合設(shè)計原則；基于對灌漿壓力波動機理的探討、灌漿管路流體力學(xué)數(shù)學(xué)建模和自動控制分析,設(shè)計研發(fā)了灌漿壓力自動控制系統(tǒng)(GPAC系統(tǒng))；通過室內(nèi)模擬灌漿試驗和糯扎渡水電站壩基帷幕灌漿現(xiàn)場試驗對該系統(tǒng)進行控制性能的驗證和灌漿效果評價,以改進和完善系統(tǒng)。論文的研究工作主要包括以下內(nèi)容： (1)討論和總結(jié)灌漿壓力的組成及其經(jīng)驗取值法、壩基帷幕灌漿壓力的逆推計算法和灌漿試驗確定最大灌漿壓力法(包括常規(guī)壓水試驗和水力階撐試驗)；根據(jù)灌漿壓力過大引起的水力劈裂效應(yīng)、擴縫效應(yīng)和壓力擠密效應(yīng),詳細分析這些巖體變形效應(yīng)的發(fā)生機理及有利、可控的巖體變形發(fā)生時相應(yīng)灌漿壓力的計算方法。綜合上述,提出了灌漿壓力的綜合設(shè)計原則與確定方法。 (2)從灌漿管路系統(tǒng)的流量壓降關(guān)系和漿液的流變特性出發(fā),探討了管路系統(tǒng)中灌漿壓力的波動機理,認為：灌漿孔內(nèi)地層的阻尼特性、調(diào)節(jié)閥的流量特性和運行開度以及灌漿泵的脈動特性是造成循環(huán)式灌漿管路系統(tǒng)內(nèi)灌漿壓力波動變化的主要影響因素。根據(jù)灌漿管路漿液一維流動模型的流量壓降關(guān)系建立了管路系統(tǒng)的靜態(tài)平衡控制方程組；根據(jù)可壓縮流體的非定常流動,對灌漿管道中的瞬變流動進行動態(tài)瞬變分析,建立其基本微分方程,運用特征線法進行網(wǎng)格劃分和有限差分,根據(jù)邊界條件,用Newton-Raphson算法求其數(shù)值解,用一系列代表灌漿管道、管路設(shè)備、灌漿孔和調(diào)節(jié)閥的非線性代數(shù)方程組來簡化和描述整個灌漿管路,并研究管路中基本組成部件的阻尼系數(shù)的計算方法,從而得出灌漿壓力穩(wěn)定性控制的量化計算控制量,進而提出灌漿管路中灌漿壓力穩(wěn)定性的流體力學(xué)模型,為編制灌漿壓力穩(wěn)定性計算軟件提供了數(shù)學(xué)模型和控制參數(shù)。 (3)根據(jù)常規(guī)PID控制和模糊控制的算法原理與控制器設(shè)計,分析和論述各自的優(yōu)點和局限性。根據(jù)灌漿壓力波動的特點、自動控制的精度要求和反應(yīng)時間要求,將常規(guī)PID控制和模糊控制結(jié)合起來使用,提出具有參數(shù)自整定和控制規(guī)則自適應(yīng)特點的復(fù)合式控制算法即基于T-S模型的模糊PID控制算法(TS-FPID算法)。 (4)從軟件界面、基本功能和硬件組成等方面詳細介紹基于TS-FPID控制算法和灌漿管路系統(tǒng)流體力學(xué)模型的灌漿壓力自動控制系統(tǒng)(GPAC系統(tǒng))。GPAC系統(tǒng)上層軟件采用SIEMENS WINCC V7和STEP7軟件開發(fā),控制系統(tǒng)底層采用SIEMENS S7-400系列可編程序控制器,系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用PROFIBUS DP協(xié)議。 (5)根據(jù)實際灌漿工況布設(shè)灌漿管路進行室內(nèi)模擬灌漿試驗,包括：灌漿泵脈動特性試驗、電動調(diào)節(jié)閥阻尼系數(shù)試驗、灌漿壓力自動控制試驗等。試驗結(jié)果表明：當灌漿壓力在0-5MPa內(nèi)變化時,GPAC系統(tǒng)可在5-6s響應(yīng)時間內(nèi)實現(xiàn)壓力自動控制,并將控制精度保持在壓力設(shè)定值的5%以內(nèi),穩(wěn)定性良好,達到了壓力波動幅度的設(shè)計控制目標。在糯扎渡水電站壩基帷幕灌漿現(xiàn)場試驗中,運用GPAC系統(tǒng)對灌漿壓力進行實時檢測和反饋控制。現(xiàn)場試驗結(jié)果表明,試驗區(qū)的灌漿效果顯著,巖體裂隙和滲水通道被漿液充分填塞,巖體力學(xué)性能得到很大改善,巖層整體性更好,試驗區(qū)防滲性能達到了設(shè)計要求的防滲標準。GPAC系統(tǒng)控制精度高、響應(yīng)時間短、穩(wěn)定性好,遠遠優(yōu)越于人工控制,具有良好的工程經(jīng)濟性和安全性,可以在其他工程實踐中推廣應(yīng)用。
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【學(xué)位授予單位】：中南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TV223.4;TV543

【參考文獻】

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1 張曉群,呂惠民;壓力傳感器的發(fā)展、現(xiàn)狀與未來[J];半導(dǎo)體雜志;2000年01期

2 鄭長成;;灌漿壓力對裂隙巖體可灌性的影響分析[J];湖南文理學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版);2006年03期

3 王文良,楊繼恩,李斌;容柵式直線同步傳感器工作原理及系統(tǒng)設(shè)計方法[J];傳感器世界;1998年09期

4 陳彥玉;;混凝土壩裂縫灌漿關(guān)鍵技術(shù)問題探討[J];長江科學(xué)院院報;2011年03期

5 張鳳玲,王英賢,宋相國,康引明;GJY－Ⅱ型灌漿自動記錄儀初步應(yīng)用[J];長江科學(xué)院院報;1996年04期

6 李小青,高金川;試論灌漿壓力對灌漿效果的影響[J];地質(zhì)科技情報;1999年S1期

7 鄭長成;;巖體裂隙內(nèi)穩(wěn)定水泥漿液擴散范圍的理論分析[J];水利與建筑工程學(xué)報;2006年02期

8 林棟材;淺談巖體灌漿壓力的選擇[J];廣西水利水電;2005年03期

9 邢毅民,劉賀平,張建明,魏晨暉;一種基于T-S模型的模糊PID控制器的設(shè)計及應(yīng)用研究[J];工業(yè)加熱;2002年03期

10 張西中;王利民;劉立新;;基于WinCC和Step7的S7-400H冗余系統(tǒng)的實現(xiàn)[J];工業(yè)控制計算機;2007年01期

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1 李鳳玲;灌漿壓力控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究[D];中南大學(xué);2009年

2 蘇培莉;裂隙煤巖體注漿加固滲流機理及其應(yīng)用研究[D];西安科技大學(xué);2010年

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本文編號：2359942