管袋坝芯砂体沿袋间接缝渗透试验研究装置及方法

为了对管袋坝芯砂体在单向流作用下沿袋间接缝渗透变形问题作较深入的研究,提出了一种试验研究装置及试验方法;详细介绍了装置设计原理,装置组成部分;并叙述了试验方法,包括试验材料和试验过程,试验过程主要分为试验准备、试验实施、试验后处理3个步骤;最后,阐述了管袋坝芯砂体在单向流作用下沿袋间接缝渗透变形试验研究基本目标,包括渗透变形机理、渗透变形影响因素、渗透破坏判别方法以及渗透破坏防止措施.     

管袋坝芯砂体沿袋间接缝渗透试验研究装置及方法

为了对管袋坝芯砂体在单向流作用下沿袋间接缝渗透变形问题作较深入的研究,提出了一种试验研究装置及试验方法;详细介绍了装置设计原理,装置组成部分;并叙述了试验方法,包括试验材料和试验过程,试验过程主要分为试验准备、试验实施、试验后处理3个步骤;最后,阐述了管袋坝芯砂体在单向流作用下沿袋间接缝渗透变形试验研究基本目标,包括渗透变形机理、渗透变形影响因素、渗透破坏判别方法以及渗透破坏防止措施.     

降雨触发浅层坡体失稳的迟滞现象及其与土质参数的关联性

定义因降雨作用,坡体在降雨结束之后出现最不稳定状态(或滑坡)的现象为迟滞现象。根据雨水在土体中的入渗规律,给出2类降雨作用边坡的雨水入渗模型,以说明降雨触发边坡失稳迟滞现象的发生机理。定义临界时间概念。基于渗流-坡体稳定性耦合分析方法,采用数值分析手段研究迟滞现象与坡体土质参数的关联性。研究结果表明:迟滞现象与土体的渗透参数和强度参数均有关联;当渗透系数ks大于1×10~(-4) m/s,且进气排水能力较强时,土质坡体倾向于在降雨过程中失稳,当ks在1×10~(-7)~1×10~(-6) m/s范围内取值时,坡体的临界时间通常在降雨结束后取得;当土体强度参数一定时,随土体渗透能力增强,坡体的临界时间呈现出不断减小并最终趋于平缓的变化趋势;当土体渗透性一定时,随着土体强度参数增大,坡体的临界时间呈现出不断增大并最终趋于平缓的变化趋势;土体渗透性对迟滞现象的产生有主导作用,在满足渗透性条件下,土体强度参数对迟滞现象产生的影响在土体强度较低时起主导作用。     

波浪作用下管袋坝袋间接缝冲刷试验装置及方法

为模拟波浪作用下管袋坝芯砂体沿袋间接缝管路接触冲刷过程,自行设计了一套试验装置;该装置主要包括波浪发生器、管路、砂箱及信息采集设备;针对该装置提出了相关试验方法,包括试验材料和试验过程;最后,对该装置及方法的有效性进行了验证,证明该装置和方法可以完成对不同周期、能量波浪作用下管袋坝袋间接缝冲刷过程的模拟.     

模拟管袋坝接缝管路的糙率率定试验方法

为了解决模拟管袋坝袋间接缝管路的糙率边界条件模拟和观察试验的矛盾,自行设计一套糙率率定的试验装置,主要包括供水设备、模拟管路和数据采集设备.针对该试验装置提出了相应的试验原理和试验方法,并验证该试验装置及试验方法是可行的.在此基础上进行了纱网糙率率定试验,选出适当糙率的纱网完成对管路边界条件的模拟,同时满足观察管路中砂体的运移状态的需要.     

深厚覆盖层中新型扩底防渗墙对防渗效果的影响

为降低防渗墙端部的渗透坡降,提出改变防渗墙端部局部的结构形式,将常规长方体结构形式改为新型扩底结构形式,并对比分析了常规结构形式和扩底结构形式防渗墙端部渗透坡降的分布规律。研究表明:与常规结构形式相比,扩底结构形式能够显著降低防渗墙端部和下游坝脚出溢处的最大坡降;扩底结构的半径越大,防渗墙端部的最大渗透坡降越小,下游坝脚出溢处的最大渗透坡降越小;对于概化模型,常规结构形式防渗墙贯入深度为35 m时,防渗墙端部最大坡降为0.85,下游坝脚处最大渗透坡降为0.27,要达到相同防渗效果,半径1.5 m的扩底结构形式防渗墙的贯入深度仅需23 m;扩底结构形式显著优于常规形式,它能够大幅度降低防渗墙建设的工程量和工程造价,显著缩短防渗墙施工工期。     

土工布对砂质土渗透特性影响规律的试验研究

设计了由马氏瓶和渗透仪组成的常水头渗透试验系统,展开了不设置土工布与设置土工布的对照试验,分别研究了土工布放置位置和层数对土体渗透性能的影响规律;土工布上部荷载对土工布自身渗透系数的影响．试验结果表明:土工布可以有效减小土体的渗透系数,增大其临界渗透破坏水头高度,从而提升土体的渗透稳定性．但土工布上部荷载的增加,会导致土工布自身渗透系数的变大．通过对试验数据的处理,发现渗透系数随着土工布位置的增高与土工布层数的增多而减小,临界渗透破坏水头高度随着土工布层数的增多而增大;在设置单层土工布的情况下,土工布放置于土体中间位置处时,临界渗透破坏水头高度达到最大,土体的渗流稳定性最好．使用本文所推导的公式,可以较好地计算土体内土工布设置的埋深与土体渗透系数的对应关系．      

有限填土路堤挡土墙主动土压力研究

采用FLAC~(3D)软件建立有限差分数值模型,对有限填土路堤挡土墙的主动土压力进行研究,分析了挡土墙后有限填土由静止状态逐渐到主动极限平衡状态的过程,分别对有限填土条件下滑动面的发展规律及到达主动极限平衡状态所需要的位移、土压力的大小和分布进行了研究.结果表明:土体达到极限平衡状态所需要的位移随着路堤坡角的增大而增大;临界倾角小于依据库仑土压力理论得到的滑动面倾角;当墙后路堤边坡坡角增大至30°时,滑动面下部沿基岩面发展,上部在土体中发展;当基岩面倾角大于临界倾角时,采用库仑土压力理论将高估挡土墙的土压力.     

水位变化诱发均质黄土库岸失稳试验研究

水库水位变化是影响黄土库岸稳定性的重要因素.以不同坡度的边坡模型为研究对象,定量测试了水位变化过程中边坡不同位置处土体的位移、强度、水头变化趋势,探讨了不同坡度的黄土边坡的失稳形态.试验结果表明:坡外水位上升导致岸坡土体软化,坡体整体沉降加大,坡体变形以浅层滑坡为主;水位下降过程中,坡体后缘出现横向张拉裂缝,坡体前缘逐步滑塌,坡角越大,坍岸现象越严重;水位下降阶段导致的土体抗剪强度下降要明显大于水位上升阶段;水的软化作用导致土体强度降低,沉降变形增大,水位骤降阶段土坡内外的压力差是导致土体发生滑塌的主要原因.     

凹陷露天矿内排土护坡体破坏模式及关键参数

根据瑞典圆弧法积分求解原理,结合护坡体结构特征,判断护坡体破坏模式并推导其安全系数表达式,分析台阶高度h、平台宽度d以及台阶坡面角β等对护坡体安全系数F_s的影响规律及影响程度.通过护坡体数值模拟结果,分析护坡体的位移变化规律以及潜在滑移面特征,并判断其破坏特征.研究结果表明：护坡体的破坏模式是以土体-块石交界面为底界面,以土体圆弧为侧界面的顺层圆弧滑动.随着护坡体台阶高度与台阶坡面角增大,其安全系数减小,最大位移量与应变量增大;随着护坡体平台宽度增大,其安全系数增大,最大位移量与应变量减小.台阶坡面角是影响护坡体安全系数与最大位移量的关键结构参数.     

堤防管涌试验研究与分析

为研究堤基内部填充颗粒在何等水力梯度下发生运移,进而流向出流口,最终引起管涌破坏,对砂槽模型试验装置进行了改进,避免出现接触冲刷破坏,以获得理论上发生管涌的临界水力梯度值。试验中考虑了不同细料含量、填充密度、渗径等条件下管涌临界水力梯度的变化,试验结果较为接近公式计算值。在此前提下,考虑了堤基内部存在渗流通道对管涌临界水头的影响,分析了渗流通道大小及通道距出流口远近对临界水力梯度的影响,得到了比较合理的结论。     

基于PFC~(3D)的无黏性土渗流临界水力梯度模拟分析

为了实现渗流作用下无黏性土临界水力梯度的计算,应用PFC3D中的渗流模型,对渗流实验算例进行了数值计算模拟,计算结果与实验结果基本吻合,说明该模型用来模拟渗流问题是正确和有效的.对不同颗粒摩擦系数下的无黏性颗粒模型进行了渗流破坏的数值模拟.结果表明:无黏性土的渗流临界水力梯度随着颗粒摩擦系数增加而增大;计算结果与使用经验公式计算所得到的结果基本一致,表明了对渗流临界水力梯度模拟计算的正确有效性.而相较经验公式,应用PFC3D进行渗流数值计算适用于更为复杂的工程和地质条件,因而具有更强的适用性,可为复杂条件下的渗透稳定计算提供可靠的参考和依据.     

不同土质条件下基坑渗流场渗透特性分析

控制地下水对基坑开挖和周围环境的负面影响，是基坑工程特别是深基坑工程设计与施工的重要组成部分．采用三维有限元法分析了基坑渗流场的分布特性，比较了不同土质条件下渗流作用对基坑土体渗透稳定性的影响，较好地反映了基坑渗流场中等势线、流速矢量以及水力梯度等渗流要素在不同土质条件下的变化规律，探讨了工程中可能出现的不利因素．分析表明，在均质各向同性非成层土中，基坑角点和溢出点附近水力梯度最大，是整个基坑最易发生渗透破坏的地方；在成层土情况下，水头等势线有向渗透系数小的土层聚集的趋势．对比各种分析结果，当水平向渗透系数大于竖向渗透系数时，基坑最容易发生渗透破坏．     

泡沫流体对堤基土体渗流特性影响分析

针对泡沫流体对土体渗流的影响机制仍不清晰的问题，开展了室内无泡沫流体渗透破坏试验与泡沫流体抑制渗透破坏试验，对土体渗流特征及泡沫流体对土体渗流的影响进行了研究。试验结果表明：泡沫流体对堤基土体渗流具有显著调控作用，可通过滞留在孔隙中的气泡增大渗流阻力，将局部土体转变为非饱和状态，增强土体抗渗性能；泡沫流体可延长渗流路径，降低水力梯度，抑制土体渗透破坏的发展。     

饱和土体中稳态渗流的高效无网格分析

利用稳定节点积分思想,构造一种求解饱和土体中稳态渗流问题的快速Galerkin无网格方法.该方法通过建立非局部光滑节点水力梯度,具有节点积分高效的特点,同时避免形函数在节点上直接求导,为稳态渗流分析提供有效的稳定保障.均匀渗流与自由面渗流算例的计算结果表明,该方法分析渗流问题高效且准确,能精确模拟任意均匀渗流场,在求解自由面迭代问题时,能避免有限元求解迭代问题时重划网格的工作,迭代收敛速度快.     

定向穿越工程对堤防安全影响评价

利用导向钻进铺管技术进行穿河管道工程建设,对堤防安全的主要影响是管道施工对河流与堤基下地层产生扰动,该扰动带可能诱发渗透破坏。文章结合工程实例,利用地下水流数值模拟模型,模拟不利的水文、气象条件下地下水流场,计算流场中的最大水力坡度;根据穿越地层的允许水力坡度,依据临界水力坡度法,定量评价工程诱发渗透破坏的可能性。     

考虑起始水力梯度时双层地基的一维固结

文章针对双层饱和粘土地基,建立了考虑起始水力梯度的一维固结方程,并用有限差分法求解。计算结果表明,只要起始水力梯度大于零,地基的固结速率就慢于Terzaghi固结理论,而且当主固结完成时,土层中存在一定的残余孔隙水压力无法完全消散,因而土层的最终平均固结度小于1;另外,固结系数并不是决定双层地基固结特性的惟一土性指标,除渗透系数及压缩模量外,渗流起始水力梯度和地面荷载也都对双层地基的固结有重要影响。     

海上风机复合筒型基础负压沉放调平

复合筒型基础是一种巨型宽浅式负压沉箱基础,其筒内设置分舱以对托航、沉放、调平等进行控制.渗流与负压是筒型基础重要的研究内容,而目前尚未发现对复合筒型基础的相关研究.针对复合筒型基础,通过数值模型研究了其沉放调平渗流特性,以出口水力梯度为控制条件,建立了均质砂土中临界负压计算公式,并与无分舱板情况进行比较;最后分析了土质分层和渗流"反作用"对渗流场的影响.结果表明:分舱板使筒型基础沉放临界负压降低约10%,调平临界负压随倾角迅速下降;分层土体中相对渗径变长,临界负压增大,不容易发生渗透破坏;渗流使筒内土体疏松,渗透系数变大,造成内侧土体中水力梯度减小,对土体渗透稳定起到保护作用.     

渗流作用下的岸坡泥沙起动条件

考虑渗透力作用,分析坡面泥沙受力特点,推导出岸坡均匀沙的起动条件和临界切应力计算公式,并采用不同渗流比降和不同水流方向的算例,以及长江中下游典型岸坡的实例,对渗流作用作出了定量分析。结果表明,泥沙起动流速曲线存在明显的转折点,可以解释崩岸的突发性;向坡外的渗流将大幅降低岸坡泥沙起动条件;冲刷水流方向也影响泥沙起动流速,在接近零流速破坏坡角时影响显著。     

浅析渗流场中地下水水力梯度的变化

据 Dupuit 假设,地下水渗流场中潜水位、测压水位线的斜率可反映该点水力梯度值的大小,其值随着含水层厚度、含水层透水性能等而发生变化,分析了其变化规律及其原因,对分析复杂的渗流场中地下水的运动具有较为重要的意义。