基于坡体含水率分布的非饱和土边坡上限分析方法

非饱和土边坡的基质吸力量测较为困难,影响了边坡稳定分析的准确性,通过含水率分布曲线与土水特征模型,可以获得更加精确的吸力曲线.文章基于极限分析上限定理,构建了非饱和土边坡塑性失稳的离散上限机构,推导了由含水率分布参数与Van Genuchten模型参数表征的基质吸力功率方程,将非饱和土边坡安全系数的计算过程转化为约束条件下的多变量的数学规划问题,并采用遗传算法进行优化求解;通过与相关文献对比,验证了本文方法的正确性.探讨了地下水位、边坡坡度、吸力摩擦角等因素对非饱和土边坡稳定性的影响,并分析了三种不同土质边坡在稳定性方面的差异.     

大气作用下非饱和土路基湿度及影响因素分析

基于水、蒸汽的流动方程及热能的扩散方程建立路基模型,分析了大气作用下路基湿度变化规律,通过改变相关的气相参数及土壤特性参数,研究了不同气候环境影响下的非饱和土路基湿度变化规律.结果表明：大气对非饱和土路基湿度的影响显著,但其影响的深度范围有限;太阳辐射量对路基湿度的影响最大,相对湿度次之;此外,路基填土的渗透系数及土水特性对路基的湿度影响较大,路基填土的初始含水量越高,则蒸发强度越大,路基的失水程度越高;在长时间小雨的降雨模式下,雨水更容易侵入路基,从而改变路基湿度.
     

库水位变动条件下土-水特征曲线对滑坡稳定性计算结果的影响研究

库区滑坡的稳定性受库水涨落影响较大,为了分析库水位变动对滑坡稳定的影响,基于非饱和理论的有限元软件进行数值模拟,并需要用到非饱和土的相关参数,特别是土水特征曲线对滑坡稳定性的计算结果影响较大.文中一个实际算例采用不同土-水特征曲线时,计算所得结果相差较大,为了探究土-水特征曲线对滑坡影响的大小及原因,计算了当滑坡土体饱和含水量、饱和渗透系数相同时,3种典型土的土-水特征曲线所对应的稳定性系数,并得到以下结论:库水的升降作用对非饱和土质滑坡的稳定性有较大影响;由黏性土质滑坡的土体特性及计算说明表明:黏性土质滑坡在库水位变动作用下较粉土及砂土滑坡稳定,土-水特征曲线对考虑非饱和特性的滑坡安全系数影响较大,即同一含水率条件下基质吸力越大的土体滑坡的稳定性越好.     

含水量与抗剪强度关系影响下高盐量盐渍土路基边坡稳定性

针对盐渍土中不同盐分类型的溶解度和亲水性差异较大问题,分析高盐量盐渍土含水量与抗剪强度关系变化对盐渍土路基边坡稳定性的影响。结合降雨量调查和现场含水量沿深度分布情况,开展适应环境条件的室内试验。针对不同含水量条件下高氯盐渍土(CL-1)和高硫低氯盐渍土(CL-2)路基填料进行直剪试验,得出含水量与抗剪强度参数关系函数。基于Geostudio建立盐渍土路基含水量-强度参数等值分层计算模型,通过体积压力板仪试验测量土样基质吸力随体积含水量的变化规律。通过采用饱和/非饱和渗流的有限元分析与路基边坡稳定性的极限平衡分析相结合的方法,利用GeoStudio中SLOPE/W模块,分别计算和分析降雨强度、降雨持续时间等对盐渍土路基边坡稳定性的影响。考虑含水量和抗剪强度变化关系函数,通过建立的盐渍土路基含水量-强度参数等值分层计算模型对CL-1和CL-2盐渍土边坡稳定性进行了分析。结果表明:含水量在最优含水量的基础上增加3%时,CL-1和CL-2的黏聚力较最优含水量时分别下降94.3%和54.0%,内摩擦角的变化不大;在最优含水量的基础上减少3%时,CL-1和CL-2的黏聚力较最优含水量时分别提高了277.1%和89.7%,对CL-2的内摩擦角影响不大,CL-1的内摩擦角出现明显减小;当降雨强度相同时,CL-1填筑的路基的安全系数较CL-2填筑的路基变化更为明显,主要原因在于高氯盐的亲水性较硫酸盐强,抗剪强度参数受到水分变化的影响更大。     

降雨入渗条件下路基边坡最小势能稳定性分析

为了研究降雨入渗条件下路基边坡稳定性,采用非饱和土强度理论和改进的最小势能法,分析了渗流力、基质吸力及吸力摩擦角对边坡稳定性的影响。结果表明:边坡在降雨渗流力作用下,安全系数减少,稳定性降低;改进的最小势能法与Bishop、Jabu法计算结果误差在10%以内;随着基质吸力、吸力摩擦角变化路基边坡的安全系数变化趋势与工程实际吻合。该法不需划分条块及迭代,便于在工程应用。     

饱和度变化对非饱和粉质粘土抗剪强度的影响

边坡工程中的土体多为非饱和土,其抗剪强度的研究对于分析边坡稳定性十分关键.但在实际工程中,由于非饱和土的饱和度多没有规律,且孔隙比与含水量又各不相同,因此为了找出非饱和土抗剪强度指标受饱和度影响的变化规律,本研究采用制备重塑土样的试验方法进行三轴和直剪试验,旨在找出相同孔隙比和不同饱和度条件下重塑土样在不同制样方法和不同剪切试验下的抗剪强度指标的变化规律.试验表明:非饱和土在不同的制样方法和实验条件下,其抗剪强度指标的变化规律差别较大,因此在工程实际运用过程中,在分析边坡稳定性时应查明边坡非饱和土体的形成原因,要对应分析其饱和度对土体抗剪强度的影响,这对工程实际中的边坡稳定性分析具有重要的指导意义.     

非饱和土渗流特性对库岸边坡稳定性的影响

通过对大型有限元软件ABAQUS进行二次开发,建立库水位下降条件下库岸边坡的数值模型,并结合土水特性曲线估算公式,通过改变其中3个待定参数a,m和n,分析土体不同的非饱和渗流特性对边坡内浸润线位置及边坡安全系数的影响。研究结果表明:非饱和土相对渗透系数与基质吸力关系曲线与库岸边坡的浸润面位置和安全系数有极大的相关性;a反映非饱和土的进气值和非饱和土渗透系数的变化率,其取值越大越有利于非饱和土的渗流,有利于土坡的超孔隙水压力扩散,其对安全系数的影响可达20%以上,这一影响并不低于饱和土渗透系数对库岸边坡稳定性的影响;m反映非饱和土的剩余饱和度,但其对相对渗透系数及边坡安全系数的影响都很小;n是控制土水特性曲线拐点斜率的参数,同时也影响进气值,故其对库岸边坡的浸润面和安全系数也有较大影响。     

基于一种新强度理论的非饱和土边坡稳定性分析

非饱和土强度及其边坡稳定性一直是工程界和理论界的一个重要课题.Bishop和Fredlund提出的抗剪强度公式虽被广泛接受,但应用工程仍存诸多不便.针对于此,作者提出了一种有效应力与土水特征曲线发展成的一种新的非饱和土强度公式.该公式不需多组的非饱和土剪切试验,便于工程应用.基于此强度公式,采用VB语言,结合Bishop法,编写了非饱和土边坡稳定性的计算程序,讨论了强度分层的影响,还分析了裂隙对非饱和土边坡稳定性的影响.研究结果表明,对于膨胀土边坡,强度的分层是合理的,也是必要的.     

考虑吸湿和脱湿影响的一维降雨入渗数值模拟

在分析非饱和渗流时,土水特征曲线(SWCC)起着至关重要的作用.吸湿和脱湿条件下的土水特征曲线存在显著的滞后现象,对降雨入渗土体中孔隙水压力的分布有明显影响.采用两种计算模型,运用吸湿和脱湿条件下的土水特征曲线,对一维降雨入渗土体非饱和-饱和-非饱和全过程进行数值模拟,对比分析了计算模型以及吸湿和脱湿,对降雨入渗过程中土体的孔隙水压力分布的影响.     

蒸发条件下非饱和土水分迁移的数值模拟

大气的蒸发效应引起土体内部含水量及温度的重新分布,本文旨在研究蒸发条件下非饱和土中水分及热量的迁移规律.对于土体在蒸发条件下总吸力和温度的变化特征,采用非饱和土水-热迁移模型加以描述,该模型中液态水和气态水的迁移分别是基于Darcy定律和Fick定律而建立的.探究了利用土体基本物性指标和气象因素预测模型计算中相关参数及边界条件的方法,利用上述模型及预测方法只需获取土体基本物理性质便可获取任意时刻非饱和土中含水量及温度的分布情况.该理论被用来模拟Wilson土柱蒸发试验实测结果,其理论结果和试验实测结果是较一致的.     

水位变化对路基边坡渗流场及稳定性影响分析

针对蓄滞洪区路基边坡因洪水水位上升、持续、下降这一作用过程导致路基边坡失稳破坏的情况,本研究通过室内模型试验来模拟洪水对路基边坡的作用过程,并结合GEO-Studio（SLOPE/W和SEEP/W耦合）程序建立等效的介质连续模型;基于饱和-非饱和渗流理论及极限平衡法,探究洪区路基边坡在水位变化过程中的孔隙水压力变化、浸润线动态变化以及安全系数变化规律。结果表明：室内试验与模型仿真的孔隙水压力以及体积含水量变化规律一致;涨水阶段浸润线随水位上升而上升,浸泡阶段浸润线向边坡内部发展,退水阶段浸润线随着水位的降低而逐渐下降;水位变化过程中边坡稳定性随水位上升而增加、浸泡阶段稳定性降低、退水阶段稳定性迅速下降。     

基于土水特征曲线的非饱和土强度预测研究

土水特征曲线反映了非饱和土体中的基质吸力与含水量,或者饱和度之间的关系,在非饱和土的渗流、强度、扩散等诸多方面的研究都会涉及土水特征曲线的相关理论。在前人研究的基础上,分析了土水特征曲线产生滞回效应的微观机理,将基质吸力产生的负压力对应于土颗粒间所产生正应力的增量,将体积含水量引入抗剪强度增量公式。认为非饱和土的强度分为土体处在饱和状态时的强度以及由于基质吸力所引起的强度增量两个部分,提出了非饱和土的强度预测公式;并通过定义等效含水率对公式进行修正。通过选取的四种材料参数对所提出的公式进行验证,结果表明强度预测公式与实际情况吻合良好,所提公式具有一定的适用性。在此基础上较为系统地分析了基质吸力对非饱和土体强度的贡献。     

江河地理信息技术支持的分布式控制分洪方式探讨

利用江河地理信息技术、工程机械或控制爆破快速土工作业技术和土工布护坡技术 ,现在已有可能在堤顶应急设置分布式系列宽浅预切口 ,洪峰经过时将预计分洪流量的洪水经过切口漫溢至一系列小型蓄洪池。在减轻下游堤防防洪压力的同时 ,将部分洪水作为水资源保存。初步水力学计算表明 ,大江干流上一次洪峰期分洪的水量不到大型分洪区库容的百分之一。可以在蓄洪池损失很小的前提下 ,使分洪模式由不忍使用的集中分洪转变为灵活有效的分布式控制分洪。     

用水槽试验研究水库洪水传播特性

采用大型水模高变率变态模型,对非恒定流用模型试验与理论分析相结合的方法,借汉江安康水库洪水资料来研究水库洪水传播特性,对洪水波在水库中的传播时间,入库洪水与回水末端入库洪水的关系,各频率设计洪水的最高库水位,下泄洪水过程,调蓄滞洪历时,洪型对水库防洪的影响等问题得出相应的结论,与可对比资料吻合良好,其成果对安康水库及类似水库的防洪具有实际意义。     

降雨条件下拓宽路堤稳定性数值分析

基于非饱和渗流理论,在有限差分软件FLAC3D渗流模块的基础上,采用内置FISH语言自编程序实现了降雨条件下拓宽路堤上饱和-非饱和渗流过程的模拟,进而分析了降雨入渗对拓宽路堤孔隙水压力和饱和度的影响,以及土工格栅加筋和填料渗透系数对降雨条件下拓宽路堤稳定性的影响.研究结果表明:降雨初期路堤土体基质吸力迅速降低,边坡最先达到饱和状态,形成暂态饱和区;考虑降雨入渗影响时,拓宽路堤安全系数明显减小,土工格栅加筋可有效减小降雨入渗对拓宽路堤稳定性的影响;新路堤填料渗透系数对降雨条件下拓宽路堤稳定性的影响较大,实际工程中应保证路堤填土的压实度并采取边坡防护措施以减小雨水入渗的影响.     

Application of Wavelet Fractal Dimension Estimation Method on Flood Season Staged

Floodwater utilization is an important content in flood management. Controlling the limit water level of reservoir by stage is one of important contents in the management of multi-purpose reservoir＇s floodwater utilization for the sake of more benefits, and reasonable division of stage in flood season is precondition of controlling the limit water level by stage. On the background of Three Gorges Reservoir floodwater utilization management and on the foundation of self-similarity of hydrological series, determining the number of flood season staged in base of conventional statistical method, choosing the Db4 wavelet and Mallat algorithm, the computation mode of wavelet fractal dimension estimation method is proposed and each stage＇s fractal dimension is computed, then the final flood season staged is obtained. The results demonstrate the stages of Three Gorges Reservoir determined by using wavelet fractal dimension method are consistent with that from conventional method, but the fractal dimension results by former method are easier, more stable and objective which ensures the feasibility of the wavelet fractal dimension method applying in flood season staged. The obtained results are the base of deep coping with floodwater utilization management, also are the decision-making gist for the flood forecast, flood control and water allocation reasonably of Three Gorges Reservoir.     

考虑气相作用的降雨入渗对非饱和土坡稳定性的影响

为了精细分析降雨入渗对非饱和土坡稳定性的影响,在考虑气相对降雨入渗过程的影响基础上,利用水-气二相流模型模拟入渗水流驱替土壤空气的水-气二相流过程,计算降雨入渗下土坡的孔隙水压力、孔隙气压力、基质吸力和含水量的变化;并建立了同时考虑由有效黏聚力、净法向应力,还有基质吸力引起的强度对边坡稳定的影响的非饱和土坡稳定分析模型．通过算例分析得出：无论是否考虑基质吸力的作用,由于降雨入渗改变了土体的净法向应力和土的容重,使得非饱和土坡的安全系数降低,而后的蒸发作用会使土坡的安全系数有所增大;在相同的渗流条件下,基质吸力的作用使同一滑动面上的安全系数增大．     

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。     

油田注入水中机械杂质悬浮装置的研制

注入水中所含机械杂质的浓度、颗粒大小不同对地层裂缝、孔隙所产生的阻塞作用和对油井产量的影响就不同。在实验室研究这一问题时,遇到的一大难题就是如何使注入水中机械杂质在长时间的实验过程中保持均匀分布。注入水机械杂质悬浮装置就是为此而研制的。简要介绍了注入水中不同机械杂质堵塞岩心程度和规律的实验流程图,重点阐述了其中带搅拌器的高压中间容器的结构组成,悬浮机械杂质的工作原理,以及主要零部件的设计计算。通过对试制样机的试验运行,其结果表明该装置工作可靠,能使注水中的机械杂质均匀悬浮,且不改变注入水的压力及特性,提高了注入水的渗透率,保证了注入水含不同机械杂质对油井生产影响的实验研究。     

江汉平原堤防存在的问题与防洪减灾措施

根据多年在湖北省堤防工作中遇到的实际情况，分析了荆江堤防和江汉中下游堤防存在的六大问题－堤防防洪标准偏低、湖泊调蓄能力降低、堤防安全性系数不高、沿堤老化的排水设施（涵闸、泵站）病险多、河道防洪系统存在缺陷、防汛抢险的通道局部不畅；提出了防洪减灾的措施－堤防加固、河道整治、水库调蓄、易发生洪水的低洼区及湖区建设规划、城市防洪以及非工程防洪措施等。