粗粒土地层中成孔时泥浆的渗透规律

通过自制的泥浆渗透试验仪,针对粗粒土地层中成孔时的泥浆渗透问题,开展泥浆渗透的试验研究.结果表明,随着最大渗流单粒孔隙的增大,泥浆的渗流量逐渐增大,渗流稳定所需的时间逐渐增长;在其它条件相同时,泥浆的渗流量及渗流稳定所需时间随泥浆粘度的变化反应不太明显;含砂量对泥浆的渗透影响非常大,含砂泥浆的渗流量远远小于不含砂泥浆的渗流量,但含砂量多少对泥浆渗透的影响不明显;泥浆的渗流量及渗流稳定所需时间随压差的增大逐渐增大,最大渗流单粒孔隙越大,压力差的影响越大,最大渗流单粒孔隙越小,压力差的影响也就越小.通过具有明确物理意义参数的函数关系式描述泥浆渗流量随时间的变化曲线,依此可以得到初始渗流速度和极限渗流量.     

河床透水层暴露深度对悬挂式防渗墙防渗效果的影响

对二元结构堤基中悬挂式防渗墙防止渗透变形的发生、发展过程进行了模拟试验研究,通过改变塑料排水板深入细砂层深度,模拟河床透水层暴露深度对悬挂式防渗墙防渗作用的影响,得到了研究区域内临界水头、破坏水头、渗流量等数值以及渗透变形发展过程的特征现象.试验结果表明,随着河床透水层暴露深度的逐步增加,渗流场发生了变化,渗透变形的发...     

基于等效面积法的隧道渗流场解析解应用研究

为研究四心圆隧道衬砌荷载和渗流量,基于等效面积法将四心圆隧道等效为圆形隧道,运用水下隧道渗流场解析解分别求得在不同的衬砌渗透系数、衬砌厚度和埋深情况下隧道衬砌外水头、注浆圈外水头和渗流量,并与相同工况下的数值解进行对比,分析解析解的应用效果;运用该方法分析了衬砌相对渗透系数和注浆圈相对渗透系数对隧道渗流场的影响,研究结果表明：解析解和数值解最大误差在5.2%以内,证明了解析解的适用性;当衬砌抗渗性能较好时,降低注浆圈渗透系数能够有效的分担衬砌外水荷载,有利于隧道安全;衬砌对隧道渗流量影响最为显著,实际工程施工中应在较好的注浆水平上,通过控制衬砌渗透性来有效的改善隧道渗流场。最后将本文提出的方法用于工程实例中,解析解的应用效果和基于解析解的渗流参数敏感性分析所得结论的可靠性得到了较好地验证。     

基于等效面积法的隧道渗流场解析解应用

为研究四心圆隧道衬砌荷载和渗流量,基于等效面积法将四心圆隧道等效为圆形隧道,运用隧道渗流场解析解分别求得在不同的衬砌渗透系数、衬砌厚度和埋深情况下隧道衬砌外水头、注浆圈外水头和渗流量;并与相同工况下的数值解进行对比,分析解析解的应用效果。运用该方法分析了衬砌相对渗透系数和注浆圈相对渗透系数对隧道渗流场的影响,研究结果表明:解析解和数值解最大误差在5.2%以内,证明了解析解的适用性。当衬砌抗渗性能较好时,降低注浆圈渗透系数能够有效地分担衬砌外水荷载,有利于隧道安全。衬砌对隧道渗流量影响最为显著,实际工程施工中应在较好的注浆水平上,通过控制衬砌渗透性来有效地改善隧道渗流场。最后将提出的方法用于工程实例中,解析解的应用效果和基于解析解的渗流参数敏感性分析所得结论的可靠性得到了较好的验证。     

山岭隧道地下水渗流及加固参数的解析研究

为研究山岭隧道渗流压力、渗流量以及加固参数对渗流的影响,假定圆形隧道周围存在各向同性的径向稳定渗流场,推导了地下水渗透压力分布规律及渗流量公式.实例分析表明,渗透压力的分布具有非线性特征,在排水情况下设置围岩加固圈和初期支护可明显减少作用在衬砌上的渗透压力及地下水排放量.运用文中公式计算的毛洞渗流量比较接近相关资料提供的实际涌水量,说明文中方法对预测类似隧道涌水量具有一定的参考价值.另外,由加固参数与水压力及渗流量的相关性分析可知,随着加固圈渗透系数的减小及厚度的增加,二次衬砌上的渗流压力和渗流量一开始急剧减小,当加固参数达到一定界限值时,地下水渗流压力及渗流量基本保持不变.     

隧道渗流引起的孔压变化及地层和隧道沉降

基于复变函数的映射变换,在考虑衬砌作用的前提下,推导了稳定渗流时浅埋隧道周围土体中孔隙水压力分布、地层和隧道长期沉降的解析表达式,并将其运用到上海地铁盾构隧道中,重点分析了不同渗流条件下的孔隙水压力分布及地层和隧道长期沉降发展规律.研究表明,土体与衬砌的相对渗透系数对隧道和地层沉降发展影响显著,不同相对渗透系数引起的渗流量不同,渗漏量不同是影响隧道周围孔压分布及沉降发展的关键因素;地表和隧道的沉降随渗流量的增加线性增加,因此在盾构隧道运营期间,应加强对隧道渗漏水的检测,及时采取补漏措施.     

考虑剪切接触与碎屑充填的裂隙渗流模型与数值分析

为研究大尺度裂隙内部复杂的渗流规律,综合分析裂隙面粗糙度、初始裂隙宽度、剪切过程裂隙接触面积以及剪切碎屑对渗流的影响,提出一种考虑剪切接触与碎屑充填的裂隙渗流模型并开展多种工况下的数值实验研究。研究结果表明:当裂隙相对接触率低于15%时,等效水力宽度数值计算结果与理论计算结果基本吻合,当裂隙接触面积继续增大,两者计算结果出现较大偏差;当裂隙表面模型增加相同的分形维数时,渗流体积流量减小愈加明显;分形维数为2.4的裂隙模型接触率变化范围为19.3%～29.2%,但稳定体积流量仅为初始状态的0.20%,说明剪切过程裂隙接触面积对渗流的影响与其分布状态密切相关,其影响远大于仅改变裂隙接触面积的影响;渗流方向与剪切位移方向对渗流的影响同样是通过改变裂隙接触分布状态实现,优势导水通道对渗流规律的影响起主导作用;裂隙剪切过程所产生的岩石碎屑对渗流规律存在较大影响,出口流量稳定值分别为未考虑裂隙碎屑充填模型的27.1%和32.4%,且裂隙初始宽度越小,影响越显著。     

应力敏感性低渗透地层渗流规律研究

基于低渗透油藏渗流特征,针对具有应力敏感性的低渗透地层垂直裂缝井,采用三线流分析方法,建立了带有启动压力梯度和渗透率变异系数的渗流数学模型。应用此模型可描述裂缝内和地层内的渗流规律,计算结果表明随着介质变形系数的增大,井底压力-流量关系曲线逐渐偏离线性关系,介质变形系数越大,在相同的井底压力下,渗流流量越小;同时,随着介质变形系数的增大,地层压降幅度也增大,任一流量下,介质变形系数越大,靠近裂缝面位置处的地层压降幅度也越大。     

热渗耦合的井抽灌系统对地温场的影响

针对水源热泵抽灌对地温场的影响,运用Comsol Multiphysics多物理场全耦合软件建立热渗耦合的数值计算三维模型。对比分析不同回灌量下地温场分布云图和不同回灌量下地温场的分布规律,得出单井回灌量越大热影响半径越大、同时热峰面向抽水井方向运移速度越快,达到热贯通时间越短;前期系统运行回灌井附近区域温度变化明显,后期系统运行对回灌井周边较远区域温度变化较影响明显;不同位置热运移规律均与渗流速度相关,影响半径基本与渗流速度呈正比。     

破碎煤岩峰后渗流-蠕变实验

为探究煤岩体峰前峰后的渗流蠕变规律,设计了基于自主研发三轴渗流蠕变测试仪的渗流蠕变实验.通过采用控制变量法分别递增围压、轴压、孔压,拟合曲线得出了随着围压、轴压、孔压的分别递增情况下的煤岩体峰前及峰后渗流蠕变规律.实验结果表明:煤岩体未破碎之前,渗流量与孔压成正比、与围压成反比,且随着裂隙的增多,渗流量也会逐渐增大;煤岩体蠕变速率随着轴压的增大而增大;峰后煤岩的裂隙会在轴压和水流作用下先扩张后压密,轴向变形和横向变形的速率急速增长,轴压随着松弛不断降低后趋于平缓,渗流量随着裂隙的变化先增大后减少,围压在横向变形作用下不断上升.     

高寒区引水渠道水温变化规律的试验研究

在高寒地区,抽水融冰是引水式水电站冬季运行除冰害的一种有效措施。为了更好地研究抽水融冰过程中引水渠道水温变化规律,本研究结合新疆红山嘴水电站工程的实际应用,对抽水融冰过程进行了室外水槽模拟试验。试验在实际大气温度下分别分析了相同渠水流量、不同井水流量和相同井水流量、不同渠水流量条件下,引水渠水温沿程的变化规律,结果表明:各种加井水条件下的渠水水温都比不加井水时要高,渠水水温先升高后降低,并有一峰值,峰值出现在加水点4-8 m处,说明冬季抽取地下水注入引水渠的方法是可行的;当渠水流量确定的情况下,随着井水流量的增大,渠水温度升高幅度也显著增大,增幅明显,从井水流量0.06 L/s时的0.5-1.25℃增大到井水流量0.14 L/s时的0.35-0.77℃,增幅为0.15-0.48℃左右;当井水流量确定的情况下,随着渠水流量的增大,渠水水温升高幅度减小,从渠水流量1.5 L/s时升高的0.77-1.9℃减小到渠水流量7.5 L/s时升高的0.26-0.45℃,减小幅度为0.51-1.45℃。该试验结果可为抽水融冰运行机理提供科学依据并为实际工程提供借鉴意义。     

圆形压力隧洞衬砌与围岩荷载分担比研究

结合水工压力隧洞衬砌开裂以后围岩-衬砌混凝土-钢筋联合作用的实际性状,借助于非线性有限元程序,对围岩与衬砌(混凝土和钢筋)联合作用和材料性态进行模拟,建立起精细的、高度仿真的二维(平面应变)数值模型。经过数值分析,得到了在满足规范要求且经济合理的配筋量条件下衬砌与围岩的荷载分担比、裂缝宽度和裂缝分布规律、混凝土的应力分布规律、钢筋的应力分布规律。对衬砌与围岩发生相对滑动以及围岩参数变化对荷载分担比的影响进行了分析,发现衬砌与围岩出现相对滑动时,需要增加配筋量;围岩参数变化时,对相邻裂缝间距(裂缝条数)影响很大,衬砌的荷载分担比略有上升趋势。     

旋转液膜反应器倾斜角对临界流量影响的研究

针对旋转液膜反应器的不同倾斜角和不同夹缝宽度下的临界流量进行了数值模拟。结果表明,对给定的转速,临界流量与倾斜角之间大致呈二次抛物的关系,并且存在临界角使得反应器的临界流量达到最大;当转速增大时,相应的临界角会递减,并最终趋于一个稳定值;当夹缝宽度变小时,这个稳定值几乎不变。     

岩溶隧道排水系统不同堵塞条件下衬砌结构力学特性

岩溶隧道在营运过程中常发生排水系统堵塞的问题，地下水不能及时排出会造成衬砌背后水压力快速增加，直接影响隧道衬砌结构的受力特性，严重情况时会危及隧道的正常营运。为进一步探究岩溶隧道排水系统堵塞时衬砌背后水压力分布规律及衬砌结构的受力情况，依托浙江临建(临安—建德)高速公路项目的岩溶区段隧道，采用FLAC3D软件对岩溶段隧道排水系统在不同堵塞率条件下的衬砌结构力学特性进行分析，同时建立室内渗流模型试验进一步验证数值模拟结果的合理性。研究结果表明：衬砌背后水压力随堵塞率增大而非线性增大，并可分为3个增长区，其中堵塞率为0%～40%时是快速增长区，堵塞率为40%～80%时是平稳区，堵塞率为80%～100%时是骤增区；相对于排水系统正常工作状态，完全堵塞状态条件下衬砌背后水压力最大值增加了162%,故将排水系统堵塞率为40%定为衬砌背后水压力的堵塞率控制阈值；衬砌结构应力增长无明显阶段性分区，整体上衬砌结构应力随堵塞率增大线性变化；完全堵塞状态条件下最小主应力与最大主应力最大值分别增加了149%与83%,排水系统无明显堵塞率阈值；在不同堵塞状态下，普通断面衬砌不同受力特征均呈对称分布，溶洞断面衬...     

某水利枢纽工程左岸单薄山梁及断层带稳定研究

利用数值模拟分析软件,研究了某水利枢纽工程左岸单薄山梁及断层带稳定性。结果表明:1)增设防渗措施,正常蓄水位情况时库区渗流量为2 795.42 m3/d,F17断层处渗透坡降为0.27,小于临界坡降值,整体上发生渗透破坏可能性较小;2)坝基防渗墙防渗效果相较于左岸山梁防渗帷幕及断层处防渗墙效果更为明显,渗流量变化更大。左岸山梁防渗帷幕及断层处防渗墙加固处理措施,对库区渗流量影响较小,但对断层出渗流坡降具有一定的影响;3)断层沟谷出露位置为渗流出逸位置,左岸山梁冲沟部位会发生较为明显的渗流现象。4)不同条件下边坡安全系数均大于2.35,有一定安全裕度。蓄水后滑移模式1边坡安全系数略有增大,滑移模式2有所降低。研究结果对于工程实际问题的解决具有参考价值。     

硫酸盐侵蚀环境下隧道结构损伤机制及力学性能演化规律

采用现场调查和室内人工环境模拟试验相结合的方法,针对硫酸盐侵蚀环境下隧道衬砌结构损伤机制及其力学性能演化规律进行研究.结果表明:隧道衬砌结构损伤受赋存环境、结构特点、防水能力以及材料本身质量等因素的综合影响,主要损伤形式可分为结构开裂剥落、渗漏滤析(结晶)和腐蚀变质3种,对应的损伤机制分别为结晶侵蚀性物理损伤、溶蚀性化学损伤以及综合型损伤3类.随着侵蚀时间的延长,隧道衬砌混凝土表面结晶面积、剥落程度、裂缝宽度均表现为发散型二次曲线特征;衬砌结构变形、内力均随之增大,结构刚度整体下降,承载能力呈抛物线形式衰减.     

压实残积土降雨渗流特性与填土边坡排水设计研究

利用有限元数值分析研究降雨强度与持续时间对于福建地区压实残积土的影响,发现降雨强度变大或持续时间延长都能使压实残积土内的地下水位上升,局部区域孔隙水压力增大,渗流速率也发生变化,从而影响压实残积土的稳定性.证实了存在降雨临界持续时间,一旦降雨持续时间超过了临界持续时间,且降雨强度随其持续时间下降,地下水位线高度随降雨持续时间变长而降低,安全系数转而变大.探讨了设置水平排水设施的压实残积土在一定量降雨条件下的孔隙水压力、渗流速率、地下水位以及压实残积土稳定性的变化过程及其特点,发现水平排水设施的位置与数量对于排水效果的影响十分突出.     

ANSYS在隧道渗流计算中的应用

针对无压稳定渗流场,根据温度场与渗流场在理论基础、微分方程和边界条件方面具有极大的相似性,可以利用ANSYS热分析功能对其进行模拟计算。以方斗山隧道为实例,运用ANSYS参数化语言编程,通过程序迭代计算,得出了渗流自由面,整个模型和衬砌的渗流量随注浆圈渗透系数的变化规律,并证实围岩注浆圈可使衬砌渗流量明显减少,对隧道的设计施工具有一定的参考意义。     

盾构隧道拱顶渗流侵蚀对地表沉降及结构变形的影响

通过建立三维隧道数值模型研究渗流侵蚀对地表沉降及结构变形的影响。基于渗流侵蚀试验,应用强度及刚度折减法定性模拟渗流侵蚀过程;建立盾构隧道施工模型,通过对比数值模型与现场实测数据验证数值模型的可靠性;研究渗流侵蚀对地表沉降及结构变形的影响。结果表明:拱顶部位渗流侵蚀引发的地表沉降量呈指数增长趋势;侵蚀过程的卸载作用使管片明显上抬,管片错台量逐渐增大;渗流侵蚀扩散范围越大,地表沉降及管片结构变形越大。     

A numerical analysis of rainfall-induced seepage in compacted residual soil and drainage system design for filled soil slope

利用有限元数值分析研究降雨强度与持续时间对于福建地区压实残积土的影响， 发现降雨强度变大或持续时间延长都能使压实残积土内的地下水位上升， 局部区域孔隙水压力增大， 渗流速率也发生变化， 从而影响压实残积土的稳定性. 证实了存在降雨临界持续时间， 一旦降雨持续时间超过了临界持续时间， 且降雨强度随其持续时间下降， 地下水位线高度随降雨持续时间变长而降低， 安全系数转而变大. 探讨了设置水平排水设施的压实残积土在一定量降雨条件下的孔隙水压力、 渗流速率、 地下水位以及压实残积土稳定性的变化过程及其特点， 发现水平排水设施的位置与数量对于排水效果的影响十分突出.