挡水结构地基渗流问题的随机有限元分析

采用蒙特卡罗模拟的随机有限元方法,并结合渗流随机场的概念,对设置有两道防渗墙的大坝渗流问题进行分析.研究了渗透系数标准差和空间相关距离对坝基渗流参数的影响,对比了确定性分析和随机有限元分析.结果表明,土体渗透系数标准差和空间相关距离对流量、扬压力和出逸梯度有较显著影响.     

基于随机场的非饱和土固结分析

基于随机场理论,采用协方差矩阵分解随机场模拟和蒙特卡罗方法相结合的方法,建立非饱和土固结的流固耦合随机有限元模型,研究弹性模量和饱和渗透系数的空间变异特性对非饱和土固结的影响.结果表明,弹性模量变异系数COVE对沉降的均值和标准差的影响都很大.COVE增大,沉降的均值和标准差相应增加,说明弹性模量的空间变异性可显著增大沉降预测的不确定性.弹性模量的竖向相关距离越小,空间平均效应越大,超孔隙水压力和沉降的标准差越小,尤其在土层厚度小于相关距离时影响较为显著.饱和渗透系数的空间变异性对非饱和土固结的影响较弹性模量小得多,且主要影响固结中间过程.     

考虑渗透系数变异性的堤防渗透破坏概率分析方法

堤防对中国人民生命财产安全有着重要的保护作用,目前针对堤防渗流破坏概率分析的研究有较多局限性,存在渗流破坏极限状态方程单一,无法考虑随机因素影响等不足。通过在有限元方法中将渗透系数视为随机变量的手段实现随机渗流分析,针对堤防渗流破坏可能发生的位置及其形式根据土体的受力情况构造渗流破坏极限状态方程,建立了堤防随机渗流计算有限元模型,对比分析了变异系数对堤防渗流场的影响,结合改进的验算点法(JC法)理论进行可靠度分析,结果表明变异系数变大会使得水力梯度标准差增大及局部破坏概率增大。     

随机渗流场水头分布影响因素数值分析

在一般渗流场控制方程的基础上,将渗透系数、边界条件、汇源项看作随机函数,通过摄动法进行展开,从而推导出渗流场的一阶和二阶矩微分方程,并编制程序进行了数值求解.通过算例,分析了介质的扰动属性对渗流状态的影响,以及不同区域渗流状态之间的相关性和介质属性与渗流状态之间的互相关性等.研究表明:渗透系数的变异性对水头方差和协方差都有很大的影响,并且对水头方差的影响呈线性关系.     

多孔岩土材料渗透系数与孔隙率关系随机模拟

为了研究多孔岩土材料渗透系数与孔隙率关系,根据给定有限元计算模型的孔隙率,随机生成表征孔隙和固体颗粒的有限元模型,模型中的材料参数和单元属性用ANSYS中的APDL参数化语言赋值。根据有限元随机模拟断面的流量分布和稳态渗流问题的达西定律,计算在不同孔隙率的等效渗透系数,研究等效渗透系数与岩土孔隙率之间的关系。计算结果表明:在孔隙尺寸不变的情况下,等效渗透系数与孔隙率成正比。     

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.     

防渗帷幕对坝基渗流量的敏感性分析--以新安江3号坝段为实际模型

在内外因素的共同作用下 ,帷幕体在不同程度上存在一定的老化问题 ,其防渗性能也在逐渐减弱 ,即帷幕的渗透系数K是一个变量 .随着K值的变化 ,幕后渗流量Q会产生什么样的变化是一个值得探讨的问题 .以新安江 3号坝段为例 ,采用三维渗流有限元的数值试验方法 ,通过改变帷幕渗透系数 ,分析帷幕渗透系数K对灌浆廊道渗流量Q的影响 ,建立了相关关系式Q～K ;研究了帷幕工作形态变化对坝基渗流场变化的敏感性 .     

软土地基固结Neumann随机有限元分析

基于Biot固结理论和Neumann随机有限元理论,提出了沉降固结理论的Neumann随机有限元分析方法,并开发了相应的有限元计算程序.以某工程为例,对软土地基固结沉降进行随机有限元分析,探讨了地基沉降与超静孔压随机性状随时间的变化规律以及在空间上的分布特征.计算结果表明:不同随机有限元法沉降标准差的空间分布形式都比较...     

深覆盖层地基碎石土心墙堆石坝的渗流特性分析

结合两种不同地质特性深覆盖层上的碎石土心墙堆石坝,采用求解有自由面渗流场的改进结点虚流量全域迭代法进行二维稳定渗流场有限元计算分析.着重进行深覆盖层渗透系数敏感性分析和混凝土防渗墙的渗控作用研究,评价坝基可能渗流特性变化对渗流场的影响,并为两种不同坝基条件下的渗控设计方案提供理论依据.     

强透水地层水平帷幕作用下基坑渗流特性

为研究强透水地层水平帷幕作用下基坑渗流特性,基于Darcy渗流理论,建立了水平封底帷幕作用下基坑渗流计算模型,推导出基坑内涌水量及帷幕底部水压的理论解,并通过室内渗流试验,验证了理论计算方法的可靠性.分析了渗透系数比、帷幕厚度以及帷幕与基坑底部的距离对基坑渗流的影响.研究结果表明:渗透系数比对渗流的影响起主导作用,当渗流系数比为0.01时,涌水量仅为不设帷幕的10％;帷幕厚度对渗流具有一定影响,而帷幕位置对渗流几乎没有影响.建议强透水地层基坑水平帷幕渗透系数比不宜高于0.01,厚度不宜小于4 m.     

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．     

不同压实度花岗岩残积土的渗流模拟

以桂东南地区不同压实度的花岗岩残积土为研究对象,结合显微CT(micro computed tomography,微计算机断层扫描技术)扫描试验与Avizo软件中先进的数字图像处理技术提取孔隙网络模型.然后基于流体力学的传统方法(computational fluid dynamics,CFD),将孔隙结构的数字岩心模型导入Comsol进行微观尺度的渗流模拟,从微观角度研究水在不同压实度花岗岩残积土孔隙中的渗流特性,并与实测渗透率对比,检验数字岩心模型准确性、代表性.研究结果表明:花岗岩残积土渗流过程中,最大速度出现在连通性好的孔隙中心区域,且远超其他部位,沿着孔隙中心向外壁的方向,渗流速度逐渐减小;在连通性差的区域,流速近乎为0.随着压实度的增加,花岗岩残积土的孔隙连通性变差,各个截面上的孔隙结构发生变化,且各截面的平均渗流速度逐渐减小,这表明压实度对花岗岩残积土的渗流特性有重要影响.压实度为90％、100％、110％花岗岩残积土的平均渗透率模拟值分别是实测值0.9、1.35、0.77倍,该数字岩心模型能较准确地代表压实土体内部真实的孔隙渗流特征.     

无机溶液渗流过程中化学作用对粉砂渗透性的影响研究

以生活源污染质中的主要无机成分在粉砂层渗流过程中土体渗透性变化规律为研究内容。在确定Na Cl、Mg Cl2、Ca Cl2、Na2CO3、Ca CO3为生活源污染质主要无机成分的基础上,通过室内模拟试验装置测试和土体成分测定,得到渗流条件下5种无机盐化学作用下粉砂的渗透系数。结果表明:粉砂的渗透系数随渗流无机盐浓度的升高而降低,碳酸盐类较其他无机盐类对粉砂渗透性的影响更为显著,无机盐渗流和化学作用下粉砂渗透系数在深度上的变化情况表现为深度越大、粉砂的渗透系数越低。且经过不同盐溶液渗流土体后,土体成分发生了不同的改变。     

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．      

超软土的排水固结机理分析

超软土地基加固方法的改进，首先需要深入研究其排水固结机理。通过对相关实验实测资料的分析，作者对超软土固结过程中的孔隙性、渗透性、压缩性、固结特性的变化规律及孔隙水压力消散规律进行了初步探讨，并对这些变化规律中的微观机制进行了分析。结果表明，孔隙性的变化从根本上决定了渗透性、压缩性、固结特性及孔隙水压力消散的变化规律。     

水位骤降条件下强透水基础岸墙填土渗流分析

根据强透水基础岸墙填土渗流的特点,基于饱和、非饱和土渗流理论,编写了水位骤降条件下的一维瞬态渗流差分程序,并用模型试验以及数值模拟验证了程序的可靠性。利用该程序研究了3个参数降水速度、渗透系数及土的饱和含水量对渗流过程中水压变化规律的影响。结果表明,降水速度及渗透系数对水位骤降过程水压的变化影响较大,土的饱和含水量则对此影响微弱。     

基于COMSOL与AVIZO联合仿真方法的土体三维细观渗流特性研究

为实现COMSOL与AVIZO联合仿真过程,以福州某地原状花岗岩残积土为研究对象,基于工业CT扫描与图像处理技术,建立真实土样的三维孔隙网络模型,并以单相水渗流场模拟为例,详细探讨了两者数据交互对接的可视化过程。结果表明：可视化联合仿真技术可以较好地实现细观尺度下的三维模型渗流场模拟和渗透率计算。研究方法丰富了现有土体三维重构仿真模拟的手段,为细观孔隙结构及流体渗流研究提供了新途径。     

细颗粒含量对海洋性土的力学性能影响规律研究

通过制备重塑土样,进行一系列的三轴固结不排水剪试验、一维固结压缩试验和渗透试验,揭示了小于0.075 mm粒径的砂含量以及伊利石土含量对于海洋土的力学性能的影响规律。实验结果表明:砂土样的应力应变曲线都呈应变软化型,土样不排水剪切强度、残余强度与细颗粒含量有较强的相关性;对于加伊利土土样,伊利土含量为10%是土样的强度性质临界值,当其小于10%时,土样性质主要由砂土决定,呈现应变软化特性;当伊利土含量大于临界值(10%)时,土样性质由伊利土含量主导,呈现应变塑性硬化特性;土样压缩性质和渗透性质与细颗粒含量均有较强的相关性:随着细颗粒含量的增加,土样压缩模量E_s和渗透系数K均减小。研究结论为海洋桩基等工程的设计提供了参考。     

基于改良渗透系数的尾矿库污染物运移模拟

 采用Fredlund解析关系式描述渗透系数与基质吸力之间的关系,对渗透系数取值进行函数方式改进,探讨了渗流条件下重金属运移过程。基于渗流理论建立起尾矿库污染物迁移的二维数值渗流场模型,应用有限元方法进行运算求解,将计算得到的渗流场结果作为母模型,引入溶质迁移子模型进行耦合运算。计算结果表明,尾矿库服役期间周围土壤中重金属离子污染物的迁移范围不断扩大,污染物浓度随着迁移距离的增大而逐渐变小。计算显示,从第2750天开始重金属污染物在渗流的作用下开始在土壤边坡中显露,并对周围环境产生影响,并得出污染源在渗流条件下的迁移路径。渗透系数经改良之后的计算结果与该尾矿库重金属污染监测情况相符,在模型误差允许的情况下其计算结果可靠。