基于PFC-CFD的土体管涌数值模拟研究

堤防工程在高水头作用下的管涌、流土现象是岩土工程中很常见的一类自然灾害,广受社会关注.为研究堤坝土体管涌破坏现象的发展过程,采用颗粒流(PFC)和计算流体力学方法(CFD),基于南京长江大堤管涌案例,建立了土体管涌数值模型,研究了管涌渗透流体变化规律,分析了土体孔隙度及位移随管涌发展的变化趋势.研究结果表明:基于PFC-CFD的方法能够较好地模拟堤坝管涌现象,随着管涌的发展,渗透流速不断扩大,水压力和压力梯度分布发生改变,导致土体颗粒流失量不断增加,堤坝位移增大并存在更进一步破坏的可能.研究结果可为管涌过程细观数值模拟提供参考.     

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．     

承压水基坑突涌机制离心模型试验与数值模拟

软土地区的深基坑工程,在承压水作用下容易发生管涌、流土和隔水层整体顶升等形式的突涌破坏.结合紧邻地铁枢纽深大基坑工程,设计了基坑突涌离心模型试验,模拟不同承压水位作用下黏性土体隔水层突涌状态,并建立有限元数值模型,分析试验水位压力下坑底土体的应力应变机制.离心模型试验和数值模拟结果表明,在承压水压力作用下,坑底隔水层产生向上的隆起变形,并且基坑中间位置变形量大,随着水位的升高,土体变形曲率增大;基坑围护墙附近的隔水层土体剪切应变大于体积应变,而隔水层与承压含水层的界面处体积应变较大,产生水压楔裂作用并形成有效应力为零的区域;黏性土体隔水层在剪切效应与界面楔裂效应的共同作用下,发生整体顶升破坏.     

深基坑渗透变形与防治

介绍了软土地基中深基坑开挖过程中易于出现的流土,管涌和突涌等渗透变形问题,以及渗透变形的判别标准,并从土体的结构特征、力学性质,水地质条件和由于工程活动所引起的地质环境变化等方面分析和探讨了深基坑渗透变形发生机理及其可能出现的渗透变形类型,提出了防渗与解决基坑渗透变形问题的对策,以求将由此引起的危害避免或降低到最低程度,最后对某工程事件的渗透变形问题进行了分析,提出了相应的解决方案。     

堆石料的渗透性与渗透稳定性试验研究

结合宜兴抽水蓄能电站面板堆石坝坝料的渗透性和渗透稳定性试验研究,设计了一种结构合理,使用方便的粗粒土渗透仪,使用该渗透仪进行了20组坝料渗透试验和一组坝料的渗透变形试验,试验结果表明,粗料土的渗透系数受细粒含量和级配控制,堆石料的渗透系数均很在,属强透水材料,临界水力梯度有两个：一个是出现管涌的临界水力梯度,另一个是出现流土的临界水力梯度。由于管涌临界水力梯度较低,因此需要验算坝体在各种工况下的流网特性,控制坝体中的水力梯度,防止出现渗透变形。     

尾矿坝渗流稳定性研究

因渗流而导致的尾矿库溃坝事故频发,使得对尾矿库的渗流稳定性的研究尤为重要。本文应用geo-studio软件以渗流理论为基础,建立了某尾矿库扩容并库后的坝体剖面计算模型,对其进行渗流稳定性计算分析。得出坝体在不同工况下的浸润线及流速矢量图,经分析可知该尾矿库不会产生流土、管涌等渗透破坏,为类似尾矿库工程的研究提供借鉴意义。     

不同形式变水头作用下土体的管涌特性

为探究不同形式变水头作用下无黏性砂土的管涌特性,选取12种不同的变水头形式,利用自行研制的管涌三轴仪选择向上管涌的方法模拟管涌实际.通过管涌试验分析了变水头的周期和振幅对渗透系数和累计涌砂量的影响规律.结果表明:不同形式周期和峰值的正弦水头条件下,土体渗透系数均随着时间的推移而逐渐增加,当达到一定时间后,渗透系数趋于稳定;管涌相同的时间,渗透系数值随着正弦水头周期的减小而逐渐增加,随着峰值的增加而逐渐增加,土体抗渗性能下降;土体管涌3 h后,不同周期和峰值正弦水头条件下的渗透系数在常水头渗透系数线两边呈近似对称分布.土体管涌3 h内累计涌砂量随时间的增长基本呈线性增长,变水头周期越小峰值越大,累计涌砂量越大;通过扩大系数α,得到土体管涌3 h后的变水头累计涌砂量公式和马鞍形状的拟合曲面图.     

土渗流演示设备的设计

为了观察水在土中的渗透过程以及模拟土的渗透破坏等现象,设计了一套渗流演示实验设备,该设备能进行多种演示和模拟实验。该文介绍了渗流演示设备的组成结构,以及它所能进行的试验。为进行土力学渗透及流网绘制等内容的教学提供一个良好的工具,可令抽象的"渗透"变得更加具体。     

管涌现象在地下工程及水力工程中的发生与防止

针对土体中的渗透现象，通过对土体的几何条件以及水力条件分析，掌握如何判断管涌型土，利用反滤层的设计防止管涌现象的发生。     

孔隙度对黏性土渗透系数影响的试验研究

利用传统渗透系数经验公式计算黏性土渗透系数时,计算结果与黏性土渗透试验实测数据常存在一定的误差,对实际工程建设加固与修复产生较大影响。为修正此误差,选取两种不同的黏性土制成干密度不同的试样,结合变水头渗透试验研究黏性土孔隙比对渗透系数的影响,拟合黏性土孔隙比与渗透系数之间的函数关系,并分析讨论了传统渗透系数经验公式计算黏性土时误差较大的原因。研究成果符合黏性土的渗透规律,为工程防渗及地基沉降提供了参考。