黏性泥石流拦砂坝坝后回淤坡度试验

拦砂坝后回淤坡度影响拦砂坝的最大拦蓄量,是评价拦蓄库容的一个重要参数。通过水槽模拟试验,研究拦砂坝后黏性泥石流的回淤坡度。试验结果表明:(1)回淤坡度随沟床坡度增加而增加,二者呈正相关关系;(2)回淤坡度随着坝高的增加而减小,二者呈负相关关系;(3)回淤坡度与沟床坡度和坝高三者也呈线性相关关系。     

北川-汶川地区泥石流拦砂坝运行效果分析

2018年7月通过野外实地考察,选取北川-汶川地区15条泥石流沟中的23座拦砂坝进行运行效果分析.结果表明,研究区域内拦砂坝以窗口坝为主,且多数处于满库或半库状态,仅4座拦砂坝运行状态良好.对其余受到破坏的拦砂坝依据其损毁特征进行分类,其中坝基掏蚀-倾倒型占37%,坝基掏蚀-错落型占11%,渗透-侵蚀型占47%,块石冲击-碎裂型占5%.通过对该地区泥石流拦砂坝沟床的调查,建立了北川和汶川地区泥石流拦砂坝回淤坡度经验公式.对该地区泥石流拦砂坝上、下游的堆积物进行实验分析,引入上、下游堆积物粒径比,发现拦砂坝对于泥石流粒径具有一定的分选作用.对过坝前后泥石流的容重进行分析,发现拦砂坝对泥石流容重具有明显的调节作用.     

库水位骤降时坝体渗流场及坝坡稳定性分析

为了研究水位骤降时影响上游坝坡稳定性的因素,模拟坝坡在水位骤降时的渗流场及稳定性变化。基于土体渗透性,材料的非线性特性及水位下降率,利用有限元法对库水位变化下的渗流场进行瞬态分析,得出的自由水面线和孔隙水压力耗散等结果应用于上游坝坡稳定性分析,坝坡稳定分析采用极限平衡法。实例分析表明:计算区域渗流场变化滞后于水位下降的时间;坝体渗透系数越小,水位骤降对其稳定性的不利影响越显著;水位下降速率越大,上游坝坡稳定性降低越快。     

降雨参数对堰塞坝稳定的影响分析

本文以二相流模式进行非饱和土壤瞬时渗流分析,计算不同时间下所假设的堰塞坝的饱和度与孔隙水压分布。假设的堰塞坝体稳定性则以强度折减法计算其安全系数。由结果显示,坝体材料渗透性增加,坝体破坏的时间越早。坡度较小的堰塞坝的边坡稳定影响时间较慢,但从稳定到滑动破坏的时间比坡角大者短,尖峰降雨强度越大,坝体越趋不稳定。     

拦砂坝工程对吐峪沟千佛洞崖体稳定性的影响

在吐峪沟修建拦砂坝对吐峪沟石窟造成了严重的破坏,崖体崩塌、倾倒在短时间内频繁发生.拦砂坝在修建过程中,导致原来强烈风化的基岩松动,诱发了崖体坍塌；拦砂坝修成以后,由于水的冲蚀和浸泡,使崖体基座的泥岩软化、崩解,造成基岩松动或局部垮塌,严重影响了上部土体和洞窟的稳定性,导致崖体在拦砂坝修成以后崩塌、倾倒频繁发生；拦砂坝内水位的频繁变化是影响崖体稳定性的重要因素.不当的水利工程是河谷地貌类型石窟寺破坏的原因之一.     

泥石流拦砂坝下游局部冲刷研究现状及展望

下游局部冲刷是影响泄水建筑物、泥石流拦砂坝安全运行的共同危害形式之一.对泄水建筑物与泥石流拦砂坝下游局部冲刷的准确认识,是防治下游局部冲刷的依据.以泄水建筑物与拦砂坝下游局部冲刷为研究对象,对下游局部冲刷坑深度计算、冲刷动力来源—水舌和泥舌的研究现状进行阐述与分析.总结得出:对泄水建筑物下游局部冲刷坑深度的计算已有较多计算公式及预测模型,关于其冲刷动力来源—水舌的水力特性也有较全面研究;拦砂坝下游局部冲刷的研究大多借鉴水利工程上的研究成果,然而泥石流属于非牛顿流体、不同于水流,并不能将泄水建筑物下游局部冲刷的研究成果简单应用于泥石流中。此外,对拦砂坝下游局部冲刷的动力来源—泥舌的水力特性认识不够充分.鉴于拦砂坝下游局部冲刷研究中存在的不足,探讨了未来可开展的工作:①基于物质组成和流速分布的泥舌水力特性研究;②基于动力演变过程的泥舌冲击力特征研究;③基于泥石流动力学过程的拦砂坝下游冲刷坑参数计算方法研究.     

泥石流宽级配砾石土中最优细粒质量分数试验研究

宽级配砾石土的最优细颗粒质量分数可最大限度地降低其渗透性,抑制拦砂坝底扬压力,保障工程安全.通过击实试验和理论分析,研究了宽级配砾石土中细颗粒质量分数对土体干密度(孔隙度)的影响,确定了泥石流堆积物中最优细颗粒质量分数.研究表明,土体干密度与细颗粒质量分数的关系呈抛物线型,抛物线顶点即为最优细粒质量分数.理论分析表明,细粒质量分数在15.5%~20.6%时,粗颗粒孔隙被细粒填满;土体最优细粒质量分数理论值为20.6%,粗、细颗粒均处于最紧密堆积,干密度最大,孔隙度最小.理论计算未考虑粗颗粒的级配和颗粒本身的不规则性,计算结果较实际值偏大.击实试验表明,泥石流宽级配砾石土的最优细颗粒质量分数在15.68%~16.92%之间;土体干密度趋于最大,孔隙度达到最小.因此,为有效降低泥石流拦砂坝基底扬压力,建议坝基砾石土中细颗粒质量分数保持在16%~20%.     

切口拦砂坝的单向流固耦合数值模拟研究

运用流固耦合理论对黏性泥石流冲击切口拦砂坝坝体进行模拟。实现了从三维模型建立、流场计算到结构分析全过程。将泥石流流体计算结果传递至结构域实现坝体的分析,为解决泥石流防治工程提供理论参考。结果表明:整个泥石流流域内部流速呈现底部小顶部大的趋势,拦砂坝坝体的左右肩的变形和应力均为最大,比较坝体Mises应力云图可知,在泥石流冲击作用下的坝体与沟道接合处以上部分的应力最大。     

库水降落时坝面缺陷土工膜的局部抗滑稳定性

在分析坝面土工膜缺陷渗漏和失稳机理的基础上,采用非恒定非饱渗流理论,计算坝面土工膜防渗土石坝库水降落时的瞬态渗流场,获取膜后孔压动态分布规律,进而分析土工膜的局部抗滑稳定性随库水降落时的变化特性,同时对库水降落速度、缺陷属性、垫层透水性进行敏感性分析.结果表明:(1)库水降落速度对坝面完好土工膜的局部抗滑稳定性影响很小,但对缺陷土工膜影响显著,土工膜存在局部失稳可能,库水降落速度越大,安全系数降幅越大;(2)土工膜缺陷位置对其局部抗滑稳定性影响显著,缺陷位置越高,安全系数降幅越大;(3)缺陷尺寸对土工膜局部稳定性影响不大;双缺陷较单缺陷相比,其对土工膜局部稳定性的影响不明显;(4)垫层的透水性对土工膜局部抗滑稳定性影响较为显著,透水性好的垫层对土工膜抗滑稳定有利.     

蒸汽爆破处理对板材渗透性的影响

对柞木(蒙古栎)板材和红栎板材进行了压力为0.25、0.40和0.55 MPa的蒸汽爆破预处理,并测量了板材在爆破以后的横向气体渗透性.与未爆破板材的横向气体渗透性相比,经过蒸汽爆破预处理后板材的渗透性得到不同程度的提高,而且蒸汽爆破处理的压力越大及处理温度越高,处理后板材的渗透性越大;板材的厚度越薄,蒸汽爆破处理后其渗透性越大.爆破次数对板材的渗透性也有一定的影响,爆破次数越多,其渗透性越大.     

泥石流拦挡坝总坝高设定及坝后淤积计算

泥石流沟道治理中拦挡坝总坝高的设定和坝后淤积率的计算涉及治理工程的安全和经济效益,是一个无法回避的难点。以武都区已治理的23条沟道(共布设112道拦挡坝)作为研究对象进行比较分析,采用直线相关的回归方程对经验公式进行优化。结果表明:泥石流沟道运行9～11 a后,武都区43%的泥石流治理沟道总库容淤积和单坝淤积不足50%,属于过度治理;优化后的拦挡坝总高度计算公式既考虑了泥石流沟道治理的安全,又考虑了治理效益的最大化,更符合设计要求;推导的坝后回淤比降计算公式与原沟床建立了线性关系,便于设计人员应用,其计算结果约为治理前沟床比降的0.49～0.61倍,在前人研究的区间内,具有科学性和实用性。以上研究为武都区泥石流拦挡坝设计、创新及管理提供了可靠依据。     

台阶式海堤结构参数对堤前波浪特性的影响研究

采用数值分析与物理模型试验相结合的方法,探讨了台阶式海堤与波浪相互作用的基本规律以及海堤的坡度和台阶高度对堤前波浪特性的影响.研究结果表明:当海堤台阶高度一定时,海堤的坡度越缓,台阶的相对宽度越大时,因堤前波浪壅高增大会导致波浪的反射系数越大,此时波浪在海堤台阶溯上流下过程中消耗的波浪能就会越多,波浪爬高会越小;当海堤坡度一定时,海堤台阶高度越大,台阶的相对高度越大时,因堤前增多的反射波与入射波叠加剧烈而会导致波浪的反射系数越大,此时因为海堤台阶上残余的波浪减少而导致转化成的波浪势能越少,所以波浪爬高也会越小.     

基于GPU的岩石碎屑流与拦砂坝交互场景的三维建模与可视化

针对近年来岩石碎屑流灾害频发现象,并结合当前岩石碎屑流建模与可视化的需要,通过三维可视化模拟岩石碎屑流形成后,岩石碎屑流蓄满第一级拦砂坝后被第二级拦砂坝拦截的过程,以直观地表达岩石碎屑流现象,再现岩石碎屑流灾害的防灾减灾过程.采用离散元法建立岩石碎屑流模型,在场景中构建拦砂坝和排导槽等防灾设施模型,并对其进行边界处理,充分利用GPU的高度并行性和可编程性,使得利用离散元法模拟大规模岩石碎屑流的计算结果能够满足实时的要求,实现岩石碎屑流与拦砂坝交互场景的三维可视化.实验结果表明:该方法能够模拟出较丰富的岩石碎屑流细节效果,并且能够满足实时性的要求,展示了防灾减灾的过程,为岩石碎屑流防灾减灾的处理设计与施工提供直观的可视化分析平台,有助于岩石碎屑流灾害风险评估后进行岩石碎屑流灾害的防灾减灾措施.     

盘道水库3^#坝段坝基扬压力性状分析

根据盘道大坝3^#坝段观测资料对其坝基扬压力进行分析,并结合该坝段实际情况建立了扬压力数学统计模型。分析表明,帷幕前扬压力与上游库水位有显著的正相关关系,并随库水位升降而升降,扬压力在帷幕后下降迅速且年变幅很小,说明深河槽坝段渗控措施是非常有效的;河床段坝基扬压力受水位、时效等因素的影响,其中上游库水位是影响扬压力的主要因素。     

三角洲前缘河口坝复合体剩余油分布物理模拟

以陆梁油田陆9井区K_1h_2~(7-4)小层为例,遵循河口坝构型模式和增生体发育模式,对河口坝复合体内不同类型夹层进行识别并统计坝体发育规模。根据相似准则设计河口坝复合体试验模型,开展水驱油物理模拟,分析隔夹层对剩余油分布的影响及水驱后的剩余油分布规律。模拟结果表明:剩余油在河口坝复合体内部四级界面对应的稳定隔层以及单一河口坝内部三级界面对应的不稳定夹层附近富集;顶部或底部具封隔能力的夹层比中部夹层更有利于剩余油富集;夹层发育规模越大,倾角越大,阻碍流体运动能力就越强,越有利于剩余油富集;隔、夹层相交形成的三角形区域剩余油富集。     

煤吸附膨胀变形与孔隙率、渗透率关系的分析

在考虑煤骨架吸附变形特性的情况下,得出了孔隙率、渗透率和膨胀变形之间的关系式。分析可知,煤层中瓦斯压力越大,产生的膨胀变形越大,孔隙度越小,煤层的渗透性越差,瓦斯流动越困难。     

混凝土坝坝基扬压力统计模型的探讨

本文结合我国东北F大坝32~#坝段的横向扬压力观测资料,用物理推断法和统计相关法选择扬压力统计模型的因子。文中着重对时效因子进行研究,选择三种不同的时效模型与水压因子进行组合,从而用逐步回归分析法求出扬压力的最佳统计模型及回归方程。该模型不仅与当日水头有关,而且与用时效因子表示的坝踵附近的泥沙淤积程度有关。用该统计模型分析实测资料,其分析结果与实测值拟合较好。     

基于SBFEM的坝-库水相互作用分析

将W o lf和Song提出的比例边界有限元法(sca led boundary fin ite e lem en t m ethod,简称SBFEM)应用于坝-库水相互作用分析.在库水不可压缩假定的前提下推导了坝面动水压力与附加质量矩阵的基本方程.二维重力坝和三维拱坝坝面动水压力的算例表明,与有限元法比较,SBFEM计算精度明显提高,同时由于具有降维的特点,计算工作量也在很大程度上有所节约.还分析了库底和水面坡度变化以及水库边界形状适当变化对动水压力分布和数值大小的影响.结果表明,一般情况下水库边界的变化对动水压力的分布形状基本上不发生影响,对动水压力数值大小也影响不大.     

坡度对膨胀土边坡径渗流特性的影响规律探究

为了探究坡度对膨胀土边坡径渗流特性的影响规律,开展了膨胀土边坡的人工降雨模型试验,对不同坡度边坡的径渗流分配特性及土体含水量随时间的变化特征进行分析。结果表明:(1)在相同的降雨条件下,坡度小的边坡,地表径流出现的时间越晚,雨水在边坡上以入渗为主、地表径流为辅的现象越明显;(2)随着坡度的增加,地表径流在降雨中的比例增大,边坡同一深度土体含水量在相同降雨时间下的增量越小,坡度对产流时间、径渗流分配特性、边坡土体含水量的影响不断减弱;(3)随着降雨入渗时间的增加,边坡不同深度的土体含水量变化在时间上呈现出一定的滞后性现象。     

库水位变动对心墙坝渗流特性影响及防渗措施研究

渗透稳定是土石坝安全运行的关键问题之一,水位骤升骤降对土石坝坝体渗流场和渗透稳定有较大的影响;因此开展库水位变动对土石坝渗流特性影响的研究非常重要.目前已有很多对库水位骤降条件下土石坝的渗流特性的研究,并得出了很多具有参考价值的研究成果.但库水位骤升条件下土石坝的渗流特性同样具有研究价值,库水位骤升时,边坡土体由非饱和土变为饱和土,土体抗剪强度下降从而增加了边坡失稳的概率;本文结合某水库工程,采用二维有限元对粘土心墙坝在不同库水位条件下进行了渗流分析;并且结合工程除险加固技术对防渗措施开展了研究.得出了不同库水位条件下的坝体浸润线变化规律、渗透流量大小以及上下游坝坡渗透安全性变化规律,并结合工程除险加固技术,对不同防渗方案进行比选,确定了最优防渗方案.分析表明:库水位越低,坝体浸润线越低;相同防渗墙深度,库水位越高渗漏量越大;防渗墙深度越大渗漏量越小;不同库水位条件下,库水位越低,上游坝坡渗透稳定安全系数越小,下游安全系数则越大;库水位骤升条件下,库水位骤升速率越快,上游安全系数越大,下游安全系数越小.防渗墙深度对下游安全系数的影响要大于上游.