渗流效应对基于广义非线性屈服准则洞室弹塑性解的影响

考虑渗流效应,基于广义Hoek-Brown非线性屈服准则,推导出圆形洞室围岩塑性区半径、洞壁径向位移和洞室周边径向应力的数值解.绘制在考虑渗流的情况下和基于广义Hoek-Brown屈服准则的不同围岩条件下,圆形洞室内外水头差h与R/e(R为塑性区半径,e为洞室半径)的关系曲线、围岩特性曲线和径向应力的分布曲线.研究结果表明:在水头差相同时,位于较差围岩中洞室的塑性区比位于较好围岩中洞室的塑性区发展快;在支护力相同时,支护结构对处于较差围岩中的圆形洞室洞壁位移约束效果较差;在围岩质量较差时,渗流效应对圆形洞室径向应力的影响比围岩质量较好时的影响大.     

横观各向同性圆形基坑抽水-水位恢复试验数值分析

为模拟井点抽水引起的圆形基坑内外水头变化以及地面变形,考虑水力特性和力学特性的横观各向同性及地下结构物的影响,建立了轴对称柱坐标系下的饱和-非饱和土固结模型.基于该模型,模拟两组圆形基坑抽水-水位恢复试验,分别研究弹性模量和初始饱和渗透系数的横观各向同性对水头和土体位移的影响.结果表明,当弹性模量越大时,水头越易改变,土体位移越小;当初始饱和渗透系数越大时,水头变化量和土体位移越小.     

关于圆形区域内的均匀布孔问题

水泵底盖(滤栅)、锅炉及喷水头等圆形零件,加工时会遇到均匀布孔问题。在矿井掘砌的过程中,通过岩层时的爆破孔的均匀布局问题也与此有关。本文就半径为 R 的圆形区域内,当孔心呈正三角形分布或正方形分布时的情况(见图1),分别予以讨论。     

裙式吸力基础抗拔过程中的渗流特性

饱和砂土中的吸力基础在拔出过程中,基础内外产生的孔隙水压差会引发渗流。采用有限元数值模拟分析了传统和裙式吸力基础在上拔过程中有关渗流场特性的分布规律。结果表明:传统吸力基础周围,土体孔压随时间逐渐消散而有效应力逐渐增加;水头等势线在桶内分布密集且呈层状,桶外部分布稀疏;在桶底端部渗流速度梯度曲线呈现多重圆弧包线桶尖端处渗流速度最大。裙式吸力基础与传统吸力基础在土体孔压、有效应力的变化趋势及水头等势线分布规律上基本一致,只是大小发生了变化。裙式吸力基础的水头损失主要存在于主桶内部和裙结构内部。裙结构对渗流有较大影响,裙结构内部渗流速度远大于主桶内部渗流速度;裙的增加使渗流路径变长,导致裙式吸力基础主桶内最大水流势能、渗流速度均小于传统吸力基础。     

悬挂式止水帷幕室内模型试验研究

为了准确揭示设置悬挂式止水帷幕条件下基坑的控水规律,采用自行设计研制的模型试验箱开展了室内地下水渗流模型试验,研究帷幕插入深度对基坑内涌水量、降水影响半径、基坑外水位降深和地表沉降的影响.试验结果表明:以基坑内涌水量、基坑外水位降深和地面沉降为评价指标,帷幕插入深度在90~100cm之间,悬挂式止水帷幕的控水效果较好;以降水影响半径为评价指标,帷幕插入深度在80~90cm之间,悬挂式止水帷幕的控水效果较好;坑内与坑外水头损失占总水头损失的比值接近1∶1,帷幕底部小范围内的水头损失占比很小,受帷幕插入深度的影响也比较小.试验结果可为悬挂式止水帷幕的基坑降水设计提供参考依据.     

基于流固耦合的某水库垂直防渗墙合理深度的确定

基于比奥固结理论,借助ADINA流固耦合模块和Slope/w进行数值模拟,计算得出渗流参量、竖向位移、抗滑稳定安全系数,探讨土石坝坝基中防渗墙的合理深度.研究表明:防渗墙的贯入度为0.6时,渗流量小于0.01倍的河道多年平均来水量;出逸坡降和防渗墙底部渗透坡降皆小于允许渗透坡降;上、下游坝坡抗滑稳定安全系数皆大于最小抗滑稳定安全系数,位移量满足规范要求.因此,防渗墙的贯入度0.6为该水库防渗墙的最优深度.此外,当防渗墙底部接触基岩时,渗流通道极小,局部水头损失大,该水头损失叠加到防渗墙底部的水头差上防渗墙底部渗透坡降出现极大值,工程中防渗墙应嵌入基岩3～5 m.     

节理岩体双孔抽水渗流研究

为了研究工程中在节理岩体内双孔抽水的渗流问题,考虑不同状况条件对抽水效果的影响,通过应用UDEc建立双孔抽水离散元模型进行数值模拟,对比分析不同双孔排布、不同抽水速率对孔隙压力和流动状态变化的影响。表明抽水速率界定孔隙压力平均趋近速率:抽水孔间距影响流速;抽水孔间距和抽水速率的变化改变水漏斗半径:需要合理安排孔距。数值模拟结果与工程实际吻合,证实其可靠性。     

n维球的体积与表面积的关系

众所周知,在三维空间中,设球的半径为r,则球体积V(r)=4/3(πr~3),球的表面积S(r)=4πr~2。若把V(r),S(r)看作是r的函数,则V＇(r)=S(r),即体积V(r)关于r的导数就是表面积S(r)。本文把此结果推广到n维情形: 定理:设n维球体的半径为r(r>0),球面方程为x_1~2+x_2~2+…x_n~2=r~2,球体的体积和表面积分别是V_n(r),S_n(r),则V_n＇(r)=S_n(r),即n维球体体积V_n(r)关于r的导数等于它的表面积S_n(r)。     

深埋圆形隧洞围岩各向异性稳态渗流场解析解

在传统各向同性渗流的深埋圆形隧洞渗流场解析解的基础上,引入2个相互垂直方向上的渗透系数比,通过坐标变换以及共形映射的方法,推导了各向异性渗流情况下深埋圆形隧洞的渗流场解析解.参数分析结果表明:当渗透系数比等于1时,所得解退化为各向同性渗流圆形隧洞渗流场解析解;当渗透系数比不等于1时,圆形隧洞渗流场等水头线为椭圆形,渗透系数较小的方向水力坡降较大,渗流场不再均匀分布,但是随着与隧洞中心距离的增大,这种不均匀性逐渐减弱.该解析解的计算结果与数值模拟的结果完全吻合,从而验证了其正确性.研究成果可供相关工程参考借鉴.     

抽水引起岩土体内应力变化分析

针对开采地下水这一特定问题,以在抽水实践中地下水水位面是一以井心为顶点的旋转抛物面为出发点,研究了地下水开采过程中岩土体应力变化的时空规律。通过分析影响内部应力变化的宏观物理量—开采影响半径、井心水位下降和空间位置,可以方便的得到随着时间变化岩土体内部应力变化的全程规律。同时,分析了影响边界、下沉位置等因素对计算结果的影响。     

水跃消能对闸基渗流稳定的影响分析

水闸泄洪时,下泄水流的势能转化为动能,导致出闸水流的流速增加和水面下降,从而形成附加渗透水头．研究了闸孔泄洪条件下水跃区附加渗透水头对闸室基底渗流稳定的影响,结果表明：为保证工程安全,在进行闸基的防渗布置时不仅要考虑静态渗透水头的作用,还应考虑下泄水流水位变化所引起的附加渗透水头对闸基渗流稳定的影响．提出了减小附加渗透水头的工程措施,冒水孔应设置于消力池末端,而将消力池前段设为不透水底板,以利用跃后高水来提高渗流出逸点的压力水头,从而达到减小附加渗透水头的目的．     

双重多孔介质中考虑井损的三维渗流方程的解析解

从六十年代开始,国内外就有许多学者从事裂隙-岩溶介质(以下简称双重介质)中的渗流问题研究,并提出许多双重介质渗流模型,见文献[1],[2],[3],[4],[5],[6]。但从可以看到的文献资料,还未见到考虑井损的双重介质渗流模型。可是,抽水时由于井损在井内和井壁附近的水流都呈现三维流态。本文建立了考虑井内偏流、井壁摩阻以及井内水流加速运动等水头损失的双重介质三维渗流模型,并给出了定解问题的解。解的结构由两部分组成:第一部分为双重介质中二维流水位降深;第二部分为双重介质中共损引起的水位降深。实践表明,根据本文理论解所作的曲线基本接近抽水井中水位变化曲线,即抽水初期有滞后现象。可知本文提出的解是符合双重多孔介质井流特征的。     

灌区土体Boltzmann算法细观渗流模型

土体是岩石风化的产物,同时也是灌区输水建筑物的主要组成部分,由于渠道在灌溉过程中两侧存在水头差,渗流常常发生在灌区的输水等建筑物中,渗流破坏也是其最常见的破坏之一。本研究在总结前人研究的基础上,基于Boltzmann算法,提出了灌区土体细观渗流模型。模型证明:外界水头作用下若灌溉渠道土体中存在连通性较好的孔隙通道其渗流破坏较严重,反之孔隙通道连通性不好,则渗流破坏较小。     

洲头咀沉管隧道干坞抽水扰动下模袋砂围堰力学响应研究

为深入研究模袋砂围堰对沉管隧道干坞抽水力学响应规律,以广州洲头咀沉管隧道模袋砂围堰工程为背景,建立干坞抽水全过程精细数值模型。计算验证了钢板桩+袋装黏土组合芯墙止水性能。分析了干坞抽水引起的模袋砂围堰变形规律。并揭示了围堰土工模袋张力分布规律,此外提出模袋张力简化计算方法。研究表明:模袋砂围堰钢板桩+袋装黏土组合防渗芯墙止水效果良好,能有效控制临江侧水流渗入干坞侧;干坞侧抽水对模袋砂围堰变形产生了显著的影响,变形与坞内下降水位近似呈同向线性关系;坞内水位降低使围堰重度由浮重度变为干重度,引起模袋砂压实而出现较大竖向位移;围堰竖向压缩和水头差引起的渗流作用又促使围堰的水平位移;模袋砂围堰中土工模袋受到的张力随着坞内抽水水位的降低近似线性增大。模袋张力简化法计算值与数值计算结果对比表明,模袋张力采用的简化计算方法具备合理性。     

注浆帷幕防水围堰在桥梁承台深水基础施工中的应用

河口黄河特大桥13#墩位于主河道高水位处,基础承台在卵石及泥岩地质处,上面是人工填土石筑岛.施工时在承台周围采用3排(或双排)孔注浆,形成防水帷幕;且基坑每开挖1.0 m,浇注1层圆形钢筋混凝土护圈.为避免使用下沉混凝土围堰,在这样高水位、地质复杂情况下,采用注浆帷幕、钢筋混凝土护圈施工了该深水基础.该方法施工投资小、效率高,对类似的深水基础施工有参考价值.     

基坑降水效应的室内试验研究

为了研究墙井作用下基坑降水引起的水位变化,采用相似材料模拟弱透水层,并通过改变止水帷幕插入承压含水层深度与抽水井过滤段长度分析基坑降水引起的水位变化。研究结果表明:在基坑降水过程中,抽水井过滤段长度和止水帷幕插入承压含水层的深度都会影响到含水层的水位变化;坑内外观测井的水头差(Δh)随着止水帷幕插入含水层深度的增大而增大;抽水井过滤段长度与含水层厚度之比(l′)约为33%时,止水帷幕插入深度与含水层厚度之比(d′)大于73.0%,止水帷幕的挡水效果较好;Δh随着l′的增加而减小,当d′约为50%时,为发挥止水帷幕的挡水效果,Δl应小于63.0%。     

双向水流侧式进出水口分流墩研究

研究了双向水流侧式进出水口分流墩与进出水口水力性能之间的关系。通过水工模型试验比较,研究分流墩形状及其布置方式对进出水口各孔流道中流量和流速分布以及水头损失系数的影响。针对抽水蓄能电站库水位变化幅度大,在发电和抽水工况下进出水口水流方向相反的特点,拟定了多个试验方案,并对每个方案在高水位及低水位时不同水流方向情况下的水力性能进行试验比较。研究表明,分流墩的形状和位置与双向水流侧式进出水口的水力性能     

海绵城市雨水花园渗漏对邻近建筑地基的影响

以西咸新区海绵城市建设中某一实际工程为依托,针对雨水花园中雨水入渗对邻近建筑物地基的影响问题展开研究。根据工程资料,在Geo Studio软件中完成数值模拟建模;对不同工况进行数值模拟计算,分别得到各工况下雨水入渗对邻近建筑地基的渗流场、应力场、位移场的影响规律。结果表明:随着渗流持时、海绵设施底部压力水头的增加,渗流影响范围增大,但其变化率逐渐减小;渗流影响下土体应力发生改变,基础下部土体表现出更强的"塑性",但总的分布趋势变化不大;建筑地基完成初始沉降后,渗流影响下其主固结沉降(竖向位移)和水平位移相对无渗流时较小;且渗流持时越长,二者的沉降差越大。研究可为海绵城市建设中须考虑渗流影响的诸多问题提供参考。     

LCAK钢CAS精炼过程的物理模拟

针对CAS精炼过程中罩外有大量气泡溢出的问题,在相似性原理的基础上建立了CAS钢包的水模型．研究了CAS精炼过程中底吹气量、浸渍罩插入深度和不同底吹位置对钢包混匀时间的影响．实验发现：浸渍罩的中心与底吹气孔的中心同轴时,能有效地防止罩外气泡溢出．对于300t钢包,底吹方案优化后,底吹位置选在距钢包中心0．3r一0．4r（r为钢包底部半径）,精炼时底吹气量为600L·min-1,排渣时底吹气量选在500L·min“左右,浸渍罩浸入深度选为180～225mm．工业试验表明,优化后的底吹方案有效地解决了罩外气泡溢出的问题,并且提高了LCAK钢液的洁净度和可浇注性．     

库水位骤降偶遇地震作用的土石坝稳定分析

正常运行过程中库水位是不断变化的,当库水位降落后,坝体内部的孔隙水压力和渗流场会发生变化,过快的下降速率会导致坝体内的孔隙水压力不能及时消散,在渗流的作用下上游坝坡产生浮起或下滑的趋势,若在库水位骤降时期发生地震,则对土石坝的坝坡稳定更加不利.为研究某混凝土心墙土石坝在库水骤降偶遇地震情况下瞬态渗流场特性及坝坡稳定性规...