综合多维物探技术在岩溶堤防查漏中的应用研究

以岩石岭水库总干渠三门头段渗漏调查为依托,考虑到渠道处于岩溶发育区,提出采用并行电法多维成像和地质雷达相结合的技术手段查明隐患的原因及分布.在分析综合物探技术探查可行性的基础之上,基于并行电法技术可快速收录海量的地电数据体,为堤身二维渗漏探测和堤底隐伏缺陷提供数据支撑,结合雷达映像图可有效识别出溶洞的发育特征.现场应用表明,不同高程的二维电阻率图像反映出堤身渗漏隐患体的范围及埋深,并勾勒出隐患区在堤身上的空间连通性;并行电法的三维成果揭示出溶洞在渠底的立体结构形态,有效避开了常规伪三维电法布置的复杂问题;地质雷达法能有效高分辨识别出溶洞发育的范围;成果有效揭示了三门头段堤坝渗漏主要与该段存在隐伏型充填溶洞有关,并且溶洞在堤底以及堤坝上下游已形成渗漏通道.采用并行电法多维成像技术和地质雷达可有效查明岩溶区堤坝渗漏的病症,为堤防隐患的有的放矢治理提供依据.     

应用水力层析法对渗漏通道进行成像

精确探测含水层渗漏通道,对堤坝安全防治起着重要的作用.通过对含水层进行数值抽水实验,应用水力层析法对渗漏通道进行成像.建立一个20 m×20 m的二维饱和渗漏含水层,整个含水层共有三口斜井.在渗漏通道和斜井的相交处分别进行抽水实验,在观测点收集水头响应数据,应用SSLE算法对含水层渗透性进行估计.实验研究证明,水力层析法结合SSLE算法,能够准确地识别含水层渗漏通道分布;非稳定流条件下的成像比稳定流条件下的清晰;地质资料齐全情况下的成像比地质资料缺乏情况下的清晰.     

地下圆形空洞地质雷达成像机理

由于地理因素和历史等原因,城市地下圆形空洞“多”“密”“乱”的状况越来越严重,地质雷达圆形空洞扫描图像解析并不明确。基于地质雷达扫描探测全过程,将雷达紧贴地面扫描地下圆形空洞的全过程图像细分为三个阶段,建立各阶段水平距离与回波延时之间的关系,系统分析不同埋深,不同半径条件下圆形空洞地质雷达扫描图像的变化情况,结合探测实例实现地下圆形空洞地质雷达成像机理的科学解释。总结出地下圆形空洞雷达扫描图像对称轴左侧为单调递减的连续凹函数,厚度由不断增大至稳定;对称轴右侧为单调递增的连续凹函数,厚度由稳定至不断减小;随着埋深与半径增大,曲线曲率减小,曲线图像趋于缓和,曲线的特征体现出张开弧度增大的趋势。     

流场法探测堤坝渗漏数值模拟及分析

为深入研究拟流场基本特征和流场法探测原理,完善流场法探测堤坝渗漏入口技术,从建立拟流场数学模型入手,通过对有渗漏典型堤坝工程拟流场进行有限元法数值模拟计算,得到了拟流场电位、电场强度及电流密度等主要物理量分布的基本特征。拟流场中电极附近电位、电流密度及电场强度呈尖峰状密集分布,其他区域数据幅值很小,且均匀分布;渗漏通道入口将引起堤坝前局部水域拟流场电流密度和电场强度数值异常突变。模拟结果表明流场法可以探测出渗漏通道入口,探测设备需要具有较小分度值和较强的抗干扰能力。     

埋深对岩溶隧道地震动力响应影响分析

基于工程波动理论,应用ABAQUS数值模拟和理论解析方法,研究了溶洞中心与隧道中心处于同一水平时,埋深对岩溶隧道地震动力响应影响规律,并对比分析地震作用下有无溶洞时隧道的反应差异性.分析结果表明:岩溶隧道和非岩溶隧道发生较大位移的部位均为拱肩和拱脚;溶洞对隧道地震动有缓冲作用;岩溶隧道埋深越浅,地震动力响应位移越大;在地震作用下,隧道二次衬砌第一主应力较集中的部位是拱脚.埋深15 m时第一主应力最大,埋深100 m时第一主应力最小;埋深100 m时,岩溶隧道比非岩溶隧道的第一主应力小,说明溶洞对隧道岩体有一定的应力释放作用.     

地下水渗流对单U形地埋管埋深的影响

为解决因埋深过大而引起的竖直地埋管换热器换热效果不佳的问题,根据黄土高原地区的地质条件,建立轴向岩土分层的单U形地埋管换热器数值模型.通过数值模拟,分别研究了改变含水层厚度、地下水渗流速度和地下水位线高度对地埋管换热性能的影响,并提出了以典型含水层厚度来确定地埋管最佳埋深的方法.结果 表明:当实际含水层的厚度不超过典型含水层厚度时,地埋管最佳埋深的位置为实际含水层底部;反之,地埋管最佳埋深的位置为典型含水层底部;随着渗流速度的减小,典型含水层厚度先增大后趋于不变,在渗流速度为1×10-6 m/s时达到最大值30 m;地下水位线的提高对典型含水层厚度没有影响,但提高了典型含水层的位置,使得最佳埋深变小.     

三维探地雷达在城市市政管线渗漏探测中的应用

以城市给排水管网基地测试管道为对象,针对一根埋深0.6 m,直径100 mm水管,通过现场实验探讨三维探地雷达(GPR)探测管线渗漏的可行性。实验中在渗漏点附近沿垂直于管线方向布设了31条平行测线,采集了C扫描雷达数据。对比渗漏前后的二维雷达剖面以及雷达数据三维偏移成像图可知,三维探地雷达可更加有效地探测和识别地下目标几何形态,判断由于地下水管渗漏形成的周围土壤浸润区的范围和大小,从而确定渗漏位置。     

裂隙巷道围岩采深-强度响应面模型研究

为研究节理发育带岩石的强度特性在不同开采深度下的变化规律,并对裂隙巷道围岩进行强度预测,以云南某矿区内从800～1 500 m不同深度的灰质白云岩为研究对象,从节理发育程度、岩体弹性模量变化及岩石含水率三个受深度变化影响且影响岩石强度特性的因素展开分析,通过数值正交模拟探究不同影响因素与节理发育带岩石抗压强度之间的响应函数,进而建立节理发育带岩石强度与岩体埋深之间的响应关系．发现对于该地区裂隙巷道围岩的单轴抗压强度,影响最显著的因素为节理间距．最后利用实测实验结果对响应关系进行验证,研究结果表明：所得到的采深-强度响应面函数与实测值响应性较好,适用于计算该区域内不同埋深的岩石的单轴抗压强度,且随着岩石埋深的加深,其强度值越靠近该深度下岩石单轴抗压强度值分布的均值,可以将该响应模型用于深部裂隙巷道围岩强度预测．     

污水管线渗漏诱发地面下陷数值分析

针对污水管线渗漏问题,引入广义土体强度公式,基于ABAQUS平台利用USDFLD子程序模拟土体强度参数随饱和度的增加而衰减这一特性。在管线破损范围变化的情况下,以不同埋深的污水管线渗漏在地表形成饱和区的大小来近似估计渗漏发生后可能对地面的影响范围,并分析了渗漏19 d内管线上方土体湿陷量的变化情况和地面结构稳定性。研究结果表明:污水管线埋深为1 m时渗漏造成的影响范围最小,埋深为2 m时渗漏造成的影响范围最大;将湿陷量为30 mm设置为地面失稳判据,除埋深为1 m的污水管线在分析时间内一直保持稳定外,埋深2～5 m的污水管线在渗漏发生15～19 d内由深到浅依次发生地面失稳现象。     

超浅埋地铁站通道爆破暗挖地表振动传播特征

结合武汉市轨道交通2号线工程背景,采用现场监测和动力有限元数值模拟相结合的研究方法,对超浅埋通道下台阶爆破开挖地表振动传播规律进行研究。同时,为研究上台阶开挖空间对爆破地震波传播特征的影响,对通道全断面爆破开挖的地表振动传播规律进行数值模拟分析。研究结果表明:下台阶爆破开挖工况下,沿通道开挖导洞轴线方向,由于应力波的绕射,掌子面前方5 m处地表质点峰值振速达到最大值;垂直于通道开挖导洞轴线方向,掏槽孔孔底连心线中点正上方地表质点与爆源距离最小,但峰值振速并不是最大,且质点两侧2 m范围内,随着爆心距的增加,峰值振速不断增大。全断面爆破开挖工况下,沿通道开挖导洞轴线方向,掌子面前方2 m处地表质点峰值振速达到最大值;垂直于通道开挖导洞轴线方向,掏槽孔孔底连心线中点正上方地表质点峰值振速最大,且随着爆心距的增加,峰值振速不断减小。对比通道下台阶爆破开挖和全断面爆破开挖2种工况下地表质点振动特征,上台阶开挖空间的存在阻隔了应力波的传播,在一定空间范围内影响爆破地震波的传播特征,能够有效降低地表质点峰值振速。     

塔里木河下游输水条件下浅层地下水化学特征变化与合理生态水位探讨

结合2000—2005年塔里木河下游间歇性输水过程中地下水化学与地下水位变化的监测资料的分析发现：地下水化学特征对间歇性生态输水的响应表现出明显的阶段性；在地下水化学特征对输水响应的不同阶段，地下水化矿化度和主要离子含量的变化量与采样点距输水河道距离有较强相关性，而地下水埋深的变化是地下水化学特征阶段性变化的直接影响因素；地下水埋深在5m左右时主要离子含量和矿化度最小，水质状况最佳，植被盖度远大于荒漠化临界盖度.在该埋深条件下既能满足生态恢复的需要，又能避免水分的过度蒸发浪费.因此间歇性生态输水条件下，能维持较好水质并抑制荒漠化发展的合理生态水位为5m.     

含侧喷流炮射导弹绕流场数值计算

用数值模拟方法研究侧喷流对炮射导弹气动特性的影响.以三维N-S方程为出发方程,采用S-A湍流模型,对炮射导弹的绕流场进行了数值模拟研究,得到的气动特性结果与风洞实验结果基本吻合.在此基础上,对含侧喷流炮射导弹的绕流场进行数值计算.结果表明,侧喷流对导弹气动特性有较大影响.     

探地雷达探测不同物性异常体响应特征研究

从麦克斯韦方程组出发,利用探地雷达技术和Yee氏空间网格模型理论的时域有限差分法,分别对空洞、金属、含水层等异常体响应特征进行了研究,采用Matlab软件编程进行数值模拟,对比不同物性异常体的响应特征,同时,进行物理模拟和野外实测实验,其结果与数值模拟相吻合.研究结果为探地雷达探测不同物性异常提供了理论依据.     

崆峒水库枢纽大坝坝基渗漏处理设计

崆峒水库枢纽工程建成运行已近四十年,现状大坝主要存在坝肩绕坝渗漏及坝基接触渗漏等主要问题。为消除坝基渗透安全隐患目的,通过对渗漏成因的分析,设计采取大坝坝体、坝基岩体及砂砾石层内通过约70.0m深孔固结灌浆形成连续帷幕防渗墙,封闭心墙底部与坝基岩体之间的渗漏通道,延长渗径,降低接触渗透比降的技术方案进行处理。经灌浆效果的综合全面分析评价,灌浆效果显著,取得良好效果。坝基接触渗漏深孔固结灌浆处理设计与施工实践,为解决类似大坝坝基接触渗漏提供了有益经验,可对类似大坝除险加固提高良好参考借鉴。     

西宁地区地质雷达探测地下管线试验研究

为了研究在西宁地区地质雷达探测地下管线的效果,文中开展了地质雷达探测不同类型和不同地下敷设深度管线的试验。通过敷设电缆、金属管、PVC管,调节设备参数设置,数据图像处理,对地质雷达探测结果进行参数、波幅、图像和介质干扰因素分析研究。结果表明:确定本次探测地层相对介电常数为7;地质雷达探测3种管线单列波最大波幅均大于正常值(7 500 mV);对电缆和金属管探测效果较理想,而对PVC管的探测效果较差;受介质干扰因素的影响,400 MHz中心频率地质雷达仅可探明埋深1.5 m以内的管线敷设。研究结果解释了介质干扰的影响机理,提供了一种判断管线埋深和部位的依据。     

覆土层对雷达波衰减及浅埋工事反雷达伪装性能分析

为使浅埋工事躲避星载和机载雷达常用侦察波段(L-Ku波段)的探测,分析了工事覆土层对雷达波衰减特性及影响因素,通过反射—透射法测得土壤在不同含水率时的电磁参数,并计算L-Ku波段雷达波对不同含水率的土壤的穿透深度,得出在含水率为10%、雷达波段为L波段时,穿透深度为1.65m的最大值.结合计算结果及反雷达伪装的要求,得到浅埋工事的反雷达隐身方案及其覆土层厚度的参考值,以降低工事暴露征候,达到反雷达伪装的目的.＃     

地面交通荷载对浅埋隧道的动力响应分析

为研究地面交通荷载对浅埋隧道的动力响应,建立地面移动荷载作用下隧道数学模型.以济南市顺河快速路南延地下结构工程为背景,将地面交通荷载进行合理近似简化;利用动力方程推导围岩波势函数表达式,结合边界条件确定的波函数展开项系数,得到移动荷载作用下隧道的动力响应,并利用数值模拟的方式对结果进行验证;讨论移动荷载速度及隧道埋深对动力响应的影响.结果表明:径向应力响应在隧道拱顶处引起较大响应;切向应力则在拱顶处和两侧均引起较大响应;车辆速度及隧道埋深是影响动力响应大小的因素.     

不同影响因素下砂夹垆土壤水分运动的模拟分析

为进一步认识砂夹垆土壤水分运动的基本规律,采用数值模拟的方法,研究夹层土质、夹层埋深、夹层厚度、初始含水率和压力水头对砂夹垆土壤水分运动的影响.结果表明,砂夹垆土壤水分运动与均质土存在较大差异,入渗过程表现为与均质土相同阶段、阻水减渗阶段和稳渗阶段;湿润锋进入夹层后,累积入渗量与入渗时间符合线性关系;土壤初始含水率和压力水头对砂夹垆土壤水分运动影响较小,夹层土质、夹层厚度和夹层埋深对砂夹垆土壤水分运动影响较大.在节水灌溉技术和工程防渗技术中,应重点考虑夹层质地、厚度和埋深.     

埋深对平坦地区天然气管道泄漏的影响研究

针对三维埋地输气管道泄漏扩散问题,对不同埋深的平坦地区天然气管道泄漏情况进行数值模拟。根据单一
变量原则在相同气候条件下,对于不同工况只针对埋深作为单一变量,对忽略埋深的准确性进行论证,并分别研究了
埋深为1.4 m 和2.0 m 工况埋深对地下、地表、和空气中泄漏的影响。研究结果表明：埋深对泄漏的影响非常大,忽略
埋深的工况与埋深为1.4 m 和2.0 m 的工况相比所得出的各项结果都有很大的误差,忽略埋深是不准确的。埋深与扩
散范围、泄漏速度、质量分数、高浓度范围成反比,埋深越小扩散范围、泄漏速度、质量分数、高浓度范围越大。     

埋深对隧道结构地震动力响应的影响分析

不同的埋深条件下,隧道结构的地震响应差别很大,但其影响规律和特点目前尚停留在震害调查和经验认识的阶段,尚缺乏系统的分析和研究.采用FLAC3D软件,以勒不果喇吉隧道为例,运用数值分析方法对不同埋深条件下的隧道结构地震响应进行数值计算和分析,总结出其基本影响规律和特点,并提出了临界埋深的概念.