悬挂式防渗墙在管涌过程控制中的作用机制

为了研究悬挂式防渗墙在堤基管涌发展过程中的控制作用机制,该文采用了基于管流-渗流耦合方法的管涌动态发展数值模型,选取二元堤基条件,模拟了管涌通道在堤基无墙情况和设置悬挂式防渗墙情况下的管涌动态发展过程。数值结果表明:悬挂式防渗墙对渗流场的影响是有限的,仅其周围局部区域的流场会因防渗墙发生显著改变,该区域外的流场变化则不大。悬挂式防渗墙将管涌通道的发展过程分为下游侧发展段、绕墙段和上游侧发展段等3个阶段,其中绕墙段的发展耗时明显大于其他阶段。在管涌通道绕墙段的发展中,由于局部流场的改变,土颗粒侵蚀的水动力学条件降低;同时由于管涌发展方向改变,土颗粒的自重增加了颗粒侵蚀的阻力,提高了颗粒侵蚀临界起动条件,使侵蚀难以继续发展。     

双层堤基条件下管涌逸出的颗粒流模拟

基于颗粒离散元理论,结合实际工程中的双层堤基管涌对管涌口颗粒逸出问题进行仿真模拟。基于颗粒流程序平台PFC2D(Particle Flow Code in Two Dimension)建立了管涌口附近地层的数值模型,通过模拟实验确定了颗粒参数,分别采用线性接触刚度和平行粘结本构模型定义黏土层和砂性土层的接触模型。通过与水的耦合作用,得到管涌口从发生到扩展的管涌演化全过程。采用FISH语言开发程序,分别得到其流失量、孔隙率、流速等参数并进行分析。宏观方面的研究结果表明,采用颗粒流模拟的结果与实际管涌的宏观现象基本吻合;细观方面,管涌颗粒在管涌发生发展过程中沿着实际水流速度最大的通道溢出,流速的分布情况存在从相等的平均流速状态向局部流速集中并逐渐增大的改变过程,局部细小通道逐的流速集中,引起周边颗粒的加速流失,最终导致管涌通道的形成。这些结果为PFC2D在渗透破坏方面的深入研究应用提供了一定的实用依据,同时也为在细观尺度上解释和分析管涌现象提供了一条新的途径。     

砂土管涌的细观机理研究

利用数码可视化跟踪技术和数字信息计算机实时处理技术进行管涌细观模型试验,从细观角度研究砂土管涌机理.研究得到管涌发展过程中颗粒的移动规律,渗漏通道的形成特点,流速、颗粒位移场等随水力梯度的变化特点,并从级配角度分析土样的稳定性,得到土体的稳定性与级配曲线形状及不均匀系数等因素有关的结论.结果表明,管涌形成过程中流速、颗粒运动和渗透通道形成规律很大程度上取决于骨架颗粒、可动颗粒以及水之间的相互作用,表明水土相互作用贯穿管涌发展的全过程.     

堤防管涌试验研究与分析

为研究堤基内部填充颗粒在何等水力梯度下发生运移,进而流向出流口,最终引起管涌破坏,对砂槽模型试验装置进行了改进,避免出现接触冲刷破坏,以获得理论上发生管涌的临界水力梯度值。试验中考虑了不同细料含量、填充密度、渗径等条件下管涌临界水力梯度的变化,试验结果较为接近公式计算值。在此前提下,考虑了堤基内部存在渗流通道对管涌临界水头的影响,分析了渗流通道大小及通道距出流口远近对临界水力梯度的影响,得到了比较合理的结论。     

运用离散元法研究管涌机理

为了从细观层面研究管涌发生的机理,引入离散元(DEM)理论,分析多孔介质中的流体动力学方程,考虑颗粒相与液相之间的相互作用力,得到单个颗粒受到流体的作用力,将其作为固相与液相之间的桥梁,运用颗粒流程序(PFC)的优势,对计算过程中的孔隙率、压力场、速度场进行监测。运用这一方法对管涌现象进行了模拟,取得了较为理想的结果。结果表明:采用颗粒流方法研究管涌是可行的,为从细观尺度上解释和分析管涌现象提供了一条新的途径。     

堤坝管涌发展的改进模型

为了解决管涌通道的发展问题和管涌发展的数值计算问题,根据管涌实际形成机理,对管涌的微观物理模型进行了改进:在可动颗粒系统中,对可动颗粒按照粒径的大小进行分类,每个可动粒组作为一个整体圆管,按照粒径大小顺序,从通道管壁向中心依次排列。根据建立的新模型推导出新的可动颗粒起动的临界水头公式,并计算了两种典型级配土样的临界水头。结果表明:改进模型具有可行性和先进性,更适用于管涌动态发展的数值计算,为管涌的研究提供了更为简便的方法,并为管涌的数值计算进一步发展提供一个可行的新思路。?     

非稳定流作用下管涌发生发展的细观数值模型试验研究

为了揭示非稳定流作用管涌发生后的发展过程及其破坏规律,进行管涌砂槽模型试验和颗粒流数值模拟,建立6组模型研究水头抬升速率对颗粒运移过程的影响,分析不同条件下土体内部细颗粒运移引起管涌破坏的动态过程。根据数值模拟结果,揭示管涌发展过程中颗粒细观变化规律及流体的变化规律,并与砂槽模型试验结果进行比较。研究结果表明:一次加载方式对孔口区域的影响最大,也最不安全,此结论与工程实际相吻合,模型试验结果证实了该数值模型的合理性。     

煤颗粒热解过程中孔隙分形维数变化的数值模拟

为研究煤粉热解过程中孔隙分形维数的变化规律,更好地预测煤焦的燃烧行为,建立了基于颗粒分形孔隙的热解模型,对煤颗粒热解过程中孔隙分形维数的变化进行数值模拟.模型生成的颗粒在孔隙分形维数、孔隙率和颗粒密度方面与真实的煤粉颗粒相同.模型中采用官能团的裂解来描述热解中的化学反应,颗粒的膨胀由气体压力造成,热解模拟条件与沉降炉的实验条件相同.与实验结果相比,数值模拟能够定性地反映煤粉热解过程分形维数的变化规律.     

多孔介质曲折度对膨润土衬垫渗透性能的影响

膨润土的颗粒膨胀所引起的孔隙率及流径曲折度的改变是影响膨润土衬垫(Geo?synthetic Clay Liner,GCL)防渗性能的关键.通过COMSOL建立模拟膨润土中渗流的数值模型,研究了膨润土颗粒膨胀过程对GCL防渗性能的影响.COMSOL模型研究结果表明,流体通过膨润土粒间孔隙时,边界通道的最大速度明显小于非边界通道速度,这与泊肃叶公式的基本结论一致,初步验证了模型的准确性.同时,微观粒子速度分布规律与宏观流体场的速度分布规律基本一致,因此可以从微观的角度研究GCL的宏观渗透规律.利用COMSOL中的粒子轨迹监测方法,分析了颗粒膨胀对膨润土孔隙率和流径曲折度的影响.研究结果表明,流径的曲折度随孔隙率的增加而减小,且呈指数函数关系.基于GCL试样的多孔介质毛管模型和修正泊肃叶公式,考虑GCL孔隙率与流径曲折度之间的指数函数关系,提出了能综合反映孔隙率与流径曲折度影响的GCL渗透系数理论预测模型,并将理论预测结果与已有文献试验数据进行了对比,两者的比值介于1/5～5,验证了模型的准确性.     

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...     

考虑流固耦合效应的浅埋矩形顶管隧道开挖稳定性分析

为进一步研究流固耦合效应下浅埋矩形顶管隧道开挖面稳定性,结合南通世纪大道站矩形顶管过街通道工程,通过现场监控、数值模拟和理论分析等手段,分析了饱和砂层中流固耦合效应对开挖面极限支护力、破坏模式及孔隙水压力的影响。结果表明：支护应力比的减小将导致开挖面位移呈现3个阶段发展形式,致使开挖面前方孔隙水压力减小,最终导致其整体失稳破坏;相较于无渗流力计算,考虑流固耦合效应时开挖面前方土体土拱效应发挥程度较大,其极限支护应力比远小于1;深径比对浅埋矩形顶管隧道开挖面前方的破坏模式影响较小,但在浅埋情况下与极限支护力呈线性关系。研究结果可为饱和地层浅埋矩形顶管隧道施工提供一定的参考。     

浅埋暗挖隧道双液注浆加固数值模拟分析

二重管无收缩双液注浆技术(WSS)是浅埋暗挖含水砂层隧道施工中的一种有效的预加固技术。文章研究了该技术在浅埋含水砂层隧道开挖中的加固机理,以广州地铁5号线珠江新城至猎德段隧道为例,利用三维有限差分软件对隧道开挖后的变形情况及塑性区进行模拟,分析了有无预加固措施对拱顶地面沉降的影响,认为二重管无收缩双液注浆技术能有效地控制含水砂层围岩的变形和地表沉降,减少隧道初期支护的变形和受力,以保证施工的安全;同时,也进一步论证了有限差分程序FLAC 3D在实际隧道工程分析中的适用性。     

基于灰色关联分析的出砂室内实验研究

基于物质守恒方程,设计室内填砂管实验模拟地层不同出砂情况,研究出砂对含水的影响,并利用灰色关联分析法分析出砂、含水与其他实验参数的关联程度。研究发现未出砂、出砂0.5%、出砂1%地层孔隙度随驱替分别呈下降、上升、先升后降趋势;含水饱和度随驱替迅速上升并逐渐稳定,对出砂情况变化不敏感;渗透率随出砂量增加呈上升趋势,并在整个驱替过程中保持稳定。灰色关联分析发现:含水饱和度对出砂影响最大,其次为孔隙度、目数、压差和渗透率;孔隙度对含水饱和度的影响最大,其他依次为压差、目数、渗透率、出砂量。基于灰色关联分析的结果,提出防砂控水的措施,以指导现场施工。     

直升机座舱空气分配管路系统设计及仿真

飞机舱内的空气分配系统是决定舱内气流组织重要部件,舱内的空气品质及人员舒适性越来越受到关注,对于这一系统的研究也越重视。为保证座舱内合适的空气参数条件,实现制冷、加温和通风换气,满足全飞行包线下的指标需求。基于某型直升机座舱布局,开展了座舱空气分配管路系统设计及仿真研究。通过需求分析,明确设计技术指标。详细设计了座舱空气分配管路系统布局方案,并计算了供气口及分配管路尺寸参数。基于Flowmaster软件平台,建立了管路系统仿真模型,利用流量配平仿真计算,实现了管路系统的流量分配。通过与试验数据对比,供气口流量分配误差满足工程要求,验证了仿真结果的可靠性和系统方案的可行性。最后,针对直升机全飞行包线范围内管网风阻和供风口流量的变化,对技术指标进行了仿真计算校核。结果表明,所设计座舱空气分配管路系统方案合理可行,满足设计指标要求。     

堤(坝)基层状粗粒土发生渗透变形的颗粒运移规律

堤(坝)基常出现强弱互层的土层结构,具有代表性的主要由强透水砂砾石层、弱透水细砂层和强透水砂砾石层组成,渗透时各土层微观的颗粒运移规律对于揭示堤(坝)基渗透变形和破坏机理至关重要。采用三维颗粒流程序并结合"反演模拟法",准确对颗粒细观参数进行了标定,有效的模拟了该多层堤(坝)基渗透变形的发展过程,获得了堤(坝)基渗透变形过程中的颗粒运移特点及颗粒流失情况。结果表明:渗透破坏主要发生在上部砂砾石层中,随着渗透破坏的持续发生,逐渐影响下部土层,该层中细颗粒在粗颗粒孔隙间移动而后逐渐流失,属于典型的管涌破坏。中间细砂层在上部砂砾石层管涌破坏后,其颗粒最先在管涌口正下方Z4区发生流失,其余区域颗粒流失相对较晚,且颗粒流失量均随着计算时间步的增加而增加,导致细砂层出现小范围的变形。随着计算时间的增加,上部砂砾石层的下沉量是逐渐增加的,当上部砂砾石层细颗粒流失达到一定程度,堤(坝)基发生破坏,将对上部建筑物产生重大危害。为从微观角度认识多层堤(坝)基流渗透破坏提供了一定参考。     

四面山砂泥互层隧道爆破参数优化研究

在近水平软硬互层围岩隧道钻爆开挖的过程中,由于水平方向层理、节理、弱面以及软弱夹层的存在,使得光面爆破的轮廓平整度很难得到保证,并导致较为严重的超欠挖现象。以四面山层状围岩隧道为工程依托,基于X射线衍射试验以及室内物理力学试验所获取的砂、泥岩的力学参数,综合考虑微差、孔间距、不耦合系数等因素,采用正交试验制定了砂泥互层围岩隧道爆破模拟方案,并对重庆江习四面山近水平砂泥互层围岩隧道进行了爆破优化数值模拟,得到了层状围岩隧道爆破优化方案,将原爆破方案及优化方案与现场测试结果进行了对比,结果表明模拟结果与现场测试值基本符合．研究成果可在类似隧道爆破施工中推广应用。     

影响再生骨料透水性混凝土性能各因素的实验分析

试验研究了再生粗骨料的粒径、水灰比、骨灰比和砂率四种因素对再生骨料透水性混凝土的抗压强度、有效孔隙率和透水系数三种性能指标的影响规律.结果表明：抗压强度随着骨料的粒径、水灰比和砂率的增加而增大,随着骨灰比的增大而降低;有效孔隙率随着骨灰比的增大而增大,随着粒径、砂率的增大而减小,随着水灰比的逐渐增大呈现先上升后下降的趋势;各因素对透水系数的影响与对有效孔隙率的影响规律是一样的.     

鄂尔多斯盆地上古生界储层物性影响因素

鄂尔多斯盆地上古生界储层为砂岩储层，属低孔、低渗致密储层，孔隙度、渗透率关系较差。根据岩石薄片鉴定资料分析，影响物性参数的因素有：岩石类型、粒度大小、孔隙类型、泥质含量。研究结果表明相同粒度的石英砂岩的物性好于岩屑砂岩，岩石类型由砾岩——粗粒——中粒——细粒砂岩变化时，物性参数相应变小。岩石的孔隙类型为粒间孔、晶间孔时，物性参数较高，其次为溶蚀孔，以微孔为主的岩石物性最差。岩石中泥质含量低于15％时，岩石物性参数较好，泥质含量大于15％时岩石物性较差。     

内压下管道三通的极限载荷解

介绍了通过相贯线支管侧和主管侧内力之间的关系求取焊制三通塑性极限载荷 的工程方法。即首先由简单的力平衡方程获得支管在相贯线处的内力与极限载荷的关系,将此 内力作为主管相贯线处的外力,继而求解极限载荷状态下主管近相贯线处内力的近似解,结合 Von—Mises屈服条件(即三通由于相贯线主管侧形成塑性铰而失效时内力需满足的条件), 便可获得三通的塑性极限载荷,并据此建立了管道三通塑性极限压力的估算式。