坝基帷幕防渗性能衰减的数值模拟

大坝长期运行条件下,帷幕受到坝基水的侵蚀作用,其矿物组成的溶失使得帷幕细观结构发生改变,进而引起防渗性能衰减,可能造成渗流安全隐患.为反映帷幕防渗性能衰减机理及其造成的影响,依据地下水动力学、溶质运移以及化学动力学的相关理论,建立了渗流场、化学场以及固相介质细观结构等多物理场耦合的数学模型,以帷幕中的主要组成Ca(OH)2作为目标矿物,研究其溶失引起的帷幕自身孔隙度和防渗性能改变以及对渗流等的影响.模拟结果表明,模型能较好地反映帷幕细观结构改变发生的部位及其程度.同时,模型还可预测由于防渗性能衰减而引起的渗流量的增加以及幕后目标离子浓度的变化.     

灌浆帷幕耐久性数值仿真分析

渗漏问题是涉及水库安全和经济运行的关键问题之一,为了有效增强基岩结构面内软弱充填物的抗渗性及渗透稳定性,降低坝基扬压力,控制坝基渗漏及两岸绕渗,通常在坝基及两岸山体内设置一定深度的灌浆帷幕,形成防渗体系.因此,灌浆帷幕的耐久性与大坝安全运行及管理息息相关.为了研究灌浆帷幕防渗性能的衰减过程,采用COMSOL Multiphysics软件,建立了坝基渗流场、化学场以及溶质运移场的三场全耦合有限元数值模型,研究帷幕在渗透力作用下,溶质的溶解-沉淀和迁移-扩散随时间的变化过程.研究结果表明:在库水的长期侵蚀和溶解作用下,帷幕缓慢地不断发生溶解侵蚀,其微观结构发生改变,帷幕中胶凝材料逐渐减少,使其渗透系数逐渐增大,防渗性能逐渐衰减;帷幕不同部位的溶蚀程度不同,底部溶蚀量最大,其次为上部,中部溶蚀量最小,因此帷幕底部是灌浆的质量控制重点区域;靠近坝基上游侧的帷幕溶蚀量高于下游侧.     

糯扎渡水电站地下厂房区渗流场分析

联合运用固定网格的节点虚流量法及能严密地模拟排水孔实际渗流行为的排水子结构技术,对糯扎渡水电站地下厂房区渗流场进行了三维整体有限单元法分析研究.结合工程的现拟渗控设计方案经多种工况的求解,较详细地分析了该电站地下厂房区的渗流场特性,论证了现有防渗帷幕和排水设计方案的明显渗控效果,为设计提供了可靠依据.在渗流场求解方面应用了目前较好的算法:一方面把排水子结构纳入节点虚流量法中;另一方面把节点虚流量法中的渗流虚域与实域、虚单元与实单元的概念引入排水子结构,使求解有复杂排水孔幕和排水廊道的工程渗流问题得到了较好地解决.     

沙湾水电站左岸坝肩"地窗式"防渗方案优化计算与分析

采用深度平均渗流模型结合2维立面渗流模型，对沙湾水电站左岸坝肩“地窗式”防渗方案进行了渗流量、渗流场及渗透坡降的计算；根据计算结果，对“地窗式”防渗方案进行了优化计算，提出了满足本工程防渗要求的阶梯型“地窗式”防渗体体型；计算结果表明沙湾水电站左岸坝肩采用阶梯型“地窗式”防渗体体型后，不仅可取消50m深防渗墙下施工繁琐的墙下帷幕灌浆3000余米，而且全封闭砼防渗墙可做成悬挂式，大大降低了防渗墙的最大深度和施工难度，还节约防渗墙900余米，其工程经济效益显著；本文方法对类似工程问题具有重要参考价值。     

梅山水库右岸坝基水质分析及帷幕性状评价

针对梅山连拱坝右岸13号拱渗流量增大的情况,利用典型坝垛排水孔水样检测成果,分析了右岸坝基渗流水水质、析出物的化学成分特征及其演变规律,进而评价了右岸坝基帷幕防渗状态,并给出了工程建议。     

流固耦合的多元结构深厚覆盖层透水地基的力学特性

深厚覆盖层多元结构坝基在渗流过程中各土层力学差异明显,分析时关注的具体问题也不尽相同,需要深入研究。基于比奥固结理论,考虑土体的非线性流变以及土体固结变形过程中孔隙度、渗透系数、弹性模量及泊松比的变化;借助ADINA流固耦合模块来模拟西藏达嘎水电站坝基渗流场与应力场耦合过程,分析各层力学特性及相互作用。研究表明,透水性较强的表层土体是渗流主要通道,也是渗流进出区和沉降变形体现区,应在上游采取措施提高其压缩模量,下游区域增设反滤层和排水设施;坝基中的粉细砂层是坝基沉降的主要原因,对坝基沉降起主导作用,同时应注意其液化特性对坝基的不利影响;坝基中的承压含水土层对下游上部结构产生向上顶托力,若位置较深,则破坏性较小;坝基深部土层对整个坝基的渗流破坏影响较小,但对沉降和渗流量的影响不可忽视;表层砂卵砾石层和粉细砂层的渗透系数相差较小时,土层间不会发生接触冲刷。此外,还发现坝基孔隙水压力在快速衰减阶段被消散,期间土体固结较快。垂直防渗墙能有效降低渗透坡降和渗流量,将坝基沉降变形控制在防渗墙上游区域,但上游坝基变形对防渗墙产生较大的水平推力,应加大防渗墙尺寸或者采用辅助渗控措施。     

南江水库坝基渗流及扬压力分析

南江水库大坝坝型为细骨料混凝土砌石重力坝,通过对该工程坝基渗流分析,提出此类坝型的坝基扬压力分布状况和特点.根据原型观测资料采用一元回归分析表明,南江水库大坝坝基帷幕和排水设施布置合理,坝基防渗系统整体状况良好,工作性态基本正常,坝基的渗流状态已趋于稳定,坝基杨压力分布基本满足安全要求.为确定大坝结构稳定和渗流稳定性的安全类别提供了依据.     

邯郸热电厂贮灰场渗流分析计算

针对贮灰坝不同坝基情况,提出了加防渗膜、垂直防渗墙、截渗管、截渗沟等９种渗流计算方案,并分析了各种方案的渗流计算成果,提出了防止灰场周围农田沼泽化的新型防渗体系,为贮灰坝的设计提供了理论依据。     

南京地铁基坑工程地下水控制与渗流分析

通过对南京市地铁10号线绿博园站基坑工程悬挂式隔渗帷幕抽水试验的研究,结合基坑地质水文条件,基坑所采取的支护结构以及基坑开挖深度,利用试验建立的地下水三维渗流模型进行数值分析,得出地下连续墙的嵌固深度对深基坑涌水量、基坑水位降深的效果。结果表明,在隔渗帷幕内试验,帷幕绕流阻水效果明显。     

深厚覆盖层中弱透水层厚度及连续性对渗流场的影响

中国西北地区的深厚覆盖层坝基中常存在厚度不均和不连续的弱透水层,弱透水层的厚度、不连续形式及开口大小对坝基渗流场有一定的影响,其规律需要深入研究。基于非饱和土渗流理论,借助Seep/w进行渗流求解,探讨中间位置处弱透水层的厚度及连续性对单宽渗流量和出逸坡降的影响规律,并结合工程实例进行对比分析。研究表明：单宽渗流量和出逸坡降都随着中间位置处弱透水层厚度的增加而降低;弱透水层厚度对采用半封闭式防渗墙控渗时的渗流场影响最大,悬挂式防渗墙次之,全封闭式防渗墙最小。开口在上游的弱透水层与防渗墙形成的半封闭式联合防渗体系的控渗效果最好,开口在下游的弱透水层次之,防渗墙上下游都存在开口时效果最差。单宽渗流量和出逸坡降随弱透水层上游开口长度的增加而增大,但开口长度对渗流场影响不显著,其原因在于各防渗体系下上游弱透水层仅起到微弱的隔水作用。建议防渗墙和下游弱透水层形成半封闭式联合防渗体系,避免防渗墙上下游弱透水层均存在缺口的不利情况。基于监测值和模拟值得出的误差满足规范要求,表明采用的计算方法和得出的结论皆可靠。     

碾压混凝土坝层面渗流对坝体渗流场的影响

从碾压混凝土坝的渗透特性出发 ,采用薄层单元模拟层面 ,探讨了碾压混凝土坝层面渗流对坝体渗流场的影响规律 .     

红兴水库渗漏原因分析及防渗措施研究

红兴水库位于呼兰河中游,是一座供绥化市城镇用水和农田灌溉用水的中型水库.根据水库初期蓄水后的原型渗漏观测和补充的地质勘探资料,初步分析研究了渗漏原因和实际渗漏量,提出了防渗处理措施.     

海塘渗透破坏数值模拟及渗透特性

为研究海塘的洪水渗透规律和渗透破坏机制,提出了可考虑土体渗透性随渗透破坏而变化的饱和-非饱和/非稳定渗流分析模型,编制了相应的程序。选取实际海塘进行了洪水渗透过程的数值模拟,并将计算结果与现场监测试验结果进行了对比,表明所建立的分析模型和计算程序是正确的。工程实例分析结果表明,海塘洪水渗透过程是一个涉及土体渗透性变化的饱和非饱和/非稳定渗流过程,塘身浸润线变化经历4个阶段,海塘渗透破坏是大渗流比降下洪水长时间渗透所导致的。因此海塘的洪水渗透破坏涉及破坏区土体渗透性的变化以及饱和-非饱和/非稳定渗流,按中国现行规范应用稳定渗流分析方法进行计算是存在问题的。     

考虑渗透各向异性的水下非圆形隧道渗流场解析

矩形、直墙曲拱形、多圆心形等非圆形隧道在工程建设中越来越常见,自然界土体多为渗透各向异性介质也是一个基本事实,目前水下隧道渗流场研究尚未综合考虑上述两种情况。本文以2个相互垂直的渗透系数表示隧道洞周土的渗透各向异性,基于坐标变换和保角映射法,给出了在渗透各向异性半无限多孔介质水下非圆形隧道的渗流量及水头的解析式。以某水下隧道为依托,通过数值模拟验证了解析解的正确性。并且研究发现：不考虑洞周土渗透各向异性将会低估隧道渗流量和衬砌外水头,给隧道工程的设计带来安全隐患,在隧道工程建设中根据实际情况适当考虑洞周土渗透各向异性的影响有重要工程意义。本文提供的方法适用于考虑渗透各向异性下的任意形状隧道的渗流场研究。     

Seepage Anisotropy of Heterogeneous Body

Ore dumps are heterogeneous bodies with anisotropic seepage characteristics because of the ore segregation.In an indoor experiment, a dump was constructed with three strata, where the horizontal and vertical seepage experiments were carried out.Horizontals flow are regarded as phreatic plan flows without penetration.Its seepage law satifies the Dupuit equation.With parallel lay seepage model, the equivalent seepage coefficient in the horizontal flow was obtained and was equivalent to the weighted mean of the seepage coefficient of each stratum.An unsaturated flow appeared in the vertical experiment, with a hydraulic gradient of 1.The vertical flow was equivalent to the seepage model that moved in vertical bedding; its equivalent seepage coefficient depended on the stratum with the minimum seepage coefficient.That the experiment showed clear anisotropy in a heterogeneous body was obvious with an anisotropic coefficient between 63 and 155, which is 25 to 100 times larger than that of a homogeneous body.     

Seepage characteristics of collapse column fillings

With concealment and hysteresis,water-inrush from Karst collapse column has become an important security hazard of lower group coal mining in North China.Based on the MTS8 15.02 seepage test system,we analyzed the impact of consolidation pressure,initial moisture content and confining pressure on the permeability of fillings in order to study the seepage characteristics of collapse column fillings.The results show that:(l)The permeability of collapse column fillings is of the order of 10~(-16)-10~(-15) magnitude and decreases with an increase in consolidation pressure and decrease in initial moisture content.(2) The essence of filling seepage law change is the change in porosity,and a power function relationship exists between the permeability ratio and porosity ratio.(3) With increasing confining pressure,the permeability of fillings decreases.However,under low confining pressure(1.2-4 MPa),the change of confining pressure has no obvious influence on the permeability.     

住宅工程渗漏的问题的分析

房屋渗漏是目前存在的一大质量问题 ,它不仅影响着人们的工作学习、生活 ,还将造成一定的经济损失 .     

渗流问题的拓扑优化

分析拓扑优化中的密度惩罚函数插值法SIMP（Solid isotropic material with penalization model）,将结构力学中的拓扑优化方法应用到渗流问题的拓扑优化设计中,用有限元的方法建立了简单的理想状态下的渗流问题的拓扑优化数学模型,并采用基于剃度法的数值解法-优化准则法（OC系列算法）,以设计具有最小能量损耗情况下的流体最佳流动路径的拓扑分布。以一组二维渗流问题为例,说明了该模型的有效性,为渗流问题的优化设计提供了一种有效的新思路和方法。     

自由入渗及其应用

通过自由入渗及其应用的研究,提出了判断地表产流的标准以及喷洒灌溉条件下各种土壤的最大喷洒定额及喷洒强度     

复杂纵向围堰的渗流计算

采用有限元解拉普拉斯方程的方法解绘出广东北江飞来峡工程纵向围堰不同上、下游水位和高喷板墙不同渗流系数典型组合的等势线，并用当量渗流系数法计算了不同上、下游水位和堰体、堰基渗流系数组合的单宽渗流量，用局部流网法解出逸出比降和逸出流速．最后得出结论和理论规律．