围压对砂砾石地基管涌影响的试验研究

砂砾石地基所处的实际应力状态对其管涌发生、发展过程的影响明显.为了研究有围压状态下砂砾石地基的管涌现象,利用渗流-侵蚀-应力耦合试验装置,开展了不同围压状态下缺乏中间级配的管涌型砂砾石料的耦合试验研究,建立了管涌临界渗透坡降与围压之间的线性经验公式,表明管涌临界坡降随着围压的增大而增大;通过对管涌发生、发展过程中的土样渗透性及细颗粒流失情况的分析,发现围压越大,土体渗透系数及其变幅越小,对管涌发展的遏制效果越明显.     

堤基侵蚀型管涌的砂槽试验研究

堤基侵蚀型管涌是汛期堤防工程中常见的一种渗透变形现象,其发生完全位于堤基或坝体内部,通常不易被发现,难以及时采取相应措施予以控制。同时,随着侵蚀型管涌的发展,堤基进一步会产生不均匀沉降,最终威胁大坝的安全,因而其发展机理和破坏特性的研究一直是国内外研究的热点和难点。为探究堤基侵蚀型管涌的发生发展过程及破坏规律,通过引入多色填充砂示踪方法实现了对土样中填充细料颗粒运移的顺序和方向进行判别,从而更直观地揭示管涌发展过程。根据不同管涌土判别方法选取了三种间断级配的土样进行侵蚀型管涌双层堤基砂槽模型试验,并对现有管涌土判别方法的有效性进行了比较。同时考虑变水头条件和土料级配两种因素对管涌侵蚀结果的影响,分析“扰动”作用与管涌发展的关系。通过研究表明：侵蚀型管涌破坏始于管涌口周围的细料流失,随着渗透侵蚀的发展,细料起动和流失位置均逐渐向上游发展;侵蚀过程中细料的流失具有明显的渐进性,而细料起动可以发生在侵蚀范围之外;外部因素或渗流稳定因素造成的“扰动”作用对侵蚀型管涌过程具有促进作用。     

渗流作用下粉土质砂潜蚀演化特征与预测模型

长期渗流作用下,土体发生内部潜蚀常会诱发结构变形甚至破坏。利用自主研发的渗流装置开展砂土潜蚀试验,研究渗流作用下不同初始孔隙比粉土质砂的颗粒流失过程及潜蚀演变特征,并阐明各影响因素的作用机制,建立颗粒流失量随水力梯度和时间增长的预测模型,继而基于颗粒级配试验和三相关系推演,揭示粒度分布与孔隙比的变化规律。结果表明：渗流作用易导致砂土内部细颗粒和砂粒流失并逐渐形成优势渗流通道,诱发砂土局部坍塌并在持续潜蚀后呈整体不均匀沉降变形,直至水压主要沿优势通道消散时,达到潜蚀稳定;初始孔隙比或密实度是影响土体潜蚀程度的主要内部因素,直接改变了颗粒移动的起动水力梯度、流失速率、累积总质量及土样沉降变形量,水力梯度增大会加快颗粒流失、通道形成和潜蚀稳定;建立的预测模型拟合度高,能较好地反映上述演化特征以及初始孔隙比和水力梯度对颗粒流失发展规律及稳定时间的影响;潜蚀对粉土质砂物理状态的影响主要表现在孔隙比总体增大而颗粒粒径的不均匀性降低。     

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。     

电站尾水渠施工期渗流场数值分析

为研究施工期尾水渠基础渗流场、渗流稳定以及渗流量等问题,选取电站尾水渠典型断面,建立尾水渠岩土体渗流的数学模型,结合电站尾水渠典型断面确定边界条件,利用伽辽金有限元方程进行数值计算,对尾水渠施工期渗流场进行模拟.结果表明:塑性混凝土防渗墙设计效果较好,渗流量的绝大部分通过防渗墙以下入渗,降低了孔隙水压力;在渗流出溢处水力坡降超出允许水力坡降,该处需采取工程措施,以免发生渗透破坏.这些成果可为施工期尾水渠安全运行提供理论根据.     

多元结构坝基双排防渗墙控渗效果试验研究

双排防渗墙已广泛应用于西南地区强弱互层深厚覆盖层地基,但双排防渗墙的间距及布置形式如何选择,控渗效果如何等都值得深入研究。基于非饱和土体渗流理论,以强弱互层深厚覆盖层坝基为研究对象,针对双排防渗墙进行试验研究,得出渗流量和出逸坡降,探讨各布置形式下双排防渗墙的控渗效果。研究表明：“前长后短”、“前短后长”、“前后同长”3种布置形式下总渗流量和出逸坡降都随着间距的增加而降低,“前长后短”、“前后同长”布置形式降低明显。坝体渗流量以间距L=13.2、16.5 cm为分界线,先增大后降低;坝基渗流量以间距L=13.5、17.5 cm为分界线,先降低后增大。双排防渗墙中深度较大的防渗墙消减的水头更大,两防渗墙深度一致时,前后防渗墙分别消减水头37.5%、50%。当前后防渗墙的深度之和一定时,双排防渗墙采用“前短后长”的布置形式相比采用“前长后短”的布置形式,能更有效降低渗流量和抑制出逸坡降,建议优先采用。     

非饱和堆积土边坡降雨-渗流潜蚀耦合过程模拟

西部山区的松散堆积土是一种宽级配弱固结土,其内部细小颗粒易随降雨入渗在粗颗粒土骨架间孔隙发生迁移,改变土体水力特性,诱发堆积土边坡降雨失稳。为定量研究降雨作用下堆积体内在的渗流潜蚀耦合演进规律及其斜坡失稳机理,本文对降雨作用下非饱和堆积土边坡中坡体及孔隙尺寸的细颗粒迁移现象进行了分析概化,并基于多孔介质力学及混合物理论构建了描述非饱和堆积土中细颗粒侵蚀-运移-沉积全过程的渗流潜蚀模型。该模型被植入有限元程序,模拟了降雨作用下一维非饱和堆积土柱内部的渗流潜蚀耦合响应过程,并结合无限边坡模型定量分析了细颗粒迁移引发的土体渗透性、持水性及强度演化对非饱和堆积土边坡降雨入渗过程及稳定性的影响。通过数值模拟,本研究阐释了松散堆积土边坡中细颗粒迁移引发边坡局部土体渗透性变化,形成相对不透水层,诱发浅层坡体失稳现象的内在机理;并指出堆积土中细颗粒的侵蚀流失将减弱土体持水性及抗剪强度,加速边坡内的降雨-渗流潜蚀进程,加速边坡的浅层失稳。鉴于由降雨-渗流潜蚀过程引发的土体渗透性、持水性及强度演化均会对堆积土边坡稳定性造成不利影响,对松散堆积土边坡进行降雨稳定性分析时应充分考虑其内在的细颗粒迁移效应。     

黄河山坪电站船闸地基渗控措施优化

建立黄河山坪电站船闸地基的有限元模型,采用有限单元法研究三维渗流场,对计算得到的水头、扬压力、渗透坡降以及渗透体积力等进行分析.针对防渗墙的防渗作用,讨论墙厚及墙体嵌入基岩深度的敏感性,为防渗墙优化设计提供参考.结果表明:设置防渗墙后,有效地降低了闸底板的扬压力,提高了地基的渗透稳定性;墙厚的变化,对墙体的渗透坡降有较大影响;墙底基岩的渗透坡降随墙体嵌入深度的增大而减小;设计院采用的防渗墙厚度60cm、嵌入基岩深度1m的方案是合理且经济的.此外,通过三维渗流场分析得到的渗透体积力,可为进一步研究地基应力、沉降变形、抗滑稳定以及在地震作用下含泥粉细砂可能发生的震动液化提供渗流荷载依据.     

基于Auto bank的某水库大坝渗流安全评价

以富水水库为例,依托达西定律和渗流理论基础,并结合Auto bank有限元软件分析了水库在正常高水位、设计洪水位、校核洪水位下坝体及坝基的渗流状况,计算结果表明水库日渗漏量远小于允许日渗漏量,水库渗漏量满足规范要求。大坝各工况最大渗透坡降均小于规范允许值,渗透变形满足规范要求。左坝肩存绕渗现象,建议加强监测。     

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。     

寿县正南淮堤堤身锥探灌浆、堤基截渗加固方法

针对寿县正南淮堤砂堤砂基堤后翻砂鼓水和散浸等险情，采取堤身锥探灌浆、堤基截渗等加固措施，大大减轻了正南淮堤历年来的的度汛压力。     

堤基管涌模型试验研究

针对堤基进行了管涌砂槽模型试验研究,观察并分析了管涌发生、发展并导致溃堤的过程.试验结果表明,管涌破坏均发生在透水层的顶面,只要低于临界水头,管涌就仅在一定范围内发展并最终停止,如果超过临界水头,管涌通道持续发展并最终与上游河水连通,连通管流的强力冲刷力最终导致堤基整体破坏和溃堤.     

非均匀流与颗粒组成对管涌影响的试验研究

管涌的发展是个复杂的过程,受多种因素的影响,本文针对水流条件和试样颗粒组成两个因素进行了管涌发展的砂槽模型试验研究,观察并分析了两种典型的非均匀水流条件和三种试样颗粒组成下管涌发生发展的过程。试验结果表明,水流发散时,管涌口流量较小,管涌破坏的临界水力梯度大,侵蚀速度慢,侵蚀发生前试样内的水力梯度沿着水流发散方向逐渐减小;反之,水流汇聚时,管涌口流量大,管涌破坏的临界水力梯度小,侵蚀速度快,侵蚀发生前试样内的水力梯度沿着水流汇聚方向逐渐增大。此外,在相同的水流条件下,当试样中的细颗粒越粗时,管涌发生的临界水力梯度越大,管涌通道发展的速度也就越慢。     

基坑管涌诱发原因及渗流控制

基坑渗流诱发坑后土体管涌破坏是引起基坑工程事故的一个重要因素。针对基坑工程渗流问题的特殊性，探讨了基坑管涌的诱发原因。结合基坑工程典型工况，采用有限元方法分析了管涌发生和发展所引起渗流场显著变化及其对稳定和变形可能产生的危害性。阐述了进行渗流控制研究的重要意义，讨论了渗流控制的关键问题，指出改善渗流场形态是进行渗流控制的重要方面。     

不同细颗粒含量土体管涌三轴试验研究

为探究不同细颗粒含量土体管涌机理以及管涌后土体力学性质,选取三种不同细颗粒含量的土体,利用自行研制的管涌三轴仪,选择向上管涌的方法模拟管涌实际情况。通过管涌试验以及管涌后的排水剪切试验,分析了细颗粒含量对临界水力梯度、累计涌砂量、峰值强度以及体变的影响。结果表明:管涌发生前,临界水力梯度和临界流速随细颗粒含量的增加而增加;土体在较高的同一水力梯度作用下,累计涌砂量增长速度随时间逐渐减小,流失相同的细颗粒含量,累计涌砂的时间随细颗粒含量的增加而减小;随着细颗粒含量的增大,管涌后土体峰值强度呈不规则变化,土体体积先发生剪缩后发生剪胀,试样体积最大剪缩量随细颗粒含量的增大而增大。     

堤坝渗漏广义示踪法室内试验研究

以堤坝填筑材料中常见细砂、中砂、粗砂为试验材料,以食盐溶液为示踪剂,通过测试各材料中示踪剂电导率随时间的变化规律,计算其渗透水平流速。经试验传统点稀释公式计算得出的渗透水平流速在各砂层中对比流量法测试得到的流速偏大,在同一砂样不同水力梯度下两流速比值基本为一恒定值,而在不同砂层中比值不尽相同。对原点稀释计算公式进行了修正,并给出了修正系数实验值。