一维低渗透介质非达西渗流实验

该文选取黏质粉土、粉质重亚黏土、粉质重黏土1和粉质重黏土2四种细粒土样作为实验介质,开展一维土柱渗流实验,研究了低渗透介质中的渗流规律,并通过调节进出水端的水头差,同时观测出水流量,分析水力梯度和渗透流速之间的关系.实验结果表明:土样粒径的分布对渗流规律起决定性作用,即随着土样介质中黏粒含量的增大,渗流由达西流变为非达西流,且黏粒含量越高,非达西现象越明显,当渗透系数低于10-5 cm/s数量级时,该非达西流中水力梯度和渗透流速满足二次方程关系.此外,对比粉质重亚黏土和粉质重黏土,可以明显发现渗流存在着启动水力梯度,且启动水力梯度会随着黏粒含量的增大而增大.     

第一类越流含水层系统中非完整井附近非达西渗流近似解析解

研究了第一类越流含水层系统中非完整井附近非达西渗流问题,得到主含水层抽水井附近水位降深拉氏空间近似解析解及抽水后期近似解析解。抽水井附近主含水层中渗流概化径向渗流和垂向渗流,径向渗流由于流速较大由非达西渗流公式Izbash公式来刻画,垂向渗流由于流速较小用达西定律表示,通过线性化方法简化非达西非线性项,然后结合Laplace变换和有限余弦Fourier变换对水流模型进行求解。结果表明:主含水层中水位降深对称于滤水管中轴线,且在中轴线处最大;在抽水后期,主含水层水位降深随着弱透水层渗透系数的增大而减小,且随着Izbash公式中非达西经验指数n值增大,主含水层得到越流补给的水量减小。     

黏土结合水起始剪切力对非达西渗流的影响

黏土结合水对黏土的流变、膨胀以及渗透等有显著影响,了解黏土结合水性质变化对黏土研究具有重要意义。基于黏土双电层理论,由黏土微电场推导黏土结合水抗剪强度与结合水到黏土颗粒距离的函数关系,并以此解释黏土非达西渗流的机理。结果表明:黏土结合水具有类似非牛顿液体性质,双电层中每一处结合水存在"起始剪切力",当水压力超过结合水的"起始剪切力"时,结合水将发生移动;黏土非达西渗流存在起始水力梯度,且起始水力梯度与结合水的"起始剪切力"呈线性关系;当黏土开始发生渗流时,结合水在孔隙中流速呈曲线分布,流量与水力梯度呈非线性关系,黏土渗流特征曲线出现下凹型非线性曲线。     

三维非达西渗流的有限元分析

本文以非线性渗透规律的两种主要形式为基础,推导并建立了非达西渗流的三维有限元数值记算模型,分析了用有限元法分析非达西渗流的特点,用FORTRAN语言编制了相应的计算程序,并借助堆石坝渗流模型的实测结果进行了验证.     

非饱和低渗透黏土非线性渗流定律与固结

该文分析了渗流实验结果,得出:非饱和低渗透黏土渗流遵循具起始水力梯度的非线性渗流定律.考虑到在非饱和黏土中气相在含水饱和度大于90%时不能独立运动,基于该非线性渗流定律,分别建立了非饱和黏土定流量单向非线性渗流、定压单向非线性渗流、定流量径向非线性渗流固结数学模型.以黏性边界层思想,构造出了上述数学模型解的结构,以积分方程法,导出了非饱和低渗透黏土非线性渗流平均质量守恒方程、活动边界运动方程、压力分布与平均固结度计算公式.进行了实例计算分析,结果表明:与线性渗流相比,非线性渗流使黏土层同一位置处的无量纲超孔隙水压力增大,使非饱和低渗透黏土固结活动边界运动速度减小、使定流量单向渗流平均固结度增大.该文结果可用于非饱和低渗透黏土地质工程与岩土工程等领域.达西渗流固结计算是具有起始水力梯度的非线性渗流固结计算的特例.     

高水头抽水蓄能电站高压岔管围岩非线性渗流分析及渗透稳定性研究

针对抽水蓄能电站钢筋混凝土岔管承载的高内水压力导致围岩高渗压差、高水力梯度等问题,以高压岔管围岩渗流控制为目标,结合现场高压压水试验及其解析模型,定量分析高渗压下岔管围岩的渗流参数,基于单裂隙花岗岩非达西渗流室内试验成果,拟合Forchheimer非达西渗流方程影响因子与渗透率之间的指数型关系式。在此基础上,采用Forchheimer非达西渗流方程、Signorini型变分不等式和自适应罚函数相结合的方法,推导非达西渗流控制方程组及其有限元计算格式,并将其应用于阳江抽水蓄能电站高岔区围岩渗流规律研究。结果表明:高压岔管内水外渗导致防渗排水措施和导水断层附近区域产生了强烈的非达西渗流;采用非达西渗流理论计算的渗漏量明显小于达西渗流理论计算值,且差值伴随着流场非线性的增强而增大。研究成果对于高水头抽水蓄能电站岔管区防渗设计与控制具有参考价值。     

承压含水层中非达西径向稳定流动抽水模拟试验

为分析抽水井附近水流的非达西流动,采用装填均质河砂的扇形密闭水槽模拟承压含水层,开展了外边界水头恒定条件下的定流量抽水试验,获得到了水流稳定流动时的水头降深曲线。通过比较试测水头降深与达西流动理论水头降深,以及比较相邻两压力传感器之间的平均水力梯度与相同流速下的达西水力梯度,进行了非达西流动的判别,比较结果发现本试验条件下存在明显的非达西流动现象。同时,应用基于Izbash方程的非达西稳定流动水头降深解析解,对不同流量下的试验数据进行了拟合分析,发现抽水流量对非达西稳定流动的Izbash方程系数值影响较小。通过不同平均方法获得了描述本试验中非达西流动的Izbash方程系数的适宜取值为k=7.17×10-7,n=1.65,此时不同抽水流量下拟合水头降深曲线与试测水头降深曲线吻合良好,表明基于Izbash方程的非达西稳定流动水头降深解析解可较好地描述抽水井附近的非达西径向稳定流动。     

承压含水层中非达西径向稳定流动抽水模拟实验

为分析抽水井附近水流的非达西流动，本文采用装填均质河砂的扇形密闭水槽模拟承压含水层，开展了外边界水头恒定条件下的定流量抽水实验。通过安装在扇形水槽侧壁的压力传感器测量压力水头，得到了水流稳定流动时的水头降深曲线。通过比较实测水头降深与达西流动理论水头降深，以及比较相邻两压力传感器之间的平均水力梯度与相同流速下的达西水力梯度，进行了非达西流动的判别，比较结果发现本实验条件下存在明显的非达西流动现象。同时，应用基于Izbash方程的非达西稳定流动水头降深解析解，对不同流量下的实验数据进行了拟合分析，研究发现抽水流量对非达西稳定流动的Izbash方程系数值影响较小。通过不同平均方法获得了描述本实验中非达西流动的Izbash方程系数的适宜取值为k=7.17×10-7，n=1.65，此时不同抽水流量下拟合水头降深曲线与实测水头降深曲线吻合良好。这说明基于Izbash方程的非达西稳定流动水头降深解析解可较好地描述抽水井附近的非达西径向稳定流动。     

未完建堆石坝的渗流试验研究

本文为研究未完建堆石坝渡汛时的渗流规律、各水力因素的相互关系及定量计算。通过试验得出:在大雷诺数条件下,渗透流速与渗透坡降的关系已不符合线性规律而呈现为非线性规律;在不同的堆石料粒径时,相应的渗透流态数值;与相应的渗透流态的渗透系数;堆石体的单宽渗流量与上、下游水深差及堆石料粒径大小的关系。根据试验成果提出关于上述各水力因素,以及浸润线、浸润线的逸出高度、决定下游坡堆石料的稳定性等的计算公式。本文可供未完建堆石坝渡汛设计时的参考。     

堤坝下游管涌险情发生的临界流速和渗流量及其防汛应用

引用水力学中单个潜水球体起动平衡时的阻力系数试验曲线,结合颗粒土料的渗流阻力试验中孔隙率的关系,提出了鉴别堤坝下游地基各土层发生管涌的临界流速和渗水量观测方法。为方便计算还给出了阻力系数试验曲线的不同流态(达西流和非达西流)经验公式。为应用方便,又算出常规土层的管涌临界流速和渗水量的对照表格,供汛期防洪查用。现场实施只...     

Morison方程水动力系数归一化的探讨

Ｍｏｒｉｓｏｎ方程中水动力系数Ｃｄ及Ｃｍ不仅与小尺度构件的变形，它在水中放置状态以及Ｋｃ数和Ｒｅ数有关，而且通常认为还随环境条件的不同而改变，即规则波与不规则波的系数不相同，纯波与流流共存的系数亦不同。本文探讨了将环境条件差异而造成水动力系数的变化，归化为Ｋｃ数的恰当定义和不规则波特征波的恰当选用，从而得到规则波与不规则波，纯波与波流共存不同条件下归一化的水动力系数Ｃｄ，Ｃｍ与Ｋｃ数的相关结果。     

AN EXPERIMENTAL STUDY ON VERTICAL HYDRODYNAMIC FORCE ON A CIRCULAR SLAB NEAR FREE SURFACE BY WATER WAVES

NOMENCLATUTE d—— water depth D—— diameter of slab Fz—— vertical force on slab Fzu1/3——upward force Fzd1/3——downward force g——acceleration due to gravity H——wave height for regular wave Hs——significant wave height for random wave L——wave     

Lorentz力对弱导电流体中圆柱受力的影响

电磁力（Lorentz力）可以改变弱导电流体边界层的结构,从而影响物体受力状况。该文将电磁激活板包覆在圆柱表面,置于弱电解质溶液中,从实验上测试并分析了Lorentz力对圆柱所受阻力的影响。为了揭示其影响过程的内在机理,对此现象进行了细致的数值研究,着重讨论了Lorentz力对圆柱阻力的各种组成部分的因素,揭示了Lorentz力主要通过改变圆柱表面涡量梯度及涡量来影响圆柱受力变化的内在过程。结果表明,在一定范围内,随着Lorentz力的增大,圆柱的表面涡量增大,流体分离点后移,表面涡量,阻力的振动幅度减小至零,圆柱所受阻力减小。     

平板闸门流激振动效应对启门力的影响

为探究流激振动对闸门启闭力的影响机理,通过对固定的上、下游水位和底缘形式的平板闸门进行流固耦合分析,结果表明引起闸门振动的激振力和由闸门振动位移产生的摩擦系数和摩擦力臂的变化是造成启闭力变化的主要原因。在前人统计的闸门振动较大的不利开度的基础上,利用波形合成法以及振动理论提出作用于闸门面板上的激振力的计算公式,并考虑其对闸门启门摩擦系数、摩擦力臂以及启门摩擦力的影响,总结出流激振动效应下平板闸门启门力的计算方法。通过与石泉水电站中孔平板闸门启门力实测资料对比发现,理论计算的结果与实际工程的实测值吻合良好,可为实际工程的启闭力计算提供一定的科学依据。     

不同雷诺数下水平桩柱的水动力待征

本文介绍了均匀振荡流中光滑水平桩柱上水动力特征的试验研究.试验中,雷诺数Re=20000～260000(该区域为亚临界区与临界区),Kc=5～40.分析中,利用最小二乘法来确定Morison方程中的速度力系数C_(?)及惯性力系数C_M;还利用最大值法及均方根值法对合力系数C_F与升力系数C_L进行分析,所有的正向力与升力系数都作为Re及Kc数的函数给出,并且各系数相对于其平均值的均方差值也在图中示出.其主要研究成果如下:当Re≥80000时,所有的水动力系数(包括C_D、C_M,C_F与C_L),几乎与雷诺数Re无关,且各系数均随Kc数的逐渐增加而趋向于不同的常数;当Re<80000时,速度力系数C_D随Re数的增大而减小,而惯性力系数C_M随Re数的增大而增大.     

床面均匀沙拖曳力及上举力系数的确定

床面泥沙颗粒由于其相对暴露度及外形的不同,即使在同样水流条件下,颗粒附近的水流结构也不相同,进而影响到颗粒的受力不同,主要表现在颗粒拖曳力系数和上举力系数的不同。在白玉川提出的双向相对暴露度概念及拖曳力系数、上举力系数与纵向相对暴露度之间关系的基础上,分析发现,拖曳力系数介于1.00~1.22区间的概率大于92%,平均值为1.11;拖曳力系数与上举力系数比值平均值随沙粒雷诺数变化而变化,但在颗粒雷诺数大于25 000时,拖曳力系数与上举力系数比值平均值趋于常数1.28。将拖曳力系数和上举力系数引用到泥沙起动底流速公式中,得到了散粒体泥沙起动流速公式。实测资料验证表明,起动流速公式与实则资料吻合良好,间接地验证了提出的推移力系数值及上举力系数值是正确的。     

边坡稳定性计算中锚固力计入方式的讨论

分别采用Morgenstem-Price法和不平衡推力法计算在锚固力作用下边坡的稳定性，分3种方式计入锚固力的作用，即锚固力施加在锚杆的内端，位于条块的底部；锚固力施加在锚杆的外端，位于条块的顶部；锚固力均匀施加在锚杆穿越的条块内。研究表明，3种锚固力作用计入方式计算出的加固边坡安全系数相差在11％左右；而第3种锚固力计入方式的边坡安全系数介于第1和第2种方式的安全系数之间，且加固后的边坡条间力与滑面正应力分布最为合理。因此，建议在工程中采用第3种锚固力计入方式。     

作用于串列双桩桩列上的波流力

本文通过实验研究测定了双桩串列时在不规则波和水流共同作用下在不同桩距条件下桩柱所受的正向力与横向力,分析了正向力、横向力及其合力的时域及频域特性,给出了正向力和合力群桩系数随相对桩距和KC数的变化规律,文中还探讨了双桩串列时的合力值及其方向与单桩时的合力值与方向的比较。     

深圳地铁2号线侨香站基坑监测分析

结合深圳市地铁二号线侨香站基坑特点及周边环境,制定了有针对性的监测方案,并使用测斜仪、水准仪、频率接收仪对基坑深层水平位移、周边建筑沉降、支撑轴力等项目进行了跟踪监测。监测结果表明,深层水平位移变化受土体蠕变、地下水位升降以及附加荷载等因素影响,位移曲线形状大体呈＂弓＂形,建筑物沉降和轴力变化与基坑开挖深度变化基本一致...     

基于变形加固理论的小湾拱坝坝趾锚固研究

岩体工程中加固设计的加固机理本质上是一个变形稳定问题。刚体极限平衡法不考虑变形机制,针对的是结构濒临破坏时的特定状态,其结论是有局限性的,尤其是处于高梯度应力区的坝趾,该处大坝和坝基的相互作用以及锚固实际作用都对变形极为敏感,忽略变形机制会导致很大的误差。变形加固理论要求只对出现弹塑性不平衡力的区域进行加固,且加固力和不平衡力大小相等,方向向反。同时该理论指出在给定外荷载作用条件下,真实结构总是趋于自承力最大化而加固力最小化的状态,这和潘家铮最大最小原理是一致的。运用该理论对小湾坝趾锚固及坝踵破损进行了分析。