王甫洲水利枢纽坝基石膏溶蚀研究及处理对策

王甫洲水利枢纽主要建筑物基础置于下第三系陆相红色碎屑岩上,岩石中含有石膏,属中溶盐,由于电站的修建,水头增加,地下水流速加快,可能造成岩体中和建基面处的石膏溶蚀,石膏溶蚀一方面造成岩体结构的破坏,同时增加了水体中SO4-2的含量,对工程危害较大,为此对坝基下的石膏层的分布、含石膏地层与汉江水接触后的溶蚀以及溶蚀后江水中SO4-2的含量的变化进行了专题研究,在此基础上提出了坝基处理的意见.     

湿陷性黄土的危害与防治

湿陷性黄土是一种在一定压力下受水浸湿,土结构迅速破坏,并发生显著附加下沉的黄土.在岩土工程中如防治不当,会给建(构)筑物带来意想不到的危害.通过大量的室内试验和岩土工程实践,对湿陷性黄土的特性进行了分析和研究.并对岩土工程中湿陷性黄土的防治提出了切实可行的建议.     

水泥基材料接触溶蚀的三维有限元数值模拟

数值模拟方法是研究水泥基材料接触溶蚀问题的有效手段,但三维有限元数值模拟问题一直还未得到有效解决,为此,笔者开展了如下研究:①基于质量守恒定律,推导钙离子传输控制方程,并结合固液平衡关系曲线、孔隙率演化模型与有效扩散系数演化模型建立三维钙溶蚀数学模型;引入离子交换边界条件考虑接触边界浓度变化,为钙溶出量计算提供依据;②根据Galerkin有限元方法导出有限元计算格式,实现模型数值求解;通过算例验证,检验三维接触溶蚀模型及程序的正确性。结果表明:该三维模型能够用于模拟水泥基材料发生的多维溶蚀;针对圆柱体试件开展三维溶蚀数值试验,得到了各溶蚀特征量的时空分布规律;在三维状态下,接触溶蚀发展呈现出由表及里,各处溶蚀速率由快到慢,径向溶蚀速率大于轴向溶蚀速率的总体特征。研究结果为水泥基材料的溶蚀影响分析提供了理论基础及方法。     

堆积体对河道流速分布的影响研究

通过水槽实验研究,分析了河流的水流流速分布受堆积体影响的特性,其结果表明:(1)受堆 积体影响,水流流态一般可分为4个区段,即水流的主流区、堆积体上游滞流区、堆积体下游回流区及 堆积体下游主流区和回流区之间的过渡区。(2)堆积体体型对主流流速沿程变化影响很大,一般阻水率 越大,其对主流流速影响幅度越大,影响范围也越大。堆积体上游段,主流流速受堆积体影响流速减 小;堆积球权段,主流流速显著加大,堆积体末端附近,流速达到最大;堆积体下游段,水流逐渐扩散, 主流流速逐渐减小,但主流流速仍较无堆积体情况明显加大。(3)水流主流流速变化与流量之间无确定 相关关系,堆积体对主流流速沿程影响特性完全与堆积体阻水率的变化特性相一致。(4)引入堆积体阻 水率概念,堆积体的阻水率对水流结构的影响起决定性作用,阻水率越大,其对水流结构影响越大。     

希尼尔水库坝基防渗墙抗溶蚀耐久性试验研究

在室内模拟条件下,对新疆希尼尔水库坝基塑性混凝土防渗墙和水泥土防渗墙进行了渗透溶蚀试验。结果表明,塑性混凝土和水泥土在渗漏情况下会产生CaO溶蚀,且具有相似的溶蚀规律。对溶蚀前后试样的微观结构和差热分析表明,塑性混凝土、水泥土经溶蚀后均出现水化产物分解、结构疏松、密实度下降的情况。塑性混凝土和水泥土防渗墙耐久性的评价结果为,水泥土的抗溶蚀耐久性优于塑性混凝土,估算的安全使用年限均在100年以上。     

原状黄土冻融过程渗透特性试验研究

通过对西安Q_3原状黄土在冻融作用下的电镜扫描和三轴渗透试验,研究了原状黄土冻融过程渗透特性变化机理及规律。试验表明:冻融过程中由于土体内部冰晶生长及冷生结构形成导致原状黄土微观结构发生显著变化,融化后的黄土在一定程度上增大了渗透性;基于图像处理软件,计算得到孔隙面积比随冻融次数增加呈指数增加趋势,反映出冻融作用一定程度上破坏原状黄土结构强度,使土体渗透性增强,但多次冻融后结构强度和渗透特性趋于稳定。冻融过程试样表面产生不规则裂缝,且含水率越高,土体表面特征破坏越严重,是渗透性增强的主要原因。渗透系数随围压增大呈指数下降趋势,且高围压时渗透系数差异较小;渗透系数随初始含水率增加近似呈抛物线变化规律,但高围压下渗透系数与初始含水率抛物线变化规律不明显;渗透系数随冻融次数增加近似呈指数增加趋势,但低含水率试样渗透系数变化幅度较小。基于试验数据规律性,进一步得到了考虑围压、初始含水率及冻融次数影响的西安Q_3原状黄土渗透系数多变量预测模型。     

基于摩擦学原理的土质边坡稳定性分析

地下水的存在给工程带来了巨大的危害。分析研究了地下水引起的接触面积的变化,并推导了饱水情况下平面滑动的临界角变化公式。λ越小,发生失稳破坏的临界角θ就越小。而地下水压力p的增加有助于接触面积A*的减小,造成了在水压作用下土体更容易发生失稳破坏。在地下水的作用下,剪切破坏的摩擦系数是一个变量。土体软化后,有利于边坡失稳。     

耕作对黄土丘陵沟壑区浅沟侵蚀的影响试验

浅沟侵蚀是黄土丘陵沟壑区重要的侵蚀类型,耕作是黄土高原浅沟侵蚀发生和发展的重要影响因素。浅沟水流的水动力学参数研究是建立浅沟侵蚀物理模型或概念模型的基础。在黄土丘陵沟壑区延安市燕儿沟小流域的坡地上,通过野外放水冲刷试验,初步研究了耕作对浅沟水流水动力学参数变化特征的影响。结果表明:耕作使浅沟水流能量转化耗散规律发生变化,从而使各个水力学参数沿程及不同放水流量时的变化规律发生改变;在未耕作坡面上浅沟水流含沙量随时间的变化关系、弗劳德数随时间的变化关系均呈显著的线性相关;在耕作坡面上浅沟水流含沙量随时间的变化关系、弗劳德数随时间的变化关系呈极显著的对数相关;耕作后的第一场侵蚀性降雨产生的浅沟侵蚀量为全年侵蚀量的25%左右。     

浅谈黄土的工程地质特性

一、黄土的湿陷特性在黄土地区进行水利水电工程建设,首先需要判明黄土的湿陷性.由于各种黄土的形成时代和生成环境等因素不同,故其湿陷性也各有差异.所谓湿陷就是指黄土在一定压力下受水浸湿,土体结构发生迅速破坏而下沉的特     

考虑渗透溶蚀作用的防渗帷幕耐久性控制指标

帷幕是水工程常用的防渗结构,在其长期的服役过程中,渗透溶蚀会导致固相钙分解,渗透系数增大,防渗作用下降。目前,帷幕的渗透溶蚀耐久性缺乏控制指标,影响工程效益。在综合分析各种相关文献、试验和仿真模拟基础上,本文提出了水泥基材料渗透-溶蚀耦合分析模型,研究了渗透系数、固相钙成分对帷幕渗透溶蚀耐久性的影响,发现孔隙溶液的渗透流速影响帷幕的溶蚀进程,氢氧化钙和水化硅酸钙含量决定了最终溶蚀程度,建议采用帷幕孔隙溶液流速和氢氧化钙含量作为耐久性控制指标,当氢氧化钙含量控制在2%以下、帷幕孔隙溶液渗透流速不超过1×10~(-6)m/s时,帷幕渗透系数在运行50 a以后增大值在1个数量级以内。     

富水黄土隧洞加固方式对其力学响应的影响

依托某富水黄土隧洞,应用有限元分析软件对常水位作用不同工况下洞周围岩渗流场和位移场进行了模拟,对开挖过程中不同加固方式对洞周围岩的响应(渗流场、应力场和位移场)进行了研究。结果表明:洞周加固体的渗透性能对围岩的渗流路径、孔隙水压力和流速都有较大影响,对隧洞周围土体位移也有影响。在进行富水黄土隧洞注浆加固材料设计时,既要考虑材料的阻水效果,同时还要考虑加固体阻水后导致的土体孔隙水增加引起的土体抗剪强度的降低效应。     

太原市晋祠泉域生态环境特征分析

山西太原市晋祠泉是华北有名的岩溶大泉,近年来泉水流量一直呈衰减趋势甚至断流,恢复和保护晋祠泉水的昔日风貌让名泉复流,深化对泉域的研究在全省的水资源战略格局中至关重要。文中从水土保持的角度研究了晋祠泉域的自然地理与水资源系统环境特征。泉域内有土石山区、黄土丘陵沟壑区、黄土丘陵阶地区三种地貌类型;土地利用布局不合理,水土流失严重,土壤侵蚀模数500～7 000 t/(km.2a);降水是泉水流量变化的主要影响因素,1974年之后,降水量与汾河渗漏量的逐年减少、岩溶地下水开采逐年增加以及补给区水土流失成为导致晋祠泉水流量衰减的综合因素;结合晋祠泉岩溶水介质系统构造发育,研究了晋祠泉水资源系统结构特征与泉水补给区域特点,泉水的补给主要依靠灰岩裸露区接受大气降水和河流渗漏。对晋祠而言,汾河水在深水位灰岩区的渗漏则不容忽视,这种补给更可能占主要地位。     

三峡水库139ｍ蓄水后排污口污染带特性分析——以云阳污水处理厂为例

通过对云阳县污水处理厂排污口污染带平水期和枯水期的水文、水质、污染负荷现场同步监测,采用二维污染带水质模型模拟计算污染带的影响范围,对岸边污染带及其污染指标CODMn、NH3-N、TP按不同水期和不同监测断面的污染带特性进行了分析,初步预测了三峡大坝在156 m和175 m蓄水后的污染带变化趋势。结果表明,三峡水库蓄水引起的水位和江段特征的变化,改变了天然河道的水流条件,流速急剧减小,污水长时间滞留在排污口附近水域,不利于污染物的稀释、扩散,由于枯水期和平水期排放污水中的CODCr、NH3-N、TP浓度和长江纳污水体中的背景浓度的差异,其岸边污染带的长、宽、面积都将发生相应的变化,在排污口附近及下游仍会出现超背景和超标污染带。     

黄土中降雨入渗规律的现场监测研究

已有许多人工降雨试验确定的黄土入渗深度有限，一般很少超过4m，由此认为降雨难以通过正常渗流途径到达地下水位；而是通过裂隙、落水洞等通道灌入深部补给地下水的。然而调查发现，这种入水通道仅在黄土塬边的卸荷区常见，塬的中部很少。为了了解黄土地区地表水以何种方式补给地下水，在甘肃正宁县建立了一个监测站，通过在一深度为10 m的探井井壁上埋设土壤水分计，对天然降雨入渗条件下不同深度黄土层的体积含水率变化情况进行了为期一年的连续监测，同时采用雨量计记录其间的日降雨量。结果表明：2 m以内的浅部土层，土壤水分具有周年的背景变化趋势，该趋势和蒸发量的变化趋势吻合。当日降雨量小于18mm/d时，水分仅在表层循环，对地表以下（>20cm）的含水率几乎没有影响。当日降雨量大于18mm/d时，才会引起土壤含水率骤增，降雨量越大，土壤含水率增幅越大，影响深度越大，随着深度增加，增幅减小，时间上渐有滞后。观测点黄土的浸润带约为2m，2m以下的非饱和黄土中，水分以非饱和渗流或水汽形式迁移，水汽迁移量很小，但不可忽视，当遇到透水性差的古土壤层时，会在其顶部富集，长期作用则可能形成软弱带，诱发黄土滑坡。     

管线末端含虹吸断流结构的输水工程水锤防护

基于瞬变流计算的特征线法,建立真空破坏阀和单向调压塔数学模型,应用于管线末端含虹吸断流结构的输水工程。针对管线系统水锤防护问题,提出真空破坏阀单独防护、真空破坏阀和空气阀联合防护、真空破坏阀和单向塔联合防护等3种防护方案。结合管道压力控制要求,分析对比危险工况下水泵事故掉电时3种防护方案对管线系统水力过渡过程的影响。结果表明:针对管线末端含虹吸断流结构的输水工程,在真空破坏阀单独防护方案下,泵后部分管段压力降至汽化压力;在真空破坏阀和空气阀联合防护方案下,虽然管道压力没有降至汽化压力,但是不能满足空气阀防护下-5m最小压力控制标准要求;在真空破坏阀与单向塔联合防护方案下,单向塔防护范围内管线最小压力为0.55m,满足单向塔防护下管线不出现负压的控制标准要求,该方案有较好的水锤防护效果。研究结果可为管线末端含虹吸断流结构的输水工程水锤防护提供参考。     

深厚湿陷性黄土地基干灰场设计分析

黄土湿陷会导致坝基沉陷、坝体开裂等严重影响灰场坝体运行的病害。本文通过分析对黄土产生湿陷的内、外因素分析,认为产生湿陷性的内因是黄土的结构性,外因是浸水与压力,通过一定的排水措施和防水措施可以避免黄土地基浸水湿陷。同时结合实际工程,阐述了在深厚湿陷性黄土地基上设计干灰场的思路,给今后相同地质条件的下相似工程的设计提供有意的参考和借鉴。     

上流式分段厌氧反应器内流场的三维数值模拟研究

针对上流式分段厌氧反应器(Up-flow Staged Sludge Bed)内部流场流态的复杂情况,采用多相流欧拉模型通过数值模拟考察了进水方式、挡流板结构形式、进水流速对反应器内三维流场的影响。模拟结果表明:在局部进水和较宽回流缝(50 mm)的结构形式下反应器内呈现较好复合流态;并且进水流速为0.001 m/s时,反应器内污泥床层不仅保持较好的浮动状态,而且污泥床层上部形成了颗粒污泥的悬浮区域,实现反应器内废水与颗粒污泥的充分接触和混合。     

低含沙量异重流运动规律及其对水温分布的影响

当挟沙水流进入清水时,在特定的条件下会潜入底部向前运动,形成浑水异重流。水库水温分层使得水体密度在垂向出现差异,低含沙量浑水形成的异重流与周围水体密度接近,因而在运动过程中会受到垂向温度分层的干扰。浑水异重流是泥沙运动的特殊形式,还可能改变环境水体的温度,是水库调水调沙必须考虑的因素。该文应用水槽试验结合数值模拟,探究了水温分层条件下低含沙量异重流的运动规律及其对水温分布的影响。结果表明,异重流潜入点处形成回流,交界面以下含沙量以均匀梯度增加,前锋运动速度沿程不变;中层异重流不改变水温分布,而底层异重流则会对水温结构造成破坏,使得水温分布由分层型转变为混合型。     

桩群排列方式对水流结构特性的影响

利用室内水槽试验模拟了桩群不同排列方式工况下水流的运动规律,借助三维超声波多普勒测速仪(ADV)量测了不同断面、不同垂线、不同测点的时均流速,得到了不同工况下的流速分布、紊动强度、雷诺应力,并分析了它们的变化特征。结果表明:桩群使流速重新分布,在桩群区与非桩群区交界处流速明显减小,且桩群布置密度大时,水流绕流流速最大;当桩群排列方式改变时,各断面的三向紊动强度都会发生较大改变,但是对于某一方向上的紊动强度各断面仍有一定的相似性;修桩后雷诺应力分布规律有所不同,水流上侧的雷诺应力较大;桩群排列方式的改变不仅使雷诺应力沿程变化较大,而且改变了雷诺应力时均值的大小及最大值出现的位置。