冰塞渗流阻力特性的实验研究

冰塞引起的上下游水位变化与内部水流阻力有关,其堆积演变形成的固液多孔介质中存在渗流问题,且渗流阻力对上下游水头压力具有一定影响。本研究基于实验室冰水力学模型实验,通过设定不同的水力条件,获取不同冰塞剖面形状及沿冰塞剖面累积方向冰盖下流速分布,采用非达西渗流理论对冰塞内渗流阻力进行率定,获得了渗流阻力能量损失的变化特征。结果表明,渗流阻力能量损失占总能量损失的比例为11%～21%,冰厚较大位置可达到42%,沿冰塞累积方向,渗流能量损失占比与冰厚和水深之比呈典型的正相关。渗流流量为河道内重要的槽蓄水量,孔隙率在0.39～0.51之间,冰厚与水深之比在0.6～1.4之间时,渗流流量占总流量的9%～26%。渗流流量的变化受孔隙率、冰塞结构及水力特征等共同影响,冰颗粒均匀且随机堆积情况下,冰塞厚度越厚,冰体排列越紧密,孔隙率和渗流系数越小,流体通过多孔介质的比表面积越大,渗流能量损失也越多。本研究进一步明晰了冰塞阻力机理及渗流阻力在冰塞中的重要性,为受凌汛灾害困扰流域解决实际问题提供理论科学依据。     

颗粒形状对多孔介质孔隙特征和渗流规律影响研究的探讨

讨论了颗粒形状对于多孔介质孔隙系统及其渗流规律的可能影响及其研究意义;综述相关领域的研究成果,探讨了颗粒形状的测量评定方法、颗粒形态和填筑的模拟方法、孔隙系统的可视化研究方法,以及渗流规律的试验对比研究方法;分析指出了颗粒形状对渗流规律影响的研究在促进水处理滤料开发和碎石料作为大坝填料利用方面的应用前景.     

沙质床面河道演化过程湿润带渗流规律试验分析

为揭示试验室条件下无黏性沙质河道演变过程中河床湿润带的渗流规律,设计循环水槽装置系统,通过控制床沙粒径、入流流量、床面坡降及河岸植被覆盖率4个变化参量,分析不同因素对河床渗流的影响以及河床湿润带含水率的时空变化。结果表明：颗粒粒径及床面坡降对渗流流量的影响较大,粗沙的渗透性远大于细沙,流域坡降与渗流流量成正比;初始含水率对渗流有重要影响,床面初始含水率较小时,渗流流量偏大;对于河道演变试验,当床沙、坡降、河岸植被等流域控制因素一定时,系统存在相对饱和渗流流量;当流量大于相对饱和渗流流量时,渗流流量将保持相对稳定。此外,床面含水率在时间尺度上变化较小,而在空间尺度上呈区域阶梯变化。     

面板坝止水失效后垫层料渗透特性的细观研究

通过面板坝止水失效时发生集中渗流的建模计算、定量计算及试验进行面板坝止水失效后垫层料渗透特性细观研究。根据某面板坝垫层料的颗粒级配曲线采用PFC-2D软件生成细观模型,得出了不同压力差作用下垫层颗粒流量、孔隙率、流速及渗透系数等参数随时间的变化过程,并根据所记录的曲线形态分析了面板坝止水失效后垫层区的渗流特性及渗透稳定性。     

坝址温度场与变物性渗流场全耦合分析

在只考虑流体性质受温度的影响条件下,根据多孔介质渗透系数与温度之间存在的线性关系,利用相关数据,分析了渗流场对温度较为敏感的敏感性。从温度变化引起水的密度和黏度的变化来考虑温度场对渗流场的影响,建立了温度场和变物性渗流场的瞬态全耦合数学模型,并初步探讨了这种全耦合模型的求解思路。采用FEMLAB软件,在原有模型的基础上做了二次开发,从而实现了该全耦合问题的有限元求解。通过工程实例,对所建的坝址温度场与变物性渗流场全耦合模型做了数值验证。计算结果表明,采用全耦合模型求解渗流问题时,坝址区温度升高,渗流流速普遍降低;温度场变动比较小,而渗流场变动相对大一些。     

基于Fluent的混凝土面板堆石坝渗流的数值模拟

针对修建在深覆盖层地基上的大坝的渗流控制问题,利用Fluent中的User-Defined Function(UDF)模块进行二次开发,通过C语言编写,加载到Fluent以及多孔介质模型的应用中,采用有限体积法进行基于Fluent的大坝渗流的数值模拟。通过对不透水地基上的均质坝渗流和有压地基渗流的模拟,验证了渗流模拟与试验相比具有相当高的吻合度,其中均质坝渗流模拟中浸润线求解的相对误差最大不超过1.19%;有压地基渗流模拟中流速相对误差在5%之内;渗流量和渗透压力相对误差均在1%上下。相较而言,UDF法模拟结果更加精确,说明UDF法具有更高的理论精度。应用UDF法对某水库混凝土面板堆石坝进行渗流模拟,得出了浸润面与流线图、水头分布等值线图,得到了很好的模拟结果。     

新疆克孜尔水库主坝0+250断面渗流分析

通过主坝0+250断面实测渗流量、测压管水位,分析了渗流量、测压管水位与库水位的关系及该断面位势分部情况,认为该坝段下游排水通畅,大坝心墙和坝基帷幕联合防渗效果较好,坝体的渗流基本稳定。     

致密油藏中一种基于微管流动特征的非线性渗流模型

随着常规油气资源的大量消耗,低渗透致密油藏逐渐成为开发的主要资源。由于致密储层主要发育大量的纳米级孔隙与裂缝,当流体通过时,流动规律偏离达西定律,渗流曲线不再是一条通过原点的直线。对于渗流过程中各因素之间的相互作用及对渗流规律的影响说法不一,至今没有一个满意的模型。为了正确认识致密油藏储层的非线性渗流规律,该文以边界层理论为基础,提出了低渗透致密油藏一种新的非线性渗流模型。通过流体在微纳米管中的流动实验分析,润湿性液体的边界黏附层厚度与驱替压力梯度呈指数关系,对流量模型进行了简化处理;进而利用毛管束模型得到了致密多孔介质中液体的渗流模型,并用天然致密岩心进行单相水流动实验给予验证。研究结果表明,所得非线性渗流模型是有效的,能够用来描述致密油藏的非线性特征。     

清河闸水工模型试验研究

本文进行了清河闸应急除险加固工程水工模型试验的研究,通过33组次的定床、动床模型实验,测量了特征流量下包括水面线、流速大小及分布、压力大小及分布和冲刷范围及深度等在内的水力要素,验证了清河闸的泄流能力,评价分析了各种泄流条件下泄流量对下游海漫及防冲槽的影响。实验成果可供工程设计和水闸运行管理等相关部门参考。     

坝址温度场与变物性渗流场全耦合分析

如果仅考虑流体性质受温度的影响，可得多孔介质渗透系数与温度之间存在线性关系，利用相关数据，计算得知渗流场对温度较为敏感。从温度变化引起水的密度和粘度的变化来考虑温度场对渗流场的影响，建立了温度场和变物性渗流场的瞬态全耦合数学模型，并初步探讨了这种全耦合模型的求解思路。采用FEMLAB软件，在原有模型的基础上做了二次开发，从而实现了该全耦合问题的有限元求解。结合工程实例，对所建的坝址温度场与变物性渗流场全耦合模型做了数值验证。计算结果表明，全耦合模型在求解问题时，坝址区温度升高，渗流流速普遍降低；温度场变动比较小，而渗流场变动相对大一些。     

水气二相渗流与双重介质变形的流固耦合数学模型

为了真实反映地质岩体系统内孔隙、裂隙对发生于其中的物理过程的控制与影响,基于岩体渗流水力学和多相渗流力学理论,将工程地质体简化为孔隙一裂隙双重介质,建立了水气二相渗流与双重介质变形的流固耦合数学模型,采用Galerkin有限元方法推导了相应的有限元方程,编制出三维有限元计算程序。算例表明：双重介质模型能够比较准确地描述地质体的结构;在进行注水井数值实验模拟时,考虑耦合与不考虑耦合时的孔隙压力的差别随时间的推移会越来越大。     

Numerical research on the mechanism of contaminant release through the porous sediment-overlying water interface

After the pollutant discharged into the river or lake has been reduced, the release of the contaminant from the sediment to the overlying water may cause the river and lake be contaminated again. On the condition that the overlying water flow does not lead to sediment suspension, numerical researches are carried out for the mechanism of contaminant release through the sedimentoverlying water interface. The overlying water flow is calculated as turbulence. The sediment is regarded as isotropic homogeneous porous medium, therefore the seepage field in the porous sediment layer is obtained by solving Darcy＇s equations. Coupled two dimensional steady flows of the overlying water and the pore water in the sediment are calculated. Based on the flow fields obtained, the unsteady contaminant solute transportation process in the pore water in the sediment and the overlying water is numerically simulated, as the shapes of the sediment-overlying water interface are flat or periodic triangular respectively. Numerical results show that the exchange of the pore water and the overlying water is an important factor which decides the release flux of the contaminant from the sediment to the overlying water. The pressure distribution produced by the overlying water flow along the sedimentoverlying water interface, as it is not flat, may induce the seepage of the pore water in the sediment and through the sedimentoverlying water interface, which may increase the release flux of the contaminant from the sediment to the overlying water.     

裂隙岩体渗流新模型

为适应网状和层状渗透结构，根据多边形裂隙网络理论．确立了裂隙网络生成的原理和方法，系统地推导了在渗流和应力耦合作用下裂隙岩体渗流模型。并结合拉西瓦水电站坝区岩体裂隙构造的特征，进行了渗流计算和分析；还与连续介质和裂隙网络渗流模型进行了计算比较。     

Implicit Finite-Volume Scheme to Solve Coupled Saint-Venant and Darcy–Forchheimer Equations for Modeling Flow Through Porous Structures

In hydrodynamic modeling of flow through porous structures, the solution domain might encounter discontinuities. These include, for example, porous structure-open channel interface, porous dam-break, and heterogeneous porous structures. The treatment of discontinuity is challenging within a numerical scheme as it can be a source of instabilities. This study proposes a finite-volume method to solve coupled Saint-Venant and Darcy–Forchheimer equations for simulating free-surface flow through porous structures. For capturing shocks arising at discontinuous regions, an upwind scheme is utilized to maintain the solution monotone. Fully implicit methods can allow the choice of longer time steps. Since the current problem involves two nonlinear systems, namely the open-channel and seepage flow equations, the Picard method is adopted to linearize the system of equations. Unlike typical implicit schemes of seepage flows, herein, both flow depth and velocity matrices appear within the iterative process, threatening the convergence criterion. To converge iteration, the continuity equation's flux term is treated using the dynamic wave equation under the relaxation method. The present model is applicable to simulate gradually and rapidly unsteady flow through homogeneous and heterogeneous porous media under laminar, transitional, and fully developed turbulent flow regimes within various closed and/or open boundary conditions.

     

降雨条件下边坡地下水渗流有限元分析

简要分析了多孔介质饱和—非饱和渗流数学模型,讨论了渗流有限元计算分析中的相关问题,同时模拟了降雨入渗情况下边坡内部的渗流场。模拟结果总体可靠,可作为边坡稳定性分析的参考依据。     

百色水电站地下厂房洞室群围岩渗流场分析

运用渗流场有限单元法求解的固定网格的结点虚流量法和排水孔排水子结构技术，并定义了溢流型排水孔、逸流型排水孔和排水孔开关器，在水力等效多孔隙介质渗流模型假定的基础上，能对工程复杂渗流场问题进行精细的求解。对广西百色水电站地下厂房洞室群围岩区的渗流场进行了多工况的三维计算，论证和分析了各洞室围岩区的渗流场特性，渗流场水头和引水隧洞衬砌外水压力分布的规律，以及防渗与排水设施渗控方案的合理性和还存在的缺点，并提出相应的改进意见。     

复合土工膜缺陷渗漏试验的饱和－非饱和渗流有限元模拟研究

介绍了复合土工膜缺陷渗漏量室内物理模型试验以及缺陷渗漏量的经验拟合公式等成果。应用非稳定饱和－非饱和渗流理论和Galerkin有限元法，建立了该试验的三维有限元数值计算模型，对试验工况进行数值模拟。根据物理模型试验试样的轴对称性，选取中心角10度的试样建立精细三维有限元模型，详细模拟了室内试验条件下不同压力水头作用的渗漏在砂土试样中不断发展的过程，并计算了稳定渗漏量。分析比较了数值模型计算成果与物理模型试验结果，两者变化规律一致。可见提出的数值模拟方法可以较好地模拟复合土工膜缺陷渗流场，计算缺陷渗漏量。     

立方排列球体层渗流特性数值模拟研究

在多年冻土区块石夹层和块石护坡路基温度场的计算中,可以将块石层看作为多孔介质,但是块石的不规则给其渗透特性的研究带来了很大的麻烦,通过对立方排列球体层渗透特性的研究以期能为块石层的渗透特性研究做出铺垫。基于连续性方程、动量方程以及RNG湍流模型对直径为0.20 m、0.24 m和0.30 m立方排列球体层渗透特性进行模拟研究。对比和分析计算结果发现:球体层内部空气压力梯度与渗流速度之间呈良好的非线性幂函数关系;球体层的阻力系数与球体直径也显现出幂函数关系,球体直径越大,阻力系数越小。     

硗碛大坝坝基廊道结构缝渗漏原因分析及处理效果

从变形和测压管水位2个方面对硗碛大坝坝基廊道纵0+168.12结构缝渗漏原因进行了分析,结果表明结构缝变形过大是造成渗漏的根本原因。对结构缝进行水溶性聚氨酯灌浆处理后,渗漏现象消失,结构缝左侧、防渗体下游的测压管水位仍与库水位相关,但呈逐年下降的趋势;采用BP神经网络模型对坝后渗流量进行分析和预报,结果表明坝后渗流量基本稳定,从而得出水溶性聚氨酯灌浆处理对于改善该结构缝的防渗性能具有明显效果,但结构缝左侧灌浆平洞上部防渗体系可能仍存在局部缺陷的结论。同时,对"防渗墙+廊道+心墙"联合防渗体系今后的观测、检测和计算分析亦提出了相应建议。