土石坝渗漏通道电场分布规律研究

为研究土石坝渗漏通道电场分布规律,首先通过土石串联－并联混合结构模型推导了土石复合介质的电阻率;其次将土石坝渗漏通道进行模型概化,推导了概化后渗漏通道内外的电场分布;再结合土石复合介质电阻率求取了土石坝渗漏通道概化后模型的电场分布,获得了渗漏通道内外电场分布响应规律;最后将点源电场作用下不同土石比复合介质在不同含水率、不同孔隙率条件下的电场分布规律通过有限单元法进行模拟,基于模拟数据对典型断面进行Ｓｕｆｆｅｒ成像,进一步明确了土石比、含水率、孔隙率等不同因素对土石坝渗漏通道电场分布规律的影响,所得不同影响因素作用下的土石坝渗漏通道电场分布规律。     

根据波速计算多相土石地基压实度的理论模型

本文基于多相复合介质的波动传播特性，导出介质内纵、横波速的理论计算公式。通过对影响因素分析，建立了横波波速与土石复合介质的干密度之间的近似理论关系。在此基础上，推导出土石地基压实度的波速计算理论模型的近似表达式。最后进行了现场地基的波速测试和灌砂法测试，通过理论计算和灌砂法测试结果的对比分析，表明该近似模型是可行的，并且其在对非均匀土石复合地基的压实质量评价中优越于传统的密度法。     

分散性土与非分散性土电阻率特性的对比试验

利用二相电极电阻率测试装置,对非分散性土、分散性土的电阻率进行测试对比研究,分析了温度、含水率、孔隙率、饱和度等因素对土样电阻率的影响,并建立电阻率经验模型。试验结果表明:非分散性土、分散性土的电阻率均随温度的升高成反比例函数关系下降;同一温度下,非分散性土的电阻率明显高于分散性土,低温条件下(T10℃)表现尤为明显,因此可根据低温下黏土的电阻率初步判别土样是否具有分散性;两种土的电阻率均随含水率、饱和度的增大成幂函数关系减小,随孔隙率的增大成幂函数或线性关系增大,变化幅度均不同。基于分散性土的分散机制、结构特征和Mitchell三元导电模型,探讨分析了造成两种土不同电阻率特性的原因,为探索土的电阻率特性在定量化判别黏土分散性、分散性土改良的效果评价等方面的应用提供理论依据。     

土石混填路基压实质量无损检测技术

系统地分析了现阶段公路和水利工程建设中经常遇到的土石混合料路基的压实问题、力学特性等。通过理论分析，提出了应用剪切波速评价土石混填路基孔隙率的新方法，并开展了孔隙率～单位比能相关试验，研究了不同含石量孔隙率不再变化时的单位比能，提出以孔隙率为压实质量指标的控制标准，为应用剪切波速检测土石路基压实质量提供了理论依据。     

福州闽江河道软土的电阻率试验研究

电阻率值在一定程度上反映了岩土的物理力学性质.借助现场原位测试、室内试验 ,采用相关性分析、灰色关联分析及土体电性理论分析等方法 ,分析研究了闽江河道软土电阻率分布规律及与物理力学指标间的相关关系.结果表明 ,河道中各类土随粗粒含量的增多、强度的增大 ,电阻率逐渐增大 ;厚层分布的淤泥质土电阻率随含水率、重度、孔隙比、孔隙率、饱和度、塑性指数、黏聚力的增大而减小 ,且具有良好的相关性 ;河道中淤泥质土电阻率的主要影响因素依次是天然重度、饱和度、孔隙率 ;建立了河道淤泥质土的电阻率模型 ,定量的揭示了闽江河道淤泥质土电阻率变化的本质.     

土石混合体大型三轴剪切变形特性及模拟方法

土石混合料是山区高填路基工程常见的填筑材料，其剪切变形特性及模拟方法是路基填筑设计的重要依据，但其研究仍存在诸多问题。【目的】为了更全面弄清多因素影响下土石混合体剪切变形特性，建立一种能够模拟土石混合体剪切变形过程的本构模型。【方法】首先，考虑含石量、含水率、岩性和土性等四种因素，采用正交设计试验方法，开展多因素多水平下土石混合体大型三轴剪切试验研究；然后，引入统计损伤力学理论，建立土石混合体轴向损伤模型和轴向损伤演化模型，进而建立土石混合体统计损伤本构模型，给出模型参数的确定方法；最后，将理论模型曲线与土石混合体剪切试验曲线进行比较。【结果】结果显示：土石混合体轴向剪切变形呈明显的阶段性特征；随着含石量由25%增加至70%,内摩擦角由35.5°近似线性增加至46.8°;内摩擦角不随土性和岩性的改变而显著变化；随着含水率由0增加至5%,内摩擦角由40.2°增加至42.4°,但随着含水率持续增加至试样饱和，内摩擦角逐渐减小至36.8°;此模型能够较好地模拟不同围压条件下土石混合体应力-应变试验曲线。【结论】结果表明：随着围压的增大，应变类型由软化型不断向硬化型转变，体应变由剪胀型不断向剪...     

楔形体底升角对入水多相界面演化作用研究

跨介质入水是一个具有强非线性的多相流动问题，涉及到入水冲击、流动形成和空泡演化等多个方面。入水空泡的存在对物体的冲击载荷特性和运动特征有重要影响，同时入水空泡的发展受物体的几何构型及入水速度等多种因素影响。结合光滑粒子流体动力学(SPH)方法在处理大变形和运动界面问题上的优势，考虑空气在入水过程中的影响，建立了适用于跨介质流固耦合问题的多相流SPH模型。选取楔形体入水算例为研究对象，对数值模型进行了验证，模拟了多相流场下的空泡发展过程，并分析了结构几何形状对入水冲击的影响，结果表明楔形体底升角对空泡形态和闭合特性有重要影响。     

考虑土石界面渗透性的土石混合体渗流有限元模拟

忽略岩块渗透性,将土石混合体(SRM)视为由土体和土石界面构成的复合介质。假定土体渗流为二维达西流,土石界面为一维渗流且流量是水力梯度的幂函数;为避免通过迭代确定土体和土石界面之间的流量交换,假定水头在土体与土石界面处连续,构建了土体和土石界面渗流场有限元同步求解模型,实现了考虑界面渗透性的SRM渗流数值模拟。验证算例表明,该模型可模拟不考虑或考虑土石界面渗透性的情形;考虑土石界面渗透性时,可以较好地再现SRM渗透性随含石率增大而先降后增以及渗流速度与水力梯度呈非线性关系的实验现象。数值实验表明,土石界面渗透特性对SRM的渗透特性有本质上的影响,且含石率越高,影响越显著。     

砂雨模型制备PFC3D的数值模拟

伴随土工离心试验的应用拓展与量化需求的提升,试验模型孔隙率、均匀性的精确控制与影响因素,成为目前土工离心试验技术发展的重要课题。砂雨法作为土工离心试验常用制模方法,因其制备过程与天然粗粒土地基形成过程相似、颗粒不易破碎、制样密实度范围较宽等特点被广泛应用。为认识砂雨法制备模型孔隙率的控制因素与影响规律,基于PFC3D离散元分析软件,建立了砂雨法成型过程数值模拟方法,通过探讨落距、筛孔粒径比、环境介质等因素影响规律及与已有认识进行对比,论证了数值模拟分析方法的可行性。结果表明:制备模型孔隙率与落距呈负相关性,孔隙率随落距增大而减小且趋势逐渐变缓;孔隙率与筛孔粒径比呈正相关性,孔隙率随筛孔粒径比增大而增大;孔隙率与环境介质密度呈负相关性且影响显著,模型表面水层对孔隙率起主导控制作用。     

成层状堆沉积土石混合体的结构量化表征及其应用

第四纪浅表堆沉积土石混合体广泛分布于地表,从结构特征研究其力学特性是解决日益复杂的岩土工程问题的有效途径之一。目前,土石混合体结构的量化主要从密度、含石量、孔隙比等宏观指标间接描述,而微细观的结构指标存在尺度间关联的技术瓶颈。为了更好地研究土石体堆沉积结构对土石混合体力学行为的影响,针对堆沉积演化的成层状特征,采用标准差量化其块石分布形式,借鉴综合结构势理论,将均匀与不均匀土石混合体三轴剪切试验偏应力的比值定义为结构参量m_s,分析该参量随轴向应变ε₁、不均匀度s及围压σ_3c的变化规律,得到其量化表达式,并引入双屈服面弹塑性本构模型进行修正应用。结果表明:m_s的变化规律能够较好地体现成层状结构特征对土石混合体力学行为的影响,且土石混合体综合结构势在应变为5%时接近完全释放,特征值m_s(5%)几乎能完全反映结构对力学特性的宏观影响;同时,引入m_s后的修正本构模型在偏应力精度方面减小了约28%的平均误差,能够更合理地反映成层状土石混合体的宏观力学特性。     

基于高密度电法的土石坝渗漏探测

为消除高密度电法渗漏探测时存在的体积效应,准确探明土石坝渗漏位置,文章通过室内试验建立了坝体填筑土电阻率与含水率相关关系,并将其用于解译高密度电法探测结果。结果表明,随含水率增大,电阻率逐渐减小,电阻率与含水率存在明显的幂函数相关关系,当含水率大于30%时,随含水率增大,土体电阻率保持不变;坝体表面和6m深度以下存在低阻异常,经分析坝体表面低阻异常原因为大气降雨等环境因素影响导致其含水率偏高,而6m深度以下坝体低阻异常原因为坝体渗漏;建立的坝体填筑土电阻率与含水率相关关系,可明显提高高密度电法解译精度,更加准确地判断土石坝渗漏情况。     

掺砾心墙料的中三轴渗透试验

为获得掺砾心墙料在复杂应力状态下的渗透性能,采用改进的中三轴仪进行了掺砾心墙料的渗透试验,研究了不同围压、土石比和水头差对掺砾心墙料渗透系数的影响。试验结果表明:土体围压越大,掺砾心墙料渗透系数越小,呈负指数形式递减;当围压增大到一定值时,土体很难被进一步压密,掺砾心墙料渗透系数基本不变;土石比越小,掺砾心墙料渗透系数越大,当砾石含量超过某一值时,掺砾心墙料渗透系数迅速增大;水头差较小时,不同的水头差对掺砾心墙料渗透系数几乎没有影响。     

高寒地区RCC坝越冬层碾压式导电混凝土电阻率细观分析

高寒地区碾压混凝土重力坝越冬层的保温是坝体温控防裂的关注要点。不同于传统的外部保温措施,本文提出一种用于RCC坝越冬层面的碾压式导电混凝土(Electrically conductive Roller-Compacted Concrete, ERCC),可通过自发热解决寒潮期坝体内外温差大的问题。ERCC的电热性能是区别于常规混凝土的主要特性,电阻率是其关键参数。首先制备了不同粗骨料含量的ERCC试件,测量不同龄期下电阻率的变化趋势,得出粗骨料含量对电阻率的影响;进而建立ERCC-2D细观数值模型,分析了界面过渡区(Interfacial Transition Zone, ITZ)对混凝土电阻率的影响,通过数值计算对ITZ进行参数率定;最后通过耦合连续介质与非连续介质计算方法,建立出不同粗骨料含量下的ERCC-3D细观数值模型,通过试验验证细观数值模拟的正确性。可以发现,混凝土中骨料含量增加可显著增大ERCC 28 d龄期的电阻率;ITZ的电阻率为砂浆电阻率1.5倍,且ITZ电阻率对混凝土电阻率几乎无影响;为量化ERCC电阻率与骨料含量和砂浆的关系,结合试验与细观数值模拟提出了ERCC...     

基于三维数值模拟的土-岩复合边坡稳定性分析

运用有限差分强度折减法对肯斯瓦特水利枢纽工程联合进水口土-岩复合边坡的稳定性进行了模拟分析。模拟结果表明:联合进水口土-岩复合边坡在坡脚和坡面浅表层由于剪应力和局部的拉应力作用发生过微弱的塑性位移,下部白垩系下统呼图壁河组(k1h1)岩质边坡基本上处于弹性变形,上部卵砾石土质边坡形成最危险的滑移面;从演变过程预测,坡顶处第四系中～上更新统(Q2-3al)松散层和第四系上更新统(Q3al)胶结层会出现蠕动滑移和崩塌的危险。模拟结果将对土-岩复合边坡的稳定性控制具有重要的参考作用。     

基于细观统计规律的土石混合体随机模型研究

对三峡库区一处典型堆积层滑坡的崩坡积土石混合体露头二维照片进行图像处理,获取了土石混合体的细观结构特性;并用最大似然估计法进行概率分布类型拟合,再用 Kolmogorov-Smirnov法进行假设检验;根据统计规律建立了土石混合体随机模型。统计结果表明,块体的长轴尺寸与长短轴比服从对数正态分布规律,长轴倾角服从正态分布,分布坐标服从均匀分布,且长轴尺寸的均值和方差均与土石混合体含石量呈线性关系。该随机模型很好地考虑了通常被忽略的小块体,较为细致地反映了土石混合体的细观形态。所建立的土石混合体随机模型可导入有限元软件进行物理力学性质的仿真研究。     

并行电法探测水库坝肩渗漏

土石体混合结构是水库大坝防渗主体的重要形式,但散粒体填筑料之间及与相邻建筑物之间的结合部位常常是隐患的多发区域,其中水库大坝接触带渗漏表现得最为普遍且诊断难度较大。为探究并行电法在探测水库两坝肩岩土接触带及岩基部位渗漏的可行性,通过构建水库坝肩渗漏通道物理模型,利用并行电法的AM采集方式得到视电阻率及反演电阻率剖面图,并结合水库探测实例进行了应用分析。研究结果表明:并行电法技术采集数据反演后得到的图像能较好地反映出模型设置的渗漏通道位置,但因水库坝肩岩土体的异型结构,视电阻率剖面对坝肩低阻区反应灵敏度不高,反演电阻率剖面仍存在较高的体积效应。青山水库坝肩渗漏探测结果与钻探验证结果一致,这表明并行电法可为探查坝肩渗漏隐患提供新的技术手段。