渠道冻融作用物理模型试验相似准则分析

物理模型试验是开展渠道工程冻害问题研究的重要手段,而相似准则是开展物理模型试验的理论依据。根据引起饱和正冻土冻胀变形的"水-热"耦合控制方程、饱和冻土的有效应力原理及基于多孔介质理论中正冻土的静力平衡方程导出的孔隙压力和土水势的相似不变量,导出了冻土模型试验中孔隙压力与时间、变形的比尺准则。采用土工离心机放大重力场,可统一基土冻融作用过程中的孔隙压力与变形量间的比尺,在此基础上探讨了离心模型试验中渗透系数和孔隙水流速的比尺准则,仅当孔隙水动力黏度和孔隙水压力与原型相同时,离心模型试验中基土冻融作用时间效应的比尺为原型比模型的平方。     

考虑渗透系数变化时土石坝的固结计算

在土石坝的固结过程中，渗透系数将随着固结的过程而减小，土的固结速度将减缓，固结时间将增长，因此，在土石坝的固结计算时应考虑渗透系数变化对固结过程的影响。文中提出了一个渗透系数随固结度变化的计算公式，并据此导得单向排水固结的情况下，固结孔隙水压力的计算公式，计算简单，并具有一定的精度。     

考虑渗透系数变化时土石坝的固结计算

在土石坝的固结过程中，渗透系数将随着固结的过程而减小，土的固结速度将减缓。固结时间将产长，因此，在土石坝的固结计算时应考虑渗透系数变化对固结过程的影响。文中提出一个渗透系数随团结度变化的计算公式，并据此导得单向排水固结的情况下，固结孔隙水压力的计算公式，计算简单，并具有一定的精度。     

高温冻土固结试验研究与理论分析

高温冻土在加载或升温条件下具有较大变形,为充分认识其变形特性及机理,开展一系列室内固结试验,研究了不同含水量(40%、80%、120%)、不同温度(-0.3、-0.5、-0.7、-1.0、-1.5℃)的冻土在分级加载(0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 MPa)条件下的压缩变形。采用3种整理压缩试验数据的方法(e—p、e—lg p及ε—p曲线)获取了高温冻土不同温度下的压缩模量、压缩指数及割线模量等压缩性指标。结果显示:压缩模量E_(s1-2)处于高压缩性模量区间,指数函数可很好地描述压缩指数随温度的变化规律,ε—p曲线基本服从双曲线模型。固结系数采用Taylor提出的时间平方根法计算,发现高温冻土固结系数与超软土具有相同的量级,且其固结应力的变化规律与软土相似。为了模拟高温冻土固结试验,基于饱和冻土的三相关系、质量守恒及有效应力原理,推导了高温冻土的太沙基一维固结方程,获得了固结系数理论表达式。通过对比固结系数理论值与试验值的量级及随温度的变化规律,发现传统的太沙基固结理论不适用于解释高温冻土变形机理。     

天津地区基坑外既有隧道竖向变形机理及影响区研究

天津地区基坑开挖普遍引起坑外既有隧道隆起,但其机理缺乏明确研究,且数值计算较难模拟预测出隆起变形。针对此问题,在分析多个基坑开挖引起隧道隆起案例的基础上,运用有限元模拟和HSS本构模型,对隧道隆沉机理进行了研究。结果表明,隧道竖向变形由基坑围护结构水平变形引发的沉降与基坑卸荷回弹导致的隆起叠加而来,隧道隆沉取决于两方面影响因素的相对大小。不排水短期条件模拟时,基坑开挖卸荷在坑底以下及坑外引发了较大的负孔压,限制了土体的回弹变形及隧道隆起。数值模拟中应根据实际工程施工周期长短、黏性土层渗透性与排水路径长短综合选择土体的排水类型及模拟方法。天津地区粉土黏土互层的地层中孔隙水压力消散较快,施工时间长达数月以上的大型基坑采用排水模拟或能够考虑孔隙水压力消散时间效应的固结模拟,能够更为准确的反映基坑卸荷回弹的影响,预测出隧道的隆起变形。对于基坑外隧道变形的影响区,长期排水条件下隧道隆起区和变形过渡区的位置相比短期不排水条件均向上大幅提高,隆起区范围大幅增加。对于深18 m的基坑,沉降区与过渡区分界线可上升9～17 m,过渡区与隆起区分界线可上升14～16 m。     

基于非达西流动的软土非线性固结计算

为了研究软土在非达西渗流作用下的非线性固结特性,基于孔隙水质量守恒原理,引入非达西渗流速度方程,建立了以超静孔压为变量同时考虑渗透系数变化的软土地基一维非线性固结方程,采用差分格式离散偏微分方程,获得了超孔隙水压力的数值解答,采用Python进行编程,计算考虑沉积作用的土体非线性固结沉降,并与已有文献结果做了对比,同时分析了非达西渗流参数n和启动压力梯度以及排水条件变化对地基土固结性状的影响。研究结果表明:非达西渗流参数n和启动压力梯度i_c越大,非线性固结完成所需时间就越长,但对固结最终沉降大小没有影响,两个参数对超孔隙水压力消散均有阻塞效应,固结过程对参数n的变化更为敏感。双向排水条件下土体平均固结度最终可达到100%,单向排水条件下土层平均固结度仅达到有限值,固结稳定后其地表沉降小于双向排水计算结果。     

坝前淤泥土固结-渗透耦合特性试验研究

为研究坝前淤泥土在不同荷载下固结-渗透耦合特性,对分别取自10、50、100 cm深度处的坝前淤泥土样进行固结-渗透耦合试验,研究其孔隙比、渗透系数随固结压力的变化规律以及不同深度处孔隙比与渗透系数之间的关系。结果表明:在同一荷载作用下,随着深度的增加,淤泥土样的变形量逐渐减小,当荷载达到800 kPa时,10 cm深度处的压缩变形量为5.32 mm,50 cm深度处的压缩变形量为4.92 mm,100 cm深度处的压缩变形量为4.54 mm;不同深度处的淤泥土孔隙比随着荷载的增大逐渐减小,e—lg p曲线均表现出直线状态,孔隙比与固结压力之间呈现明显的对数关系;不同深度处的淤泥土渗透系数均随着固结压力的增大而减小,后期降低较缓慢,呈现明显的非线性,且孔隙比与渗透系数关系密切,渗透系数随孔隙比的减小而逐渐减小,利用单指数衰减方程可以较好地表达淤泥土渗透系数与固结压力及孔隙比与渗透系数之间的关系。     

排水条件对土工合成材料加筋黏性土特性的影响

通过固结排水和不固结不排水条件下的三轴剪切试验，研究了加筋对黏性土体强度和应力应变关系的影响以及不同排水条件下的加筋效果。结果表明，在排水条件下，筋材与土体的相互作用相对充分，明显提高了土体的峰值强度和残余强度，且峰值后强度的降低幅度较小，改善了土体的应力应变特性；随加筋层数和筋材拉伸模量增大，加筋效果明显提高。而在不排水条件下，由于孔隙水压力的影响，筋材与土体的作用相对复杂，加筋土体的强度和变形特性以及加筋效果与排水条件下的大不相同；在剪切初期，筋材的作用几乎被超静孔隙水压力抵消，加筋甚至对强度起相反作用，使加筋试件的强度低于素土试件；仅当应变较大时，加筋对抗剪强度才有轻微的增强作用，同时，在不排水条件下，筋材拉伸模量和加筋层数提高对加筋土体强度的影响不明显，因此，在加筋土工程中，排水条件是首先要考虑的因素。     

冻土修筑铺盖技术

<正>2018年度水利先进实用技术重点推广指导目录——SLT 201807技术简介:(1)冻土铺盖是以冻土融化时可保持较高的自然容重、浸水融化时强度骤减及迅速崩解的特点,靠自重压力和渗透压力的作用,使冻土形成完整的防渗铺盖。经融化崩解沉实固结重新调整容重后达到防渗要求;(2)提出利用冻土作为防渗铺盖的技术,论证冻土铺盖的原理与融化规律,分析冻土铺     

湿堆尾矿双向排水大变形固结计算模型

根据上游法湿堆尾矿的工艺特点,在分析上游法湿堆尾矿渗流固结特性和存在问题的基础上,结合一种适合于上游法尾矿库的排水固结装置的排水特点,在考虑竖向和径向双向排水、变渗透系数及变荷载条件下,采用大变形固结理论推导了尾矿固结计算模型,进而得到以超静孔隙水压力表示的考虑双向排水作用的大变形固结控制方程,并将该方程与Barron固结方程进行比较,验证了计算模型的正确性。采用有限差分法对该大变形固结控制方程进行求解,得到了固结控制方程的差分方程,并利用追赶法等数学方法对差分方程进行了求解。以中铝广西分公司某尾矿库为计算实例,采用该排水固结装置的大变形固结计算模型及数值计算程序进行计算,结果表明该计算模型能有效反映尾矿的固结规律,采用排水固结装置尾矿固结时间缩短了60%以上。     

双层超固结软黏土地基一维非线性固结分析

本文通过引入固结土层孔隙比与固结压力和渗透系数之间的非线性经验模型，建立双层超固结饱和软黏土地基非线性固结控制方程，并基于半解析法，编制了相应的计算程序。利用该程序，针对不同排水条件、变荷载、自重应力沿深度实际分布等条件分析双层超固结饱和软黏土地基一维非线性固结性状。计算结果表明，双层超固结软黏土地基比正常固结软黏土地基沉降小、固结发展快。荷载的大小、上下土层先期固结压力、土体压缩性和渗透性的变化等对双层地基的固结性状均有明显影响。     

基于常规三轴仪测定水泥土渗透系数方法研究

针对利用土的变水头(常水头)渗透仪测定水泥土渗透系数存在密封止水效果差、仪器操作复杂等缺陷,难以满足水泥土试样周边止水以及试验所需较大渗透坡降的要求。本文提出采用常规三轴仪进行水泥土室内渗透试验的新方法,并结合水泥土固结不排水剪试验结果对孔隙水压力产生主要原因进行分析。结果表明:该方法能够较好地测定水泥土渗透系数,并对其它复合固化土材料的渗透系数测试具有一定的借鉴意义;另外,水泥水化物对孔隙有填充和封闭作用,使得试样内存在封闭气体,从而影响饱和度,导致水泥土的孔隙水压力系数B远小于1。     

信息施工法在淤泥自重预压排水固结处理中的应用

该文介绍了某淤泥地基在自重预压排水固结处理中采用对堆载预压区超孔隙水压力的消散度、沉降速率、水平位移速率等监测的信息施工法,适时指导堆载预压区施工时机、施工方案和施工段落的选择,避免了盲目施工,确保施工安全和工程质量。同时,提出淤泥地基堆载预压处理信息施工法中的加载变形控制标准,供相似工程参考。     

冷清公路水库库岸桩锚加固后的渗流变化规律

以云南冷清公路岸坡为研究对象,建立库区边坡二维饱和-非饱和渗流模型,模拟锚杆(索)和桩加固后不同工况下岸坡渗流场演变规律,分析岸坡加固后浸润线及孔隙水压力变化规律。结果表明:相对未加固岸坡而言,由于加固区的渗流阻力增大及其导致的渗流路径改变,加固后岸坡内浸润线形状、位置分布和孔隙水压力分布发生了变化。从桩加固与锚加固的情况对比看,桩加固的阻渗作用较锚加固的阻渗效果差些。岸坡内孔隙水压力受库水位的升降、分析位置到库水或浸润线的距离、加固区渗透系数的降低及其渗透系数降低区的面积和形状等的影响,加固后岸坡滞后效应更明显。离库水面较远处,其孔隙水压力几乎不受库水位变化和加固措施的影响。     

信息施工法在淤泥自重预压排刊固结处理中的应用

该文介绍了某淤泥地基在自重预压排水固结处理中采用对堆载预压区超孔隙水压力的消散度、沉降速率、水平位移速率等监测的信息施工法，适时指导堆载预压区施工时机、施工方案和施工段落的选择，避免了盲目施工，确保施工安全和工程质量。同时，提出淤泥地基堆载预压处理信息施工法中的加载变形控制标准，供相似工程参考。     

工程降水引起基坑及土体变形的规律

基于某基坑工程,利用PLAXIS3D有限元软件建立三维模型,分析降水时长和土层渗透性不同时,土体变形和孔隙水压力的规律。研究表明,第二承压含水层上部土体变形呈现上部小、下部大的特点,第二承压含水层发生沉降峰值的位置随着降压时长的增大逐渐上移;当渗透系数在一定范围,透水层的隔水性较好,其土体变形和孔隙水压力无影响。反之,超过该范围,透水层表现出良好的透水性,土体变形和孔隙水压力随着渗透系数变化而显著变化。     

软土堤基固结沉降预测的数值仿真分析

针对青草沙水库软土堤基固结沉降需持续若干年,为了研究分析软土堤基的固结沉降值及其规律性,本文利用大型通用有限元软件ADINA精细地建立了2-D Solid平面应变单元,含地下水的土体变形计算必须考虑孔隙水压力与土体变形之间的关系。依托青草沙水库工程,软土堤基采用多孔介质的岩土本构模型(土体骨架属性和孔隙水属性),岩土体双向排水,随着孔隙水压力不断消散,堤基不断固结沉降,根据数值仿真计算来研究分析堤基固结沉降的过程及规律,同时利用现场水库堤基的沉降监测数据作对比分析,能够准确地预测堤基沉降达到稳定时所需固结时间及最终固结沉降值。     

排水板改善坝前淤泥层固结效果的数值模拟

以雅石沟水库除险加固为例,通过PLAXIS有限元软件模拟计算了单一堆载预压和堆载预压加竖向排水固结两种情况下坝前淤积体的固结速率,讨论了增设竖向排水板对坝基淤积土固结效果的贡献,并通过改变模型中土的渗透系数,探究了不同渗透系数下竖向排水对固结效果的影响。结果表明:1坝前淤泥面加坝过程中,淤积体内最大超静孔隙水压力出现在某一层加坝施工结束时,此时土体有效应力最小,稳定性最差;2布置竖向排水体对促进淤土坝基固结的效果较为显著,理想状况下可缩短约70%的工期;3土体渗透系数越小,布设塑料排水板对加快土体固结速率的贡献越大。     

考虑裂隙的几何-力学特性的双重孔隙介质水-应力耦合模型及其有限元分析

建立了一种双重孔隙介质水-应力耦合模型,其特点是可考虑裂隙的组数、间距、方向、连通率、开度、刚度及应力水平对介质的弹性模量、孔隙率及渗透系数的影响,并研制出相应的二维有限元程序.以模拟饱和的双重孔隙岩体在外荷载作用下产生沉降为算例,针对岩体的孔隙率与渗透系数分别是常数及按照本文中所述规律变化的两种工况,考察了不同岩体中的变形、孔隙水压力与裂隙水压力及流速、主应力等的分布与变化.结果表明:将岩体的孔隙率与渗透系数作为应力的函数,与将其作为常量的方法相比,二者对岩体的变形及应力的影响不大,但前者对孔隙水压力、裂隙水压力及流速的影响强烈.     

饱和土的变渗透系数固结理论及其合理性验证

饱和土体的固结过程伴随着土骨架的压缩和孔隙水的排出,其孔隙比及渗透系数随固结过程不断减小,但当前的Biot和Terzaghi固结理论均没有考虑固结过程中孔隙比及渗透系数的变化。这种处理方法对于压实土地基的固结过程来说,计算结果与实际相差甚微,但对于孔隙比很大的欠固结软黏土层、尾矿堆积层以及淤地坝库区的固结沉降来说,计算结果与实际过程的差异则会很大。首先建立土体固结过程中孔隙比与体应变的关系式,再利用渗透系数与孔隙比的关系式建立了渗透系数与体应变的关系式,最后利用弹性力学的几何方程得到渗透系数与单元位移的关系式。将这一关系式代入Biot固结理论,即得到变渗透系数固结理论,并在COMSOL中实现了求解计算。理论分析和数值计算表明：变渗透系数固结理论能够反应固结过程中因孔隙比减小造成的孔压消散缓慢、沉降速率降低的客观现象;土体初始孔隙比越大,体应变越大时,修正的渗透系数对固结过程的影响越大;渗透系数的减小只影响固结过程,不影响固结计算的最终结果。