基质吸力对黄河大堤非饱和土渗透能力的影响

针对测定非饱和土基质吸力计算较难的问题,制作了非饱和土三轴仪测定非饱和土吸力,采用直接与间接法测定非饱和土渗透系数.以黄河大堤险工段饱和一非饱和土为例,分析了基质吸力、含水率及渗流系数问的关系,获得了基质吸力对非饱和土渗透能力的影响,为堤防渗透稳定性评价及预测提供了依据.     

降雨入渗对土石坝渗流场及坝坡稳定性的影响

基于多孔介质饱和-非饱和非稳定渗流理论,以那板心墙土石坝为例,采用有限元法模拟正常蓄水位时不同降雨强度、降雨历时条件下的土石坝暂态渗流场,然后将暂态渗流场与极限平衡法相结合计算坝坡的稳定性,为了考虑基质吸力对坝体材料抗剪强度的影响,计算中采用修正的摩尔-库伦（Mohr Coulomb）破坏准则。结果表明,降雨强度和降雨历时对土石坝暂态渗流场及坝坡稳定性有明显的影响。     

考虑饱和度影响的红壤土抗剪强度模型及应用

鉴于降雨入渗过程中土体饱和度变化对库区边坡稳定性的影响,基于Bishop非饱和土抗剪强度理论和van Genuchten土水特征曲线模型,建立了直接考虑饱和度影响的多参数土体抗剪强度理论模型,并采用三峡库区红壤土设计了土水特征曲线试验和三轴剪切试验,获得了基质吸力和抗剪强度随饱和度变化的试验结果,进而验证了模型的合理性。结果表明,模型预测值与试验实测值的吻合度较好,建立的模型能较好地预测三峡库区红壤土的抗剪强度。进一步分析可知,红壤土抗剪强度指标——粘聚力和内摩擦角均随饱和度的增加呈非线性递减;在净总应力一定的情况下,红壤土抗剪强度随饱和度的增加呈对数关系递减。     

库水位升降及材料劣化的坝坡稳定性分析

服役条件下坝坡稳定性验算是土石坝设计与运行中的一项重要内容,其稳定性直接关系到土石坝工程的安全与稳定。服役条件下库水位升降、坝体材料劣化及渗透能力的改变均对坝坡稳定性产生重要影响,为研究各因素对土石坝稳定性的影响,基于刚体极限平衡原理,结合Fredlund非饱和土抗剪强度理论,采用简化Bishop法分析了库水位升降、材料劣化及坝体渗透能力变化等条件下某长期服役土石坝坝区土体的基质吸力及坝坡稳定性。结果表明,坝区土体基质吸力随土体渗透系数及体积含水率的增大而减小;由于材料劣化导致的抗剪参数降低会促使坝坡的稳定性降低;在水位较低时,由材料劣化导致的土石坝稳定性降低占主导作用;在水位较高时,由水位升高导致的土石坝稳定性降低占主导作用。该方法适用于长期服役条件下土石坝稳定性的研究,可为类似工程提供参考。     

土体与玻璃间摩擦机理试验研究

引用非饱和土抗剪强度理论研究了土体与玻璃间摩擦机理,为解决滑坡模型试验中模型槽侧壁玻璃与土体间摩擦边过大问题提供了试验依据,设计改造了室内土体直接剪切试验,证明了土体与模型槽侧壁玻璃接触面间存在吸力,且随土体含水量而变化,先增后减.     

崩岗区重塑非饱和花岗岩残积土体变形特性试验研究

为研究崩岗区重塑非饱和花岗岩残积土变形特性,利用双压力室非饱和土三轴仪做了重塑土的控制吸力固结排水剪切试验,研究了干密度、净围压和基质吸力对剪切破坏阶段的体积变形的影响,分析了重塑非饱和花岗岩残积土在控制吸力条件下剪切过程中的体变性状。试验结果表明,重塑非饱和花岗岩残积土的体变特性不仅取决于干密度和净围压,还与基质吸力密切相关,但净围压比基质吸力对土体体积应变的影响大。研究成果可为崩岗侵蚀区灾害防治及其体积变形、沉降量预测提供参考。     

非完整河与潜水含水层相互作用的非稳定流数值模拟

针对以往河流对含水层补给方式考虑的不足,基于含水层水位与河水位及河床底板高程的关系,考虑了非饱和带的影响,借助非饱和带的相关理论获得了河流对含水层的补给量的表达式,采用数值模拟方法计算了非完整河对潜水含水层的补给量,并探讨了补给量与抽水井中水位变幅和非饱和带内最大基质吸力的关系。结果表明,非饱和带内的补给量不可忽略,且井中水位变幅越小、最大基质吸力越大,则补给量越大。     

排气状态对非饱和土抗剪强度的影响

为研究排气状态对非饱和土抗剪强度的影响,以云南昆明的红粘土和粉土为试验土样,以不排气不排水和排气不排水为控制条件进行三轴剪切试验。试验结果表明,排气条件下的非饱和土强度相较不排气时有所提高,且排气状态对红粘土抗剪强度的影响程度大于对粉土的影响程度;粘聚力与饱和度的关系呈非规律性,内摩擦角随饱和度的增大而减小;排气不排水条件下,粘聚力和内摩擦角均随干密度的增大而增大。试验结果证实了排气状态对非饱和土体抗剪强度的显著影响。     

广义有效应力在非饱和土本构模型中的应用

为更好地定义和理解毕肖普(Bishop)应力,针对非饱和土本构模型有效应力研究中存在的问题,提出了广义有效应力定义框架,并与传统Bishop应力定义框架做了比较,探讨了基质吸力、粘固作用、硬化过程。     

排气状态对非饱和土变形特性的影响

为研究排气状态对非饱和土固相、液相和气相的分布影响,以排气状态为控制变量,通过不同饱和度、不同干密度的非饱和粘土和粉土的三轴剪切试验,分析了气相对非饱和土变形特性的影响。结果表明,试验过程中非饱和土表现出了明显的剪胀性,不同排气状态下的剪胀程度不同,且排气状态对粘土变形的影响较粉土显著。通过微观机理解释为试验过程中孔隙气压力的增大程度不同,会造成土体颗粒间不平衡力矩的差异性,从而导致剪胀程度的不同。     

堤防软土高边坡重建稳定计算土力学参数探讨

为分析堤防软土高边坡重建过程中土力学参数的选取对边坡稳定性的影响,以上海市黄浦江堤防某失稳边坡为例,分析了滑坡原因,构建边坡重建方案,分别通过刚体极限平衡和有限元法对比分析了十字板与快剪、反演等强度指标计算安全系数的差别,并探讨了差别产生的原因。计算分析和堤防成功重建表明,在软土高边坡重建稳定分析中采用十字板指标更符合工程实际,更经济合理。边坡重建为类似软土高边坡重建提供了经验,为十字板指标在水利工程中的应用提供了经验。     

颗粒流重力增加法的改进研究

针对土坡安全系数数值分析中运用颗粒流重力增加法计算结果偏大的问题,对颗粒流重力增加法进行了改进,即通过降低颗粒摩擦系数,抵消土体抗剪强度因重力增加而提高的不利影响,使计算出的土坡安全系数更加合理。计算结果表明,采用改进的重力增加法计算的土坡安全系数与其他方法计算结果相近;同时结合模型颗粒间的接触和作用力的变化,可以准确确定粘性土坡的滑动面。可见改进的重力增加法有效改善了重力增加法的不足,在计算粘性土坡的安全系数中具有一定的参考价值。     

干湿循环条件下裂缝对土体吸力影响的机制研究

受干旱影响,土体会出现干缩裂缝,基质吸力的变化是分析裂缝开展的关键点,而裂缝的产生影响着基质吸力的变化,因此基于室内模型研究了干湿循环条件下不同位置土体开裂情况及对应部位基质吸力的时空演化规律。结果表明,斜坡中部裂缝更易发育,受旱过程中当裂缝存在时顶部土体的基质吸力增长滞后于坝坡中部土体的基质吸力增长;降雨后再干燥时段除底部外土体各处基质吸力受裂隙影响在较短时间快速增大,多次干湿循环后土体裂缝发展形态基本保持不变,此时同一部位基质吸力变化趋势基本相同,而不同部位因裂缝开展差异吸力变化有所不同。根据吸力变化情况绘制出的土水特征曲线反映出不同形态的裂缝存在对周边土体的影响(渗透系数)。研究成果可为维护坝坡稳定提供指导。     

含水率和干湿循环对人工填土边坡稳定性的影响

基于土体Mohr-Coulomb准则做了重塑土直剪试验,获得了不同含水率和干湿循环次数下粘性土抗剪强度参数及其变化规律,即随着含水率的增加,粘聚力先增大后减小,内摩擦角逐渐减小;随着干湿循环次数的增加,粘聚力先剧烈下降后趋于稳定,内摩擦角变化较小;含水率和干湿循环次数的增加,均使得土体抗剪强度降低。将试验结果应用于边坡稳定性计算中表明,含水率增加会导致边坡稳定性系数急剧下降,干湿循环次数增多也会导致边坡稳定性下降,但循环5次后,边坡稳定性基本保持不变。     

裂缝性储层水平井钻井井壁稳定模型研究

钻井井壁稳定是钻井过程中的复杂性问题。当水平井筒穿过储层天然裂缝时,天然裂缝可能在较小的井底流体压力下发生剪切破坏,造成井壁垮塌。为此,基于弹性力学和岩石力学理论,并考虑岩石孔隙弹性和热弹性效应影响,推导了井壁主应力计算式。视天然裂缝为地层中的结构弱面,基于主应力与天然裂缝法向的空间位置关系,得出了天然裂缝法向与井壁最大主应力夹角计算式,结合弱面结构剪切破坏准则,得到维持井壁稳定的最小井底流压数学求解模型,提出了模型求解和井壁稳定流压获取方法。通过公式推导及计算实例分析可知:天然裂缝倾角和走向、原地应力和水平井方位将影响钻井过程中防止井壁垮塌的最小井底流体压力的设计,也即影响安全钻井液密度的选择。     

库水位升降条件下邻近坝址区堆积体边坡稳定性分析

针对某水电站蓄水后对坝址上游右岸堆积体边坡稳定性影响的问题,根据非饱和土体瞬态有限元渗流控制方程构建了堆积体边坡二维计算模型,再利用GeoStudio软件中的SEEP模块计算了不同库水位升降速率、不同边坡渗透系数条件下边坡内的渗流场分布规律,再采用摩根斯坦—普莱斯极限平衡法计算各瞬态渗流场下最危险滑带的安全系数。结果表明,不同库水位上升速率及渗透系数时随库水位的上升边坡安全系数增大,不同库水位下降速率及渗透系数时随库水位的下降边坡安全系数减小。     

江苏省河道生态护坡技术固土作用及效果研究

为探索河道不同生态护坡的固土作用及效果,以江苏省河道生态护坡调查为背景,选取草皮生态护坡、石笼生态护坡和生态袋护坡,采用室内试验研究草皮生态护坡的抗剪强度。结果表明,草皮根系明显提高了土体的抗剪强度,且土体抗剪强度随含水率的增加而减少;复合根系的固土效果比垂直、水平根系好。采用ABAQUS建立三维有限元模型,从位移等值线和边坡安全稳定系数方面对比三种生态护坡的固土作用和稳定性,与无草边坡相比,草皮生态护坡、石笼生态护坡、生态袋护坡均能不同程度地减小土体的滑动区域范围,提升整体边坡的稳定性。研究成果可为工程实践提供指导。