细粒迁移及组构变化对黏土渗透性影响的试验研究

为进一步探究水化学环境下土体渗透性的变化规律及作用机理,对饱和重塑压实黏土样在不同水化学条件及渗流路径下进行了一系列变水头渗透试验,分析了不同浓度的NaCl溶液在不同渗流路径下对饱和黏土渗透性的影响。结果表明:不同干密度试样的渗透性随浓度增加展现出较大的差异,干密度为1.40 g/cm~3时,渗透系数呈先升后降,而干密度为1.50 g/cm~3时,渗透系数不断降低;逆转渗流方向,试样渗透系数发生突变;孔隙盐溶液浓度周期性变化,试样渗透性不可逆。基于核磁共振(NMR)分析技术,测试了土体内部孔隙结构分布随孔隙盐溶液浓度的变化。最后基于上述试验结果从细粒迁移产生的孔隙堵塞效应和组构改变引起的孔隙封闭效应两个方面,解释了孔隙盐溶液浓度变化对黏土渗透性的影响。     

细粒迁移及组构变化对黏土渗透性影响的试验研究

为进一步探究水化学环境下土体渗透性的变化规律及作用机理,对饱和重塑压实黏土样在不同水化学条件及渗流路径下进行了一系列变水头渗透试验,分析了不同浓度的NaCl溶液在不同渗流路径下对饱和黏土渗透性的影响。结果表明：不同干密度试样的渗透性随浓度增加展现出较大的差异,干密度为1.40 g/cm³时,渗透系数呈先升后降,而干密度为1.50 g/cm³时,渗透系数不断降低;逆转渗流方向,试样渗透系数发生突变;孔隙盐溶液浓度周期性变化,试样渗透性不可逆。基于核磁共振（NMR）分析技术,测试了土体内部孔隙结构分布随孔隙盐溶液浓度的变化。最后基于上述试验结果从细粒迁移产生的孔隙堵塞效应和组构改变引起的孔隙封闭效应两个方面,解释了孔隙盐溶液浓度变化对黏土渗透性的影响。     

垂直节理对黄土渗透性的影响研究

通过室内模型试验,研究了饱和入渗条件下黄土垂直节理对土体渗透性的影响。在实验室自制试验装置,将重塑土击实后人工切割垂直节理。在土样表面均匀喷水,使水分在土样表面饱和的状态下入渗,分析节理开度对黄土中水分入渗的影响规律。试验表明:闭合节理对土体的渗透性影响很小,实际中可以不予考虑;随着节理开度的增大,节理对土体渗透性的影响逐渐趋于明显,节理成为优势渗流面。将黄土中的节理抽象为两平行板间的缝隙,节理内水的流动满足N-S方程。考虑黄土渗流的实际特点确定了边界条件,通过推导建立了黄土节理渗透系数的表达式,分析了黄土节理渗透系数随土体体积含水量变化的特点。在数值计算中,采用四边形等参元离散土体。在离散体表面规定水头边界,对节理场地的水分场变化进行了分析。分析结果与试验对比,说明该表达式可以反映黄土节理渗流的实际特点。     

某黏土心墙砂砾石坝安全监测及工程性状分析

介绍了某黏土心墙砂砾石坝的安全监测成果。由于主坝左坝肩边坡陡峭,是该工程的重点薄弱部位,特采用TS型位移计和GKD型孔隙水压力仪观测防渗心墙与岸坡混凝土接触部位的变形和渗流状态。监测成果表明,尽管该大坝的边坡满足规范要求,但仍在左坝肩心墙与混凝土垫层接触面出现了较大的变形和渗流异常,因此,认为在进行心墙坝的岸坡坡度设计时,除了应满足规范要求外,确定什么样的边坡可以防止因防渗心墙的不均匀沉降而致产生裂缝应作专门研究,应加强心墙重点部位的渗流观测,在进行黏土心墙坝的有限元计算时,对施工期和蓄水期应分别选用非饱和及饱和两套土性指标。     

非饱和黏土的一维电渗排水解析理论

采用饱和土的电渗固结理论通常会高估非饱和状态下土体的电渗排水能力。基于流体质量守恒原理、Darcy定律以及电渗流方程,采用指数函数描述土水特征曲线及水力渗透系数与电渗透系数和吸力间的关系,建立非饱和黏土的一维电渗排水控制方程,推导孔隙水压力、体积含水率及排水量的解析方法,并开展试验验证。在此基础上,分析饱和电渗透系数与水力渗透系数比值(k_e/k_s)、减饱和系数(α)以及残余体积含水率(θ_r)对非饱和黏土电渗排水特性的影响。结果表明,电渗排水量随着饱和电渗透系数与水力渗透系数的比值以及减饱和系数的增大而增大,且均呈非线性关系;土体持水性对非饱和土体的电渗排水性状影响显著。所提出的解析解可为非饱和黏土的电渗排水设计及效果评价提供参考。     

贯穿裂缝对水泥基复合材料渗透性能的影响

通过对于水灰比0．4和0．5无裂缝砂浆试件的渗透性试验,以及带不同数量贯穿裂缝的砂浆试件的渗透性试验,利用这西模型计算其渗透系数,并对其渗透系数进行比较,得知裂缝中的渗透系数远大于水泥基材中的渗透系数,裂缝对材料整体渗透系数的影响要远大于水灰比对渗透系数的影响,裂缝对于整体的渗透系数起决定性作用。并且渗透系数与裂缝数量呈现良好的线性关系。因此,裂缝是水流渗透的主要通道,在渗透中占主导地位。     

利用有限元分析CSG堤坝的渗流

堤坝的渗透性能对背水坡的安全至关重要,利用有限元软件对不同渗透系数的CSG堤坝进行分析,并与黏土材料进行比较。结果显示,CSG材料可十分显著地减小堤坝坝身水的渗流速度及坝趾水的流量。若原地所取材料为砂石,骨料最大粒径40 mm,水泥用量60 kg/m3为适宜选择。     

从流动到可塑状态软黏土的一维固结特性试验研究

软土在固结过程中含水率的减小将导致其物理状态从流动态进入可塑态,为研究物理状态变化对软黏土的压缩性和渗透性的作用影响,采用饱和重塑黏土,配制高于液限含水率和接近液限含水率的试样,分别开展不同压力作用下的一维固结试验,依据位移和孔压测试数据,对比分析了固结过程中的位移发展、孔压消散、压缩系数以及渗透系数的变化特性。结果表明:在流动状态下,位移快速发展,而孔压却存在明显的滞消现象;进入可塑状态后,压缩系数和渗透系数的对数随孔隙比的变化关系均发生明显的转折。这意味着,在软土固结问题的理论分析中,应考虑物理状态的变化对土体压缩性和渗透性参数变化规律的影响。     

管网渗流系统对边坡剩余下滑推力影响的物理模拟研究

为了研究管网渗流系统对土体渗透性能和地下水位以及边坡剩余下滑推力的影响,进行管网渗流系统的物理模拟试验。试验结果表明,管网渗流系统可提高坡体的渗透性,降低地下水位,从而使边坡剩余下滑推力明显减小,从而提高边坡的稳定性。指出在含碎石黏性土滑坡的防治中,应将地下水排水措施作为主要防治措施。     

植被发育斜坡土体非饱和渗透特性的预测方法

非饱和渗透系数对评价非饱和土体的性质具有重要意义,尤其是对灾害频发的植被发育斜坡。然而现场试验或室内试验测量非饱和渗透系数耗费时间多,对试验设备要求高,为非饱和土体的渗透性研究带来很多不便。本文在对Brooks-Corey模型进一步推导的基础上,利用Bloemen提出的孔径分布参数计算方法来推求土体的非饱和渗透系数,只需获得土体颗粒组成、有机质含量、饱和渗透系数及重量含水量,就可以计算得到非饱和渗透系数的预测值,这样就提高了非饱和渗透系数的计算效率。同时,通过比较模型计算结果与HYDRUS-2D计算值,得知此方法应用于植被发育斜坡土体是可行的,而且有较高的精度,并提出了进一步的优化方向。     

考虑裂隙动态变化时裂隙土土水特征曲线的预测方法研究

 裂隙广泛分布于表土中,为土中渗流提供优势通道,导致土中渗透系数增大。裂隙土的土水特征曲线(SWCC)是分析裂隙土渗流问题的关键因素。考虑裂隙的动态变化,提出一种预测裂隙土土水特征曲线的新方法,并通过实例分析对此方法进行试验验证。将裂隙土系统分为裂隙网络系统和土体系统两部分,将相同状态下2种孔隙系统的土水特征曲线组合得到裂隙土在该状态下的土水特征曲线。随着裂隙的开展,可以得到裂隙发展路径上不同状态下裂隙土的土水特征曲线。将裂隙发展路径上不同状态下裂隙土的土水特征曲线进行合理组合,即可得到考虑裂隙动态变化时裂隙土的土水特征曲线。通过室内试验模拟裂隙在土样脱湿过程和吸湿过程中的动态变化,测定脱湿过程中的SWCC,用所提出的方法预测考虑裂隙动态变化时裂隙土的土水特征曲线,并将预测结果与试验结果进行对比。预测和试验结果都显示,裂隙土的土水特征曲线呈双峰特征。在达到土体的进气值之前,曲线由裂隙网络控制;当基质吸力较大时,曲线由土体的SWCC控制。试验结果与理论预测基本一致。     

土体水力滞后对土石坝初次蓄水渗流场的影响

在土石坝的蓄水过程中,坝料的持水特性和渗透函数的不同会对坝体渗流场产生很大的影响。因此,对土坡的降雨入渗和土石坝的蓄水渗流场的分析应采用土-水特征吸湿曲线及相应的渗透函数。基于砾石土料的土-水特征曲线的实测结果,采用饱和-非饱和渗流有限元方法对不同程度各向异性的均质土坝初次蓄水过程中由脱湿和吸湿曲线计算所得的渗流场进行对比分析,探讨采用脱湿曲线代替吸湿曲线计算带来的影响。结果表明由脱湿曲线计算的孔隙水压力和体积含水率均明显高于由吸湿曲线计算的结果,渗透性的各向异性程度对坝体中的水力滞后性无明显影响。因此,在入渗分析时若采用脱湿曲线取代吸湿曲线会高估坝体中的孔隙水压力和含水率,低估非饱和区的吸力。     

防渗土样的分散性与渗透变形试验研究

 通过碎块、双比重计、针孔、孔隙水可溶盐及交换性钠百分比等5种方法的土样分散性试验和渗透变形试验，对拟建的青海班多土石坝防渗心墙土样进行分散性鉴定及渗透稳定性试验研究。研究结果表明，虽然土样具有强分散性，但在合适的反滤料保护下，分散性土样仍具有较高的抗渗性能，裂缝土体也不会发生流失；在做好反滤层设计的前提下，用分散性土样作为防渗心墙的填筑土样是可行的。     

深覆盖层上土石坝心墙与防渗墙连接型式研究

深厚覆盖层上建造的土石坝常采用封闭式防渗系统。当心墙坝防渗系统坝体采用沥青混凝土心墙、坝基采用封闭式防渗墙时,心墙混凝土基座、防渗墙与相邻土体之间将产生不均匀沉降,易引起基座混凝土断裂和坝壳及覆盖层土体剪切破坏。针对心墙坝坝体心墙与坝基防渗墙合理的连接型式问题,结合某水库工程,采用非线性有限元法,建立三维有限元模型,分析研究了心墙基座与防渗墙不同连接型式下坝体与坝基的变形和应力。通过坝体和坝基的变形协调分析以及心墙基座和防渗墙的应力分析,推荐了合理的连接型式,即深厚覆盖层上沥青混凝土心墙坝坝基采用封闭式防渗墙时,宜采用心墙基座与防渗墙间预留空隙的连接型式,其空隙大小与坝基覆盖层厚度及其力学特性以及防渗墙弹性模量有关,需经计算分析确定。     

防渗土样的分散性与渗透变形试验研究

通过碎块、双比重计、针孔、孔隙水可溶盐及交换性钠百分比等5种方法的土样分散性试验和渗透变形试验,对拟建的青海班多土石坝防渗心墙土样进行分散性鉴定及渗透稳定性试验研究。研究结果表明,虽然土样具有强分散性,但在合适的反滤料保护下,分散性土样仍具有较高的抗渗性能,裂缝土体也不会发生流失;在做好反滤层设计的前提下,用分散性土样作为防渗心墙的填筑土样是可行的。     

湖北利川某水电站混凝土大坝裂缝普查及处理工艺

水电站混凝土大坝局部裂缝是常见的混凝土缺陷之一。本文介绍了湖北利川某电站混凝土大坝裂缝的普查分类和针对不同类别裂缝的处理工艺,对于浅层裂缝采用水泥基渗透结晶型防水材料涂刷,对于不渗水或渗水量较小的裂缝采用环氧树脂灌浆+环氧胶泥涂刷,对于渗水量较大的裂缝采用聚氨酯灌浆+环氧胶泥涂刷。上述处理方法可为水工建筑物混凝土裂缝处理提供借鉴和参考。     

流固耦合的多元结构深厚覆盖层透水地基的力学特性

深厚覆盖层多元结构坝基在渗流过程中各土层力学差异明显,分析时关注的具体问题也不尽相同,需要深入研究。基于比奥固结理论,考虑土体的非线性流变以及土体固结变形过程中孔隙度、渗透系数、弹性模量及泊松比的变化;借助ADINA流固耦合模块来模拟西藏达嘎水电站坝基渗流场与应力场耦合过程,分析各层力学特性及相互作用。研究表明,透水性较强的表层土体是渗流主要通道,也是渗流进出区和沉降变形体现区,应在上游采取措施提高其压缩模量,下游区域增设反滤层和排水设施;坝基中的粉细砂层是坝基沉降的主要原因,对坝基沉降起主导作用,同时应注意其液化特性对坝基的不利影响;坝基中的承压含水土层对下游上部结构产生向上顶托力,若位置较深,则破坏性较小;坝基深部土层对整个坝基的渗流破坏影响较小,但对沉降和渗流量的影响不可忽视;表层砂卵砾石层和粉细砂层的渗透系数相差较小时,土层间不会发生接触冲刷。此外,还发现坝基孔隙水压力在快速衰减阶段被消散,期间土体固结较快。垂直防渗墙能有效降低渗透坡降和渗流量,将坝基沉降变形控制在防渗墙上游区域,但上游坝基变形对防渗墙产生较大的水平推力,应加大防渗墙尺寸或者采用辅助渗控措施。     

基于粒子群支持向量机的高心墙堆石坝渗透系数反演

渗流场参数的获取是研究运行期高心墙堆石坝渗流特性的难点之一。针对糯扎渡高心墙堆石坝,利用饱和–非饱和渗流场有限元程序生成学习样本,借助支持向量机的高度非线性映射能力,建立了渗透系数与水头之间的映射关系。再以识别误差目标函数为适应值,采用粒子群优化算法反馈搜索以建立大坝渗透系数反演模型。以大坝最大横剖面典型渗压计测点为实测点,采用一维固结理论推导了大坝心墙超静孔隙水压力消散计算公式,并对心墙水头实测值进行修正。通过对运行期库水位稳定时段渗流场的反演得到大坝待反演分区的渗透系数,再利用水位上升期对应的渗流场进行验证。结果表明,渗透系数反演结果是合理的。     

Characterization of transient groundwater flow through a high arch dam foundation during reservoir impounding

Even though a large number of large-scale arch dams with height larger than 200 m have been built in the world, the transient groundwater flow behaviors and the seepage control effects in the dam foundations under difficult geological conditions are rarely reported. This paper presents a case study on the transient groundwater flow behaviors in the rock foundation of Jinping I double-curvature arch dam, the world’s highest dam of this type to date that has been completed. Taking into account the geological settings at the site, an inverse modeling technique utilizing the time series measurements of both hydraulic head and discharge was adopted to back-calculate the permeability of the foundation rocks,which effectively improves the uniqueness and reliability of the inverse modeling results. The transient seepage flow in the dam foundation during the reservoir impounding was then modeled with a parabolic variational inequality(PVI) method. The distribution of pore water pressure, the amount of leakage, and the performance of the seepage control system in the dam foundation during the entire impounding process were finally illustrated with the numerical results.     

库水位快速变动条件下心墙坝上游坝壳自由水面线变化规律研究

为了计算渗水压力对心墙坝上游坝坡稳定性的影响,须掌握库水位降落时上游坝壳中自由水面的变化规律。本文利用模型试验模拟了上游坝坡坡比、库水位不同降落速率、坝壳料不同渗透系数对自由水面位置变化的影响,并把模型试验结果与有限元计算结果、经验公式法计算结果相比较。从试验结果及有限元计算结果可知,库水位降落速度越快,自由水面线位置越高,最高点高度越大。坝壳坡度越陡,自由水面的位置越低。坝壳料渗透系数达2.45×10-1 cm/s时,有限元计算分析结果比模型试验得到的自由水面最高点稍高,经验公式法得到的计算结果最小。