考虑饱和渗透系数的宽级配土渗流侵蚀过程室内试验研究

【目的】宽级配土是堤防的主要填料,其在水力梯度作用下会发生内部侵蚀直至管涌破坏。渗流侵蚀过程会改变土体性质,进而影响饱和渗透系数。依据饱和渗透系数演变规律,探究土体渗流侵蚀过程,有助于工程安全性评价与渗透破坏预测防治。【方法】采用自制渗流侵蚀试验仪,通过逐级升高渗透水压力,开展土体侵蚀过程试验,测量饱和渗透系数和细颗粒流失量,探究级配与干密度对渗流侵蚀过程的影响。【结果】结果显示：依据饱和渗透系数演变规律,渗流侵蚀过程可分为侵蚀前期阶段、侵蚀发展阶段和侵蚀破坏阶段,从而定义了渗蚀发展临界水力梯度和渗蚀破坏临界水力梯度;宽级配土的渗蚀发展临界水力梯度与渗蚀破坏临界水力梯度均随级配参数D₁₅/d₈₅增加而减小;当细颗粒含量处于欠填状态时,渗蚀发展临界水力梯度随细颗粒含量增加而减小,渗蚀破坏临界水力梯度随细颗粒含量增加近似线性增大;当细颗粒含量处于满填状态时,两种临界水力梯度与累积细颗粒流失率均随着干密度增加而增大。【结论】可见,由于渗透侵蚀造成的饱和渗透系数变化显著地受土体级配与密实状态的影响。     

洞庭湖区掺粉煤灰水泥土性能试验研究

采用粉煤灰代替部分水泥作为胶凝材料的水泥土桩法,近年来逐渐在软弱地基的加固处理中得到应用。针对洞庭湖区湖泊相淤泥质软弱地基加固处理问题,结合该区域某分洪闸地基处理工程,在室内开展了不同粉煤灰掺量的水泥土试件的无侧限抗压强度、含水率以及中心部位土样溶液pH值的测定试验,然后探讨建立了不同粉煤灰掺量的水泥土无侧限抗压强度的组合指数式模型。研究结果表明:水泥土试件无侧限抗压强度在60 d龄期前随着粉煤灰掺量的增加而降低,但在90 d龄期时,不同粉煤灰掺量的4组试件强度值较为接近;水泥土试件含水率在28 d龄期之后随着粉煤灰掺量的增加而增加;水泥土试件中心部位土样溶液的pH值始终随着粉煤灰掺量的增加而降低;采用组合指数式强度模型能较好地描述粉煤灰掺量和龄期对水泥土无侧限抗压强度增长规律的影响;通过对不同粉煤灰掺量水泥土桩方案进行比选,建议洞庭湖区水泥土中粉煤灰掺量应在20%左右为宜。     

节理岩体卸荷各向异性力学特性试验研究

 针对节理岩体开挖卸荷所产生的各向异性力学难题,通过制作不同倾角单一预制节理试件,开展节理岩体三轴卸荷试验,研究卸荷条件下节理岩体的应力–应变关系、变形特征、强度特征和破坏模式。得到如下结论：(1) 进入卸荷阶段之后,0°,30°和90°倾角节理试件的应力–应变曲线依次出现屈服、软化和残余变形阶段,而45°和60°倾角节理试件只出现屈服阶段。(2) 节理试件的变形模量随节理倾角呈U型变化,其中,60°倾角节理试件的变形模量最小;随着围压升高,不同倾角节理试件之间的变形特性差异逐渐减小。(3) 0°,30°和90°倾角节理试件的抗压强度降低,而45°和60°倾角节理试件几乎未降低;节理试件的黏聚力随节理倾角呈U型变化,其中,60°倾角节理试件仍为最小;而内摩擦角随节理倾角增大而增大。(4) 0°,30°和90°倾角节理试件的破坏模式均为穿越节理的压剪破坏,且不受节理影响,而45°和60°倾角节理试件的破坏模式均为沿节理面滑动破坏。(5) 揭示节理岩体的卸荷力学特性分为受岩块强度控制和节理面强度控制。     

基于定额回归法的导流洞工程赶工费用计算

导流隧洞施工受水文、地质、施工环境等不确定性因素影响,常出现工期延误需进行赶工。针对水电站导流洞施工过程中的单一工期延误事件,分析了常见的变更方案及对应的理论延误工期确定方法,提出一种基于定额回归法的导流洞工程赶工费用计算方法,并将该方法应用于白鹤滩水电站导流洞施工中。结果表明,该方法能确定各延误事件与工序影响的对应关系,判别非承包商责任的工期延误和赶工事实,并计算出完整的赶回工期、赶工工序及赶工费用,为工程索赔提供了参考依据。     

圆形隧洞爆破荷载与瞬态卸荷作用围岩应变能效应研究

 深部岩体开挖过程中,能量的释放与耗散是导致围岩发生损伤破坏的重要诱因。针对深埋圆形隧洞爆破开挖,采用理论模型研究微差段间爆破荷载与地应力瞬态卸荷重复扰动及耦合作用下围岩应变能的变化规律,并基于弹性应变能判别准则计算围岩损伤范围。研究结果表明：在爆破荷载作用下,围岩应变能经历了先增大再减小最终趋于稳定的动态变化过程;在地应力的瞬态卸荷作用下,围岩应变能经历了先减小再增大最终趋于稳定的过程;二者耦合作用会进一步加剧围岩应变能动态调整过程,并且体现出更加明显的微差段间重复扰动效应,以开挖轮廓附近起爆的两圈崩落孔及周边孔最为明显。爆破荷载主要引起围岩张拉破坏,而地应力瞬态卸荷主要导致围岩压剪破坏,在二者耦合作用下地应力的存在会抑制爆破荷载引起的围岩张拉破坏,从而减小围岩的损伤范围。最后,采用锦屏二级水电站引水隧洞实测围岩损伤范围对理论计算方法的正确性进行了验证。     

基于实测钢筋应力的某大型渡槽力学参数反演分析

渡槽经长期运行后,其材料力学参数与设计参数存在较大差异,为获得渡槽真实物理力学参数,基于实测钢筋应力进行参数反演分析。首先开展现场通水钢筋应力监测试验获得实测钢筋应力,然后基于三维渡槽有限元计算确定水压因子,进而建立实测钢筋应力统计模型,并采用回归分析法分离出水压分量和温度分量,最后采用正交设计-神经网络模型-数值计算相结合的方法,优化反演渡槽材料力学参数。研究表明:所建立的实测钢筋应力统计模型拟合精度高,反演获得的渡槽内缘保护层混凝土、外缘保护层混凝土、槽身和端部混凝土以及钢筋的弹性模量分别为相应设计参数的37. 87%、34. 97%、66. 23%、63. 79%,该渡槽劣化较为严重。     

径流时间序列的网络拓扑模态研究

为揭示径流时间序列的复杂动力学特征和非线性规律,借助可视图方法将径流时间序列转化为复杂网络,利用网络拓扑分析理论对网络的点强度、中间中心性、平均路径长度、聚类系数等参数进行分析,探明径流时间序列的网络拓扑特征与模态。采集北江流域石角站和赣江流域外洲站的水文数据,对北江与赣江径流时间序列的网络拓扑模态进行验证分析。结果表明：北江与赣江径流时间序列网络的聚类系数均较大而平均路径长度均较小,2个网络均具有小世界特性和无标度网络特性,中心性大的节点均对应年中月径流,北江与赣江的径流时间序列非线性动力特征及拓扑模态基本相似。从新的维度刻画径流时间序列的结构特征以及内在动力学特性,更有利于揭示径流时间序列的多维度非线性特征。     

岩质边坡开挖过程模拟的动态有限单元法

 借鉴流形元的思想,提出三维岩质边坡开挖过程模拟的动态有限单元法。该方法在模拟边坡开挖过程中,建立有限元网格时仅需考虑结构面和复杂地形,而不用考虑开挖面的位置;开挖面信息仅作为动态参数在计算过程中实时输入,大幅度降低了前处理的难度。该方法根据几何拓扑判断,计算确定单元中的保留域和开挖域。运用常规有限元的位移插值模式,组装整体刚度矩阵和荷载向量,并运用加密高斯点法完成数值积分。其中,整体刚度矩阵来源于保留域,开挖域则提供开挖荷载。编制相应的计算程序,并将其应用于小湾孔雀沟料场边坡的开挖仿真分析中,通过该方法计算结果与常规有限元法计算结果进行对比,证明该方法的有效性。该方法的最大优点在于前处理简单,能运用于复杂边坡、洞室的快速开挖仿真和体型优化分析中。     

基于多源数据同化融合的尼洋河降水时空分布特征

地理位置处在我国高寒山区的尼洋河流域地面气象观测站点极少,是典型的缺资料地区,卫星降水数据产品是降水数据的重要补充。由于卫星降水数据在获取上的间接性及本身的不确定性,数据精度问题一直是阻碍其有效应用的主要因素。基于集合卡尔曼滤波(EnKF)同化算法,选取TRMM、CHIRPS、Cmorph_V1.0、PERSIANNCDR及Gldas_Noah 5种卫星降水产品,在对其与林芝站网格区域实测降水进行精度分析的基础上,进一步进行多源降水数据同化与融合。结果表明:同化后5种卫星降水产品与实测降水量的相关系数CC均在0.98以上,BIAS均在10%以下,ME在同化后均小于0.2mm/d,RMSE均小于0.6mm/d,EnKF的同化效果显著。将同化后的5种降水与原卫星降水之间的误差序列推广至全流域,从而获得全流域的5种同化降水用于融合,融合后的降水数据综合了5种降水数据产品在精度指标的各自优势,其精度和可靠性更高。利用克里金插值法对融合后的降水进行尼洋河降水时空分布特征分析,结果显示年降水量空间上由中部向四周逐渐递减,时间上呈现逐年增加的趋势。通过对卫星降水数据进行同化及融合,在提升降水数据产品精度的同时提供了满足水文模拟及水资源管理需求的时间序列数据,具有重要的应用价值。     

某过江隧道南线工程降水方案研究

以纬三路过江通道南岸工程为背景,结合场区工程地质及水文地质条件,借鉴该地区类似工程经验,确定基坑降水的影响半径及场区综合渗透系数参考值,在此基础上进行深基坑的降水计算与设计,详细介绍了疏干井和降压井在基坑降水中的应用。最后,建立地下水渗流数值模型,采用三维有限差分法对基坑内承压含水层降水效果进行模拟验证。模拟结果表明:该降水方案合理可行,达到了设计要求,能够取得明显的效果。实践表明降水方案合理可行,可为该地区其他类似基坑降水工程提供指导。