裂隙岩体渗流场与应力场的耦合数值分析

裂隙岩体渗流场与应力场耦合是一个复杂的地质问题.本文基于裂隙-空隙双重连续介质对裂隙岩体渗流场与应力场进行耦合分析,推导建立了数学模型,并将该模型用于实际边坡工程的岩体裂隙进行数值模拟,分别对不考虑应力影响下的渗流场和不考虑渗流影响下的应力场以及两场相互耦合时的稳定性进行了研究,由于耦合作用下与任意单场作用下相比差异较大,因此考虑岩体裂隙多场耦合作用是必要的也是符合事实的[1].     

降雨情况下排土场边坡稳定性数值模拟研究

排土场边坡不同于一般边坡,排土体为松散介质,降雨入渗对排土场边坡稳定性影响较大。为了定量研究降雨对排土场边坡的稳定性影响,以及防水和排水措施对边坡稳定性的影响,首先建立降雨情况下排土场渗流数值模型,分析排土场内部渗流场;然后对排土场边坡进行水土耦合分析,通过水土耦合分析发现降雨情况下边坡稳定性安全系数大大降低。为了服务于工程和科学研究,进一步对防渗和排水情况下排土场边坡稳定性进行定量研究。研究发现:在排土场台阶底部设置排水管道或者在排土场顶部设置防水层可以大大提高降雨情况下边坡稳定性。研究结果可为正确评价和治理该类边坡的稳定性提供科学依据。     

高面板堆石坝施工期防洪度汛的渗流问题研究

高面板堆石坝工程时常面临施工期挡水度汛的情形, 针对度汛期渗控体系不完善的渗流问题, 依托某高面 板堆石坝工程, 考虑坝体填筑、 防渗体系以及基岩分布等因素, 建立三维有限元计算模型, 并采用改进结点虚流 量法进行渗流场仿真计算, 得到不同度汛方案下坝体渗流场的水头分布、 浸润线和渗透坡降, 系统分析了施工期 挡水度汛情形的渗流场规律和特点。结果表明, 若坝体防渗体系不完整, 施工期坝体会引起显著的渗流问题, 易产生第二渗控线发生渗透破坏的危害, 应确保坝体挡水时渗控体系的有效性, 并严格控制第二渗控线的施 工质量。     

基于双场耦合高聚物防渗墙土石坝静动力响应

高聚物防渗墙近年来被广泛应用在堤坝的防渗加固工程中,同时耦合分析方法也成为分析坝体应力场和渗流场的研究热点。为了研究坝体增建高聚物防渗墙后,考虑渗流场和应力场的耦合作用和不考虑双场耦合作用下坝体和墙体的静动力响应,采用FLAC3D软件建立高聚物防渗墙土石坝应力场和渗流场的三维数值分析模型,分析坝体与墙体在静力荷载及地震荷载作用下的应力、位移、孔压和加速度的分布规律。研究表明,与非耦合分析计算结果相比,高聚物防渗墙土石坝耦合计算的应力值和位移值较大,更有利于坝体和墙体的安全性分析,为土石坝防渗加固和堤坝高聚物防渗墙工程抗震设计及施工提供参考依据。     

白石水库库区泄滩边坡稳定性风险评估

利用随机分布的不同岩体参数和蒙特卡洛法对白石水库库区复杂岩性的泄滩边坡进行滑动面的自动搜索,从而确定了边坡失稳的概率;然后根据边坡渗流场计算结果,对边坡稳定性进行综合评价并提出了相应的支护方案。研究表明:素填土强度参数对泄滩边坡稳定性影响显著,而边坡失稳受素填土的影响较低;白石水库库区泄滩的最小安全系数为0.75,失效概率为10%;采取素填土喷锚支护方案可将失效概率降低至0,显著提高安全系数至1.402;在描述工程边坡稳定性时基于渗流场分布特征的不确定性分析法具有较强的合理性与科学性,将边坡破坏机理和失效概率相耦合可为工程风险评估提供可靠依据,并为支护方案的优选决策和边坡的破坏预测提供基础。     

基于ABAQUS渗流与应力耦合的边坡稳定性分析

探讨了渗流场与应力场相互作用机理,提出了考虑渗流与应力直接耦合作用的边坡稳定分析方法。基于ABAQUS分析软件,采用强度折减法分析了不考虑渗流和考虑渗流耦合及非耦合情况下某边坡的稳定性,结果表明:水的渗流作用对边坡稳定有显著性影响,渗流与应力场耦合对边坡稳定性有显著影响。     

地震作用下孔隙水压力对边坡动力稳定性的影响

以某水库堤坝为研究对象,研究了地震作用下孔隙水压力对边坡动力稳定性的影响。先分析地震荷载引起的渗流场时程变化,再与应力场进行耦合,分析坝坡稳定性。渗流场和震动场分析采用有限元法,坡体稳定性分析采用极限平衡法。结果表明:地震作用会激发超孔隙水压力的增长,是否考虑地震荷载和孔压变化的耦合效应会使得稳定性分析结果有较大差异。不考虑该耦合作用时,边坡易发生浅层滑动,滑动面较平坦,易高估堤坝的抗震稳定性;考虑该耦合作用时,滑面位置明显深入,易发生深层滑动。孔压的累积效应可能是两相介质边坡动力失稳的关键因素。因此,地震作用下孔隙水压力对边坡动力稳定性分析具有至关重要的作用。     

某堤防工程渗透分析及防渗措施研究

由于前期施工条件等因素的影响，许多堤防存在渗流安全隐患。对某实际堤防工程进行了渗流计算，评价了堤防的渗透稳定性，并为该堤防选取了适合的防渗措施。数值分析结果表明，无防渗措施时，堤防工程坡面土体在渗透压力作用下是不稳定的，必须采取防渗措施。堤防工程已经完建多年，从便于施工的角度考虑，防渗措施采用防渗墙，其位置靠近上游边坡。防渗墙长度对堤防渗流场影响明显，应尽可能穿过不透水层，以发挥较好的防渗效果，有利于堤防的稳定；同时，不宜过长，太长会造成材料的浪费，也不会对防渗有明显的增益，经计算最佳长度为16.5 m。     

黏土心墙坝应力场与渗流场耦合分析研究

土石坝是当今水利工程中应用最广泛的坝型之一,防渗体系的构建在设计阶段作用突出,国内外多起溃坝事故起因多是坝体渗漏变形导致。在这些诱因中,库水位的升降引发的非稳定渗流问题最为突出,这决定了在实际工程中进行非稳定渗流场分析研究的必要性。文章结合工程实例,对黏土心墙坝进行渗流场与应力场耦合分析,通过与非耦合情况的计算结果对比,表明进行渗流场与应力场的耦合分析是符合工程实际的。     

考虑流固耦合的降雨入渗过程对非饱和土边坡的影响研究

流固耦合是指固体在渗流场作用下的变形行为以及固体变形对渗流场影响这二者相互作用的 理论,在探讨了渗流场与应力场相互作用机理后,提出了考虑渗流与应力直接耦合作用的非饱和土质边 坡雨水入渗过程影响的有限元计算模型分析方法。基于ＡＢＡＱＵＳ分析软件,考虑了流固耦合和土水特 征曲线,结合一典型非饱和土质边坡算例,对土坡受降雨入渗的影响进行了有限元数值模拟研究,得出 了非饱和土质边坡基质吸力、饱和度、变形和稳定性受降雨影响的变化特征规律,指出了在工程设计中 考虑耦合作用和雨水入渗影响的合理性和必要性,为进一步研究和相关工程设计防护提供参考。     

基于渗流的改进双强度折减法边坡稳定性分析

渗流是影响边坡稳定性的一个重要因素,为了更准确地判断渗流对边坡的影响情况。以湖北兴山蒋家趟边坡工程为例,介绍了岩土体中渗流和应力场耦合的机理,在自然工况、暴雨工况下采用改进的双强度折减法对边坡进行了对比分析。结果表明,自然工况下改进双强度折减法计算出的安全系数为1.328,而暴雨工况下安全系数为0.97,可知渗流对边坡的稳定性有显著影响,渗流应力耦合情况下安全系数降低了27%,因此在考虑渗流情况下采用改进双强度折减法可以使计算结果更符合实际,为工程实践提供参考。     

考虑降雨入渗的某矿区滑坡数值模拟分析

矿区坡体土质粘粒较少,在二次翻采、随意堆弃工况下,极易造成滑坡区土质疏松、加大土体的孔隙率。根据矿区滑坡坡体的工程地质及工况特点,考虑土体内应力场与渗流场之间的流—固耦合作用,采用有限元法,对比分析了某矿区滑坡体的边坡在降雨前、后的边坡安全系数.数值分析表明,考虑降雨入渗的情况下边坡安全系数明显下降.     

围垸堤防防渗措施对垸内渗流状况的影响分析

堤防加固以后,在堤防内布置了混凝土防渗墙。为了研究混凝土防渗墙的施工是否会导致垸内地下水状况的变化以及影响垸内生产、生活,需要对堤防加固后垸内渗流场进行计算分析。利用三维渗流有限元方法,计算分析了堤防内设置防渗体对于垸内区域渗流场的影响。首先在分析区域地层、水文及水文地质基础上,建立了有限元计算模型,确定了计算方案。然后,针对洪水期、常态期及枯水期,分别计算了无防渗设施、有防渗设施情况下的区域渗流场;在此基础上,对比分析了渗流场的差异、渗流量的变化情况等。最后得出结论:除了堤防局部位置外,防渗设施对于垸内地下水分布范围基本没有影响;在洪水期,防渗体具有明显抗灾作用;而在常态期外湖水位下降,垸内需水时,防渗体对于垸内渗流量影响相应下降,且在下降到一定水位后,几乎没有影响;在枯水期,防渗体则具有抑制垸内水流外渗的益处。更多还原     

大沂河水利枢纽工程边坡稳定性的数值模拟研究

大沂河水利枢纽工程边坡的稳定性受降雨的影响较大,降雨引起坡体内部的渗流作用,进而影响坡体内部的应力分布,造成边坡失稳等地质灾害.对大沂河水利枢纽工程湖埠西水电站边坡工程建立数值分析模型,分析边坡岩体内部的渗流、应力场、位移等边坡特征,主要得到以下结论:岩质边坡渗流作用受降雨的影响较大,渗流和边坡坡体压力水头值主要与降雨...     

考虑渗流—应力耦合的黏土心墙坝边坡稳定分析

黏土心墙坝是当今水利工程中应用最广泛的坝型之一,其渗流场与应力场往往是相互影响、相互作用的。然而,目前考虑渗流—应力耦合的黏土心墙坝边坡稳定的研究则相对较少,而且考虑渗流—应力耦合时,基于邓肯—张模型的边坡稳定有限元强度折减法的研究也不多见。为此,该文利用ANSYS软件的APDL命令流语言并结合Fortran语言,编制了模块化的渗流—应力耦合计算程序。以某黏土心墙坝为例,基于邓肯—张模型有限元强度折减法,对其进行了考虑双场耦合的边坡稳定计算分析。研究结果表明,应力场能明显影响坝体材料的渗透系数,而渗流场则会造成坝体应力场的重分布,而且渗流场对心墙坝的边坡稳定会造成不利影响,在对心墙坝进行边坡稳定计算时,应尽可能考虑两场的耦合作用。     

冻融-渗流耦合作用下土质边坡稳定研究进展

寒区土质渠道边坡春融期降雨及融雪形成的渗流严重影响渠道安全,近年来国内外学者对冻融循环后土体物理力学特性以及饱和-非饱和渗流的研究越来越多。为了更好地对冻融-渗流耦合作用下土质边坡稳定性进行研究,在前人研究的基础上,对目前冻融-渗流耦合作用下土质边坡稳定研究进展进行了全面总结,文章主要分析介绍了冻融循环对土体渗透系数的影响,并论述了饱和-非饱和渗流理论、降雨及融雪入渗理论的研究进展。最后,通过国内外对冻融-渗流耦合作用下土质边坡稳定研究现状,对寒区土质渠道边坡春融期边坡稳定性研究进行总结和展望。     

淤地坝防渗改造渗流及坝坡稳定分析

为提高小流域地表水的利用率,解决山区灌溉用水问题,结合山西省偏关县咀儿上淤地坝开展淤地坝防渗改造的技术研究。针对该淤地坝上游坝坡,提出原土培厚、黏土斜墙、复合土工膜共3种改造措施5种改造方案,并考虑渗流场和应力场的耦合影响,对原坝体和各种改造方案的渗流和坝坡稳定性进行数值模拟计算。结果表明：原坝体受渗透水的影响较大,无法安全蓄水;仅对上游坝坡进行原土培厚并不能使坝体满足防渗要求;在上游坝坡铺设黏土斜墙或土工膜可有效降低浸润线、减少渗流量、提高下游坝坡的稳定性;土工膜方案相对于其他方案具有更好的安全性和可行性,可以在条件允许的前提下优先考虑。研究结果对类似淤地坝防渗改造工程具有一定的指导意义。     

浅析防渗排水复合体在泰州引江河二期工程砂性土段排泥场中的应用

泰州引江河二期工程存在多处河坡和围堰坡脚渗流不稳定,本文分步骤详述了将防渗排水复合体应用于泰州引江河二期工程砂性土段排泥场的实施过程,分析监测效果,说明边坡防渗排水复合体在保证围堰渗流稳定性方面的重要作用。     

基于Abaqus的某堤防工程防渗加固结构水-力耦合场分析研究

针对某堤防工程防渗加固结构,引入水-力耦合分析理论,基于Abaqus建立堤防工程防渗加固结构模型,分析渗流场与应力场特征。通过分析,获得了覆盖层渗透系数参数受蓄水位与堤防堆筑影响特征,堆筑填土埋深最浅,蓄水导致降低0. 02。灌浆与防渗墙整体可强化堤防防渗,降低渗漏量、总水头、浸润面分别为3. 18×10~(-4)m~3/s,33 cm,2. 2 cm。施工期防渗墙压应力区集中在墙体高程35 m处,蓄水期拉压应力增大。防渗墙沉降随墙高度增加而增大,未灌浆满蓄期沉降最大,达2. 49 mm;施工期最大水平位移出现在墙中部,顶底部位移值仅为零,蓄水期灌浆与未灌浆位移曲线一致性,最大水平位移达6. 8 mm,高出施工期最大值7. 8倍。以期为研究多场耦合下防渗结构渗流场与应力场特征提供参考。     

某深厚覆盖层上引水式电站防渗系统优化研究

针对某深厚覆盖层上引水式电站首部枢纽工程坝基覆盖层深厚以及设计防渗方案经济成本过高的问题,根据该工程坝址区的地质结构、地形地貌以及防渗系统设计情况,建立了三维渗流分析有限元模型。首先分析了设计防渗方案下的库区渗流场分布特性以及各建筑物的渗漏量和关键部位的渗透稳定性,结果表明设计防渗方案满足工程要求,其次在设计防渗方案的基础上计算分析了改变防渗帷幕深度及左、右岸帷幕灌浆洞长度变化对渗漏量的影响,并根据分析结果对设计防渗方案进行了优化。优化研究结果表明：库区防渗帷幕深度可以缩短至微透水带与弱透水带中线;左、右岸帷幕灌浆洞长度均可缩短10 m左右。优化方案可在库区总渗漏量得到有效控制的基础上适当降低防渗经济成本。