基于雷诺数的砂砾石管涌过程判别

管涌破坏是发生堤坝险情乃至溃决的主要原因。传统渗流力学涉及管涌机理、发展过程及控制措施,对管涌过程定量判别及非线性特征研究尚显不足。开展不同级配砂砾石管涌试验,指出细颗粒含量及均匀程度是影响砂砾石管涌破坏的主要因素;分析管涌破坏过程中水流状态变化规律,提出了基于雷诺数Re的管涌过程判别方法。试验结果表明:砂砾石管涌过程可定量分为孕育阶段（Re<0.85）、形成阶段（0.85≤Re≤5.00）、发展阶段（5.0050.00）。孕育和形成阶段,可动细颗粒启动并缓慢调整,水力坡降与渗流速度呈线性关系,黏阻力占主控作用,渗流运动符合达西定律;发展和破坏阶段,渗流通道形成并逐步扩展,可动细颗粒快速流失,渗流速度变化较大,惯性力占主控作用,水力坡降与渗流速度呈远离平衡态的非线性关系,层流逐渐向紊流过渡,可用二次方程描述。研究结果可为管涌险情预报和应急处置提供决策依据。     

考虑应力状态的接触流土试验研究

接触流土作为渗透变形的一种型式,通常由接触面两侧粗细颗粒的粒径比来判别。结合试验研究了应力状态对接触流土临界坡降的影响,结果发现在粗细颗粒的接触带,在同样的水力梯度下,即将流入粗颗粒孔隙之中的细颗粒内部的压应力越大,接触流土破坏越难发生,且发现接触流土临界坡降随着压应力的增大而增大。由此得出:在控制反滤料颗粒级配的基础上,采取结构措施增大细颗粒内部的压应力,可以使反滤层的运行更加稳定。     

不同轴压下悬挂式防渗墙堤基渗透坡降试验

为了研究含悬挂式防渗墙的强透水堤坝坝基在不同轴压状态下的渗透特性,分别开展了3种不同高度防渗墙在不同轴向应力状态下的渗流-应力耦合管涌试验。结果表明:防渗墙端部位置渗透流速较大,更易发生渗透破坏;坝基平均渗透坡降随防渗墙高度增加而减小,防渗墙渗流轮廓线上,防渗墙端部的渗流梯度最大,应力状态对悬挂式防渗墙-砂砾石地基渗透坡降影响显著,管涌临界渗透坡降与轴压呈抛物线关系,防渗墙端部的渗透破坏坡降随轴压增大而线性增大。在此基础上,建立了用轴压表示的防渗墙端部渗透破坏坡降线性经验公式。     

土石结合部接触冲刷渗透破坏特性试验研究

为研究穿堤建筑物与堤防土石结合部接触冲刷渗透破坏情况,利用自行设计的接触冲刷试验装置,实现了土石结合部接触冲刷渗透破坏的室内模拟。通过对接触面存在裂隙的土样开展相关试验,揭示了接触冲刷渗透破坏的发生、发展变化过程,分析了土体性质、裂隙宽度及水力比降等因素对接触冲刷破坏时间及冲刷量的影响。试验结果表明:黏粒含量较大的土体抗冲刷能力较强;土体性质的影响随着裂隙宽度的增加及水力比降的增大而逐渐减弱;冲刷量随裂隙宽度的增加而减小,但当裂隙宽度大于2.7 mm时,各黏粒含量土体试样的冲刷破坏时间及冲刷量较为接近,开度不再具有明显作用。     

接触冲刷研究进展

基于国内外接触冲刷的研究成果,分析了渗流接触冲刷的发生机理,比较了在无黏性土层、砂砾石层与黏土层接触面上发生接触冲刷的不同机理,总结了不同土层间接触冲刷的研究进展,并提出这一领域待研究的关键问题。     

土的渗透变形形式与渗流控制措施

前言通常把流土、管涌、接触冲刷与接触流土、土发生渗透破坏的现象,总称为土的渗透变形。关于土的渗透变形形式的分析与临界水力坡降的计算问题,国内外已作了一些研究,取得了一些成果。本文将通过几个工程中曾经发生过的渗透变形形式及采取的渗流控制措施的情况,     

无黏性土层之间渗流接触冲刷机理试验研究

判别无黏性成层土产生接触冲刷的准则及确定产生接触冲刷的水力比降是研究渗流控制措施的必备要素,为工程界所关注。根据对试验资料的整理与分析,阐明了无黏性成层土产生接触冲刷的几何条件和水力条件,同时建立了产生接触冲刷的临界水力比降与两土层特征粒径的函数关系,可以用来判别无黏性双层土之间是否会产生接触冲刷。如果判明会产生接触冲刷,可进一步计算出产生接触冲刷的水力比降,这对土工建筑物的渗流控制具有指导意义。     

水位下降作用下堤防稳定性数值模拟研究

本文以长期浸泡作用下砂性土-黏性土二元混合堤防为研究对象,利用有限元法对高水位不同降速条件下堤防渗流和抗滑稳定性进行数值模拟研究。研究表明水位下降速度对堤防边坡渗流稳定性和抗滑稳定性影响较大;同时水位骤降过程中,堤防迎水侧砂性土和黏性土接触面可能会发生流砂和接触冲刷破坏。本文研究这种二元结构混合堤防在水位下降过程中可能发生的工程渗透破坏问题,为今后的水利工程建设提供一定的参考。     

肖克尔水库大坝渗流安全评价

根据肖克尔水库的实际情况,通过渗流有限元计算分析,全面评价了水库大坝的渗流状况。结果表明:大坝坝基由低液限粉土、粉土质砂组成,坝基渗透较严重;坝基清除不彻底,坝体与坝基间接触渗漏;在水库正常蓄水位时,0+100坝段、0+600坝段下游坝坡出逸段及下游坝基水力坡降大于允许坡降,坝体坝基有发生渗透破坏的可能。大坝渗流安全评价为C级,建议采取相应加固处理措施,并完善渗流监测设施。     

散粒土渗透破坏判别方法试验研究

渗透破坏是诱发土石坝、堤防、基坑开挖等岩土工程失稳破坏的重要原因之一,目前对于土体渗透破坏判别方法的研究已经取得了比较多的成果,但是对于不同判别方法的适用性和使用范围没有明确的划分。利用自主研发的渗透破坏实验装置,开展了一系列散粒土渗透破坏特性试验,研究了细颗粒含量、细颗粒组成以及干密度等对散粒土渗透破坏特性的影响,得到了试样渗透破坏过程中渗流流速、临界水力梯度、渗透系数等的变化规律。同时,将试验结果与已有的判别方法和计算方法的结果进行了对比分析,得出了各种方法的适用范围和优缺点。     

基于X射线断层扫描术的黏性土－混凝土接触面剪切－渗流机理研究

高心墙堆石坝心墙和岸坡混凝土垫层接触部位错切变形大,常通过设置接触黏土来增强这一位置的变形协调性和抗渗透破坏能力。已有试验研究表明,黏性土和混凝土接触面一般在大剪切变形下的抗渗透破坏能力增强,但其机理尚不明确。本文对这一机理展开研究。对黏性土-混凝土接触面进行了一组剪切-渗流试验,并对其中一个试样在不同阶段于接触面附近取样,利用X射线断层扫描术(即XCT扫描)试验对其进行微观结构扫描。通过图像处理软件对试样进行三维结构重建,并提取了在试验过程中不同相对位移下接触面附近土样的表观孔隙率分布。通过对表观孔隙率的分布及XCT扫描的典型截面图像分析,研究了黏性土-混凝土接触面在一定固结压力下发生大剪切变形后抗渗能力增强的机理。     

堤防工程渗流稳定性数值分析

渗流稳定是堤防工程安全的关键问题之一.介绍了渗流稳定分析的数值分析方法,并结合工程实例对堤防工程稳定流进行渗透稳定性数值分析,重点比较与评价桩基施工前后的渗流性状.计算结果表明,桩基础建设后土层最大渗透坡降均较建设前稍有所增大,但均未超过上层覆土层粉质黏土的临界渗透坡降(0.4～0.5),不会造成堤防渗透破坏.     

粉砂土地基水闸悬挂式防渗墙渗流分析

在粉砂土地基上兴建挡水闸,通常采用铺盖和垂直防渗体相结合防渗布置形式,垂直防渗体的深度确定尤为重要。结合某水闸渗流破坏,采用有限元法进行渗流分析,发现悬挂式防渗墙下部粉砂土层厚度较小,粉砂土与下卧土层间水力坡降较大,易产生接触渗流破坏。设计中要相应调整防渗墙布置,避免渗流破坏发生。     

土的渗透变形特性和控制

一、概述土的渗透变形是水工建筑物运用期遭受破坏的主要原因之一,破坏过程多表现为集中渗流的冲刷,形如管中涌水,故称管涌。这是一种宏观的认识。土质不同,形成集中渗流管道的机理是不同的,有的是局部土体被渗流顶穿后的继续发展,有的则是土孔隙中细颗粒不断被渗流带走的结果。在成层结构的土层中,破坏又多从层面开始。机理不同,土体能够承受的渗透     

堤防中交叉建筑物的渗透稳定及防渗设计

穿堤建筑物产生渗透破坏主要形式为接触冲刷,渗流沿土与混凝土接触面渗流产生破坏,从而引发堤防溃决,能否建成使人在汛期放心的穿堤建筑物,做好防渗设计是其中的一个关键环节。     

帷幕灌浆及充填灌浆对水库除险加固的影响研究

土石坝渗漏破坏是病险水库中最常见的病种之一,设计及施工中应严格控制大坝渗流量及渗透坡降。针对烟庄水库渗漏问题,坝体采用粉质黏土充填灌浆、坝基采用帷幕灌浆技术进行防渗加固处理。采用两种有限元分析软件对土石坝进行数值模拟计算,对比分析两种软件计算的大坝渗流量、防渗墙底部坡降、出逸坡降,分析灌浆加固后土石坝的渗流及稳定特性。研究结果表明,粉质黏土充填灌浆、帷幕灌浆技术结合使用能有效降低大坝渗流量、抑制防渗墙底部渗透坡降、出逸坡降;加固后的土石坝渗流特性、坝体上下游边坡稳定性在各种工况下皆符合渗透稳定要求。其研究结果可为类似土石坝除险加固工程提供理论依据及技术参考,具有一定的实际应用价值。     

深厚覆盖层地基渗透破坏试验研究

为了进一步揭示深厚覆盖层地基渗透破坏过程以及整个过程中渗透特性的变化规律,利用大土柱地基渗透破坏试验装置,用管涌型地基土模拟深厚覆盖层地基,开展不同上覆压力(0.0、0.3、0.5、0.7 MPa)作用下土样的渗透破坏机理试验研究,讨论试验过程中渗流场、渗透坡降、土体渗透特性的变化规律。结果表明,渗透破坏过程一般分三个阶段:渗透破坏前的稳定渗流阶段、渗透破坏发生阶段、渗透破坏后阶段。破坏过程伴随着颗粒的"运移—堵塞—带走"反复、循环的过程,且各阶段对应的临界坡降和破坏坡降随着上覆压力的增大呈增大的趋势,渗透系数呈现出减小的趋势,当同一上覆压力作用时,渗透系数随着渗透破坏前、渗透破坏发生、渗透破坏后过程呈现增大的趋势。     

土石坝渗流警兆指标体系及拟定方法研究

对影响土石坝渗流安全的因素进行了分析，建立了土石坝渗流警兆指标体系，直观地反映了土石坝渗流破坏模式。针对渗流稳定计算中自由面难以确定的问题，采用截止负压法进行渗流计算。提出采用子结构分析方法模拟可能发生接触渗透破坏的区域，可以直接求解渗流场，简化了渗流计算过程，节省了预处理时间。基于截止负压法拟定了土石坝渗透坡降的警兆指标，并将该警兆指标应用于实际工程的安全评价中，取得了较好的效果。     

七家营水库黏土心墙砂砾石坝渗流及坝坡稳定分析评价

土石坝因具有就地取材、地质条件适应性强、工作可靠等优点而被广泛采用,其失事以渗流引起的渗透破坏、滑坡尤为严重。故合理、正确地进行大坝渗流分析与坝坡稳定分析是保证土石坝安全运行的关键。对七家营水库黏土心墙砂砾石坝渗漏量、浸润线、渗透坡降及坝坡抗滑稳定安全系数进行了复核计算,对大坝渗流及坝坡稳定进行了分析评价。     

基于Visual Modflow的关门山沟堰塞坝渗流稳定模拟研究

为了研究堰塞湖渗流稳定性，通过钻孔资料及试验获取关门山沟堰塞坝地层结构及物理参数，采用Visual Modflow建立堰塞坝三维渗流模型，研究堰塞坝在1 705,1 710,1 715 m和1 720 m四种水位条件下的渗透特性及稳定性。根据渗流模拟成果，得出了4种水位条件下出水口平均渗透坡降和最大渗透坡降，并与堰塞坝允许坡降进行比对。结果表明：渗透坡降与水位呈正相关性，最大渗透坡降出现在下游出水口附近。当堰塞湖水位达到1 715 m时，堰塞坝部分细颗粒将被带走；当水位达到1 720 m时，坝脚处将出现较大范围的渗透破坏。根据渗透坡降变化趋势，拟定1 719 m为堰塞坝渗透破坏临界水位。