黏土结合水起始剪切力对非达西渗流的影响

黏土结合水对黏土的流变、膨胀以及渗透等有显著影响,了解黏土结合水性质变化对黏土研究具有重要意义。基于黏土双电层理论,由黏土微电场推导黏土结合水抗剪强度与结合水到黏土颗粒距离的函数关系,并以此解释黏土非达西渗流的机理。结果表明:黏土结合水具有类似非牛顿液体性质,双电层中每一处结合水存在"起始剪切力",当水压力超过结合水的"起始剪切力"时,结合水将发生移动;黏土非达西渗流存在起始水力梯度,且起始水力梯度与结合水的"起始剪切力"呈线性关系;当黏土开始发生渗流时,结合水在孔隙中流速呈曲线分布,流量与水力梯度呈非线性关系,黏土渗流特征曲线出现下凹型非线性曲线。     

非饱和低渗透黏土非线性渗流定律与固结

该文分析了渗流实验结果,得出:非饱和低渗透黏土渗流遵循具起始水力梯度的非线性渗流定律.考虑到在非饱和黏土中气相在含水饱和度大于90%时不能独立运动,基于该非线性渗流定律,分别建立了非饱和黏土定流量单向非线性渗流、定压单向非线性渗流、定流量径向非线性渗流固结数学模型.以黏性边界层思想,构造出了上述数学模型解的结构,以积分方程法,导出了非饱和低渗透黏土非线性渗流平均质量守恒方程、活动边界运动方程、压力分布与平均固结度计算公式.进行了实例计算分析,结果表明:与线性渗流相比,非线性渗流使黏土层同一位置处的无量纲超孔隙水压力增大,使非饱和低渗透黏土固结活动边界运动速度减小、使定流量单向渗流平均固结度增大.该文结果可用于非饱和低渗透黏土地质工程与岩土工程等领域.达西渗流固结计算是具有起始水力梯度的非线性渗流固结计算的特例.     

压力-溶解耦合作用下岩盐渗透特性演化试验

为分析老挝东泰钾盐矿区开发过程中遇到的地下水渗漏问题,采用岩土渗流-侵蚀-应力耦合试验装置,对采自矿区的岩盐原样进行压力-溶解耦合作用下的渗透特性演变规律试验。试验结果表明:岩盐试样的平均渗流速度随着水力梯度的增大先减小后增大;岩盐试样的渗透系数随着水力梯度的增大先快速减小,然后缓慢增大,最后逐渐趋于稳定的趋势;岩盐渗透特性的演化规律受到溶解作用和围压作用的共同影响,溶解作用促进渗流通道的形成,增强岩盐试样的渗透性,而围压作用则使渗流通道趋于闭合,降低岩盐试样的渗透性,这是一个相互促进、相互抑制的过程;溶解作用会促使岩盐试样内部进一步向不均匀的集中渗流通道发展,深刻影响岩盐的渗透特性的演变规律。     

一维低渗透介质非达西渗流实验

该文选取黏质粉土、粉质重亚黏土、粉质重黏土1和粉质重黏土2四种细粒土样作为实验介质,开展一维土柱渗流实验,研究了低渗透介质中的渗流规律,并通过调节进出水端的水头差,同时观测出水流量,分析水力梯度和渗透流速之间的关系.实验结果表明:土样粒径的分布对渗流规律起决定性作用,即随着土样介质中黏粒含量的增大,渗流由达西流变为非达西流,且黏粒含量越高,非达西现象越明显,当渗透系数低于10-5 cm/s数量级时,该非达西流中水力梯度和渗透流速满足二次方程关系.此外,对比粉质重亚黏土和粉质重黏土,可以明显发现渗流存在着启动水力梯度,且启动水力梯度会随着黏粒含量的增大而增大.     

页岩改良黏土衬垫防渗性的试验研究

COD(化学需氧量)是垃圾渗沥液中一个重要的污染物指标。页岩是一种黏土矿物,比表面积大,具备吸附渗沥液中污染物的潜力。通过吸附试验比较研究不同粒径粉碎页岩、黏土、粉煤灰和膨润土的吸附性能,结果显示0.075~2 mm粒径范围内的粉碎页岩对COD的吸附率明显高于黏土等其它材料;渗透试验显示粉碎页岩添加量不超过10%时粉碎页岩-黏土混合料的渗透系数低于1×10-7cm·s-1,满足衬垫使用要求。     

存在高渗透区的黏土心墙土石坝渗流稳定性分析

黏土心墙土石坝是重要的挡水建筑物,心墙的低渗透性可以大幅降低坝体水力梯度,减少坝体发生渗透破坏的风险。然而心墙的质量问题(如局部高渗透区)会影响坝体的渗透稳定性,甚至酿成管涌溃坝等严重后果。以瀑布沟心墙土石坝为原型开展坝体渗流大型水槽模型试验,并结合有限元数值模拟方法研究高渗透区对坝体内部渗流场和渗流稳定性的影响。试验表明高渗透区域将改变心墙的渗流场,成为优势渗流通道,导致高渗透区域附近孔压值大幅上升,同时高渗透区域的存在将显著提升坝体渗漏速率。试验与模拟结果一致表明,随着高渗透区域逐步上移,高渗透区所在位置处的孔隙水压力增大,坝体渗漏量减小。高渗透区和心墙的渗透系数增加都会使心墙孔压值和渗漏量增加;随着高渗透区的渗透系数的增大,心墙坝渗流稳定性系数降低,导致坝体稳定性下降;随着心墙渗透系数的增大,高渗透区水力梯度略微减小,但心墙整体临界水力梯度下降,坝体稳定性降低。所得结论可为基于监测数据反演分析心墙的质量问题和评估坝体的安全性能提供依据。     

围压和渗透压作用下塔木素深部黏土岩渗透及强度特性试验研究

深部岩体多处于复杂应力场和渗流场中,研究围压和渗透压作用下黏土岩特性对高放射性废物深地质处置库的设计开挖具有重要的意义.通过塔木素黏土岩围压加卸载渗透率演化试验及不同围压和渗透压下全应力-应变渗透率试验,分析了其渗透和强度特性.综合考虑围压和渗透压对黏土岩强度的影响,引入围压强化系数和渗透压弱化系数,并结合不同强度准则...     

考虑固结、扩散和降解耦合作用下污染物在黏土中的运移解析模型

为了研究在固结、扩散和降解耦合作用下污染物通过黏土衬垫的运移规律,建立了有机物在其中的运移模型,并获得了零通量和零浓度下边界条件的解析解。本文模型计算结果与数值分析程序Comsol获得的结果较为一致。结果表明有机污染物的降解作用能有效地减少其在黏土衬垫中的浓度和底部通量。针对2 m黏土衬垫,半衰期为10年工况的底部通量仅为半衰期100年的24%;半衰期为10年的工况底部浓度分别是无降解和半衰期为100年的11.78%和15.8%。本文解析模型相对简单,可用于验证复杂数值模型,以及评价扩散、固结和降解耦合作用对污染物运移的影响等。     

含不同倾角裂隙砂岩渗透性能试验研究

针对西南山区水电边坡破碎岩体的渗透特性问题,以锦屏左岸边坡砂岩为例,对岩石试样预制不同倾角的人工裂隙,使用岩石高压渗透仪对其在不同围压和不同渗透压条件下的渗透特性进行试验研究,并对试验取得的渗透系数进行统计分析。试验结果表明,随着渗透压从0. 1 MPa增加至0. 5 MPa,裂隙砂岩亲水矿物受到溶解和冲刷作用逐渐增强从而产生新的渗流通道导致渗透系数增加。围压从2 MPa增加至4 MPa,使得岩石内部的裂隙与孔隙受到压缩闭合,导致渗透系数减小。0°、30°和45°裂隙砂岩的整体渗透系数依次减小,裂隙倾角的增加改变了裂隙渗流通道与初始渗流方向以及围压之间的夹角,还减弱了渗透系数对于围压以及渗透压的响应。     

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。     

高砾石含量心墙土的水力破坏试验研究

心墙水力破坏是高心墙堆石坝主要安全问题之一,采用中型应力路径三轴仪开展高砾石含量心墙土的水力破坏试验,研究了围压、砾石含量和注水速率等因素对其特性的影响,提出了砾石土内部组成的抽象模型和高砾石含量下水力击穿破坏的发生机理,并探讨了水力击穿演进过程及其与水力劈裂的联系。结果表明:试样在偏应力作用下固结后,通过试样中心预置的水流通道不断提高试样内部水压力,当内部水压力升至略高于围压时,试样出现水力破坏;以注入试样中的水量大幅度增加,但注水压力不增加时对应的内部水压力作为水力破坏压力,其与围压的比值随砾石含量的增大而减小,并随围压和注水速率的增大而增大;试验在高砾石含量范围内(砾石含量35%~50%),试样破坏时外表面有分散出水点,破坏路径在试样内部呈不规则线,水力破坏模式为水力击穿。     

低渗透介质中3种井的非线性渗流流量

给出考虑起始水力梯度的低渗透介质中分别存在垂直井、垂直裂缝井及分支水平井时的非线性渗流量公式,讨论了非线性渗流参数(起始水力梯度)、供给边界、垂直裂缝井的裂缝半长、分支水平井井筒数等因素对流量的影响。结果表明:在其他条件相同时,非线性渗流使得垂直井、垂直裂缝井及分支水平井流量降低;供给边界距离越大,垂直井、垂直裂缝井及分支水平井流量越小;垂直裂缝井的裂缝越长,流量越大;井筒数越多,分支水平井流量越大。     

颗粒级配影响滤层系统细颗粒迁移试验研究

滤层是渗透破坏防治工程中的重要措施之一。利用自行研制的大型渗透仪,对不同滤层系统颗粒组成条件下的流失细颗粒的迁移规律进行了研究,并分析了层间系数D_(15)/d_(85)、不均匀系数C_u、控制粒径等对滤层有效性的影响。试验结果表明:当水力梯度在10以下时,层间系数在13以下滤层即可达到滤土作用,说明太沙基准则偏于安全。基料颗粒愈粗,临界及破坏水力梯度随层间系数的变化愈显著;基料颗粒愈细,流失细颗粒的运移规律对于层间系数的变化愈敏感,颗粒从起动到运移过程愈短,渗透破坏愈突然,愈不易防范。此外,基料颗粒C_u1.86时,C_u越小,基料颗粒越不易起动;C_u1.86时,起动临界水力梯度基本保持不变。当基料级配不变时,临界水力梯度与滤层颗粒粒径呈线性相关。     

大西沟水库大坝施工期及蓄水初期监测资料分析

坝体沉降监测及渗流监测是黏土心墙坝安全监测的重要项目。通过对大西沟水库大坝坝体0+093、0+160、0+220桩号施工期沉降及渗流监测成果进行分析,得到心墙填筑初期碾压层厚度较厚是心墙内渗透水位上升和沉降量明显偏大的主要原因,蓄水初期库水位的变化对黏土心墙沉降影响不大。     

考虑组分活度的多组分污染物扩散模型

在处置固体废弃物时多采用具有隔离和屏障作用的压实黏土衬垫体系,其渗透性极低,渗滤液溶质在其中的主要运移方式为扩散。针对各类堆场渗滤液中多组分污染物并存的实际工程现象,研究了多组分污染物在防渗黏土垫层中的扩散规律。基于混合物组分线性动量平衡,引入可考虑组分有效浓度的活度系数,建立了多组分污染物在黏土垫层中的一维扩散模型。使用有限元软件COMSOL Multiphysics对所建扩散模型进行求解,揭示了多组分污染物在黏土垫层中的扩散规律。结果表明:与单组分污染物扩散相比,多组分污染物共存时组分活度的引入对独立组分的扩散起到了阻滞作用。研究结果能够为各类堆场设计合理经济的防渗隔污屏障提供理论依据。     

不良级配粗粒土渗透变形的数值试验

针对单一粒径粗粒组和细粒组混合而成的不良级配粗粒土,采用计算流体力学与离散元耦合方法,考虑孔隙水与固体颗粒的相互作用,模拟了一定水力比降作用下的渗透变形过程,研究了细粒的运动规律,对比分析了初始细粒含量对渗透变形过程的影响。在水力比降作用下,土样中细颗粒运移会经历两个阶段,初期渗透压密,运动速度较低,之后随着渗透变形发展,渗流通道和运移通道逐步开敞,细颗粒运移速度加快。渗透变形发展过程中,土样出水口和入水口位置细粒含量降低、局部水力比降减小,而中部细粒含量增大、局部水力比降缓慢增加。当土样中初始细粒含量达到40%时,土样中部细粒含量会提高,并逐渐出现明显淤积层。土体渗透变形取决于整个渗径上的渗透稳定性,土料自身颗粒粒径几何关系确定的内部稳定性不能完全表征土体的渗透稳定性。     

水力梯度对土-无纺织物系统反滤性的影响

为研究土工织物的反滤性能,针对其淤堵问题,选取5种土工织物与宁夏引黄灌区土质组成反滤系统,对水力梯度从4逐渐升至7再逐渐升至11和直接升高至11两种方式进行了梯度比试验,测量了土与织物系统的渗透系数、梯度比、织物单位体积含土量、渗土量等。结果表明:(1)黑色丙纶试样(2#)在水力梯度逐渐升高时比直接升高时渗透系数大,白色人革基布(1#)、长丝(聚酯3#)、绿色丙纶试样(5#)系统渗透系数随着水力梯度的升高而减小;(2)当水力梯度逐渐升高时,白色丙纶试样(4#)和黑色丙纶试样发生淤堵,当水力梯度直接升高到11时黑色丙纶试样发生淤堵;(3)水力梯度直接升高至11时,黑色丙纶和白色丙纶织物单位体积含土量减少。     

高水头条件下氯离子击穿高岭土衬垫的离心模型试验研究

利用400 g-t土工离心机模拟了高水头条件下氯离子在高岭土衬垫中的一维运移及击穿过程。在1g条件下采用高含水率的高岭土泥浆加压固结制备形成衬垫模型,离心模型试验离心加速度50g,历时3 h 52 min,成功模拟了高水头条件下氯离子击穿黏土衬垫的过程。试验结果表明：离心状态下模型在高渗透压力作用发生再固结,在约30 min固结过程中模型发生了非稳定渗流,对早期污染物运移过程具有一定的影响,导致该运移过程与Ogata(1961)提出的污染物一维对流-扩散解析解的求解条件有所差异。采用等效时间的方法对试验结果进行拟合,根据拟合的参数预测原型的击穿时间,发现渗透系数为3.2×10^-9m/s的2 m厚黏土衬垫在上覆10 m水头作用下的击穿时间仅为1.97 a,稳定渗漏率为0.604 m/a。     

水泥土-土复合试样的动力特性

通过动三轴试验研究了水泥土复合试样的动模量和阻尼比的变化规律，着重研究了置换率和围压的影响，提出了一种简单实用的计算复合试样动模量和阻尼比的方法，并给出了由试验确定的归一化公式。通过本文的研究可以得到下列结论：复合试样的动弹模量E、阻尼比D和应变水平ε的相关曲线与纯黏土的有关曲线形状基本一致，只是在相同应变时数值大小不同；经过置换后，复合试样的最大动模量比纯黏土的最大动模量提高，而阻尼比减小；在相同的应变水平下，随着围压的增大，动弹模量增加而阻尼比减小；围压较小时，置换率对最大动模量的影响更加显著，当置换率较小时，围压对最大动模量的影响更加显著。研究结果对水泥搅拌桩复合地基动力特性参数的选取提供了有用的参考。     

心墙高塑性黏土与垫层裂缝渗透实验研究

为了从实际工程的角度更深一步地对黏土心墙混凝土垫层裂缝接触冲刷和填充保护进行研究,通过不同的仪器方案的对比以及实验仪器和试验方法的改进,建立了针对黏土心墙混凝土垫层裂缝接触渗流的实验方法。通过不同条件下的渗流特性试验,探讨了混凝土垫层裂缝对坝体抗渗性的影响因素。对试验数据进行分析后,得出以下结论:缝宽的影响,工程中反滤层下的垫层及廊道混凝土裂缝应小于1.0 mm,超过1.0 mm的裂缝应当做适当处理;压应力的影响,当应力达到0.5 MPa及以上时,在反滤层保护下,围压的作用可以延迟接触冲刷破坏的发生;反滤措施的作用和影响,渗透水中进入裂缝的黏土颗粒由于下游反滤层的保护作用逐渐停滞下来并对裂缝进行了填充。