上覆压力对深厚覆盖层地基渗透及渗透稳定性的影响

为了研究不同上覆压力对深厚覆盖层中管涌型土层的渗透及渗透稳定性影响,利用土体渗流—应力耦合装置,在施加不同上覆压力(0、0.3、0.5、0.7 MPa)的条件下,对缺级配砂砾石进行渗透破坏试验。结果表明,随着上覆压力的增大,土体在渗透破坏过程中,局部的渗透特性变化和渗流场分布均存在差异性,反映了细土颗粒被运移和填充孔隙的情况不同,从而影响了水力坡降在局部的分配情况;上覆压力的增大使得土体稳定渗流阶段和渗透破坏阶段的渗透性出现不同程度的减小,临界坡降和破坏坡降的变化与上覆压力之间存在相同形式的非均匀变化关系。     

基于分形理论的泥岩填料渗透特性研究

泥岩作为一种水敏性较强的填料,其渗透特性变化严重制约着工程结构的安全。采用对照试验方式,设计5个级配梯度,通过自主设计渗透试验仪对泥岩填料进行渗透变形破坏试验,对比泥岩填料击实破碎分形变化特征,分析填料渗透性与级配结构的相关性。结果表明,击实前后填料级配由不良变为良好,分形维数由2.23～2.51增至2.44～2.57,分形曲线分布特征与粒径累计曲线变化特征一致,分形维数可作为评价级配特征的量化指标;不同试样的渗透系数具有相同数量级(10^-6cm/s),仅数值有所差异,部分试样发生渗流破坏;分形维数与渗透系数具有二次项函数关系,渗透系数峰值点及其相近邻域对应维数(维度2.525)的试样易发生渗流破坏。     

箱形渗透试验仪中宽级配砂砾石渗流变形试验

为了解管涌现象形成和发展过程中土颗粒的移动规律,采用箱型渗透变形试验仪对不同级配的砂砾石进行了试验研究,并描述了渗透破坏过程。考虑固体介质的性质及特点,使用先进压力传感器记录试验中管涌过程,研究了宽级配砂砾石在渗流过程中的性质和特点。该试验为砂砾石的管涌破坏类型分类(发展型和非发展型)提供了合理的理论支持。     

堤基渗透破坏的研究现状及其破坏过程的数值试验

针对堤基渗透破坏早期研究中未完全重视介质的各向异性和非稳定性对渗透破坏过程的影响问题,在借鉴早期研究经验的基础上,考虑堤基各向异性对渗透破坏过程的影响,并进行了一系列堤基渗透破坏的数值试验.结果表明,各向异性的提高虽增加了堤基发生渗透破坏的风险,但可遏制渗透破坏的发展;同时,各向异性的提高亦使砂层内部垂向坡降相对集中和渗漏量增加.     

生成任意相对密实度的内部不稳定土体颗粒堆积体的数值方法

缺乏中间级配土体和宽级配土体是典型的内部不稳定土体,渗流作用下,其内部细颗粒可在粗颗粒的孔隙中运移流失,从而可能诱发土体渗透破坏,生成两种级配的任意相对密实度的颗粒堆积体是开展细颗粒运移机制等相关细观研究的重要基础。采用离散元颗粒流软件PFC3D,探讨了生成缺乏中间级配土体和宽级配土体的颗粒堆积体时颗粒间摩擦系数与堆积体孔隙率的关系。结果表明,对于缺乏中间级配和宽级配土体的颗粒堆积体,压实稳定后的孔隙率与压实过程中颗粒间的摩擦系数均呈负指数关系。由此提出了一种生成任意相对密实度的缺乏中间级配和宽级配土体的颗粒堆积体的新方法。     

某反调节水库防渗墙渗透稳定性评价

为评价某反调节水库防渗墙渗透稳定性,结合监测资料、有限元方法及颗粒级配分析方法分析了防渗墙性能。分析防渗墙上下游侧监测资料,发现D1+693.80断面处防渗墙后水位值异常,初步判断该处异常与防渗墙无关;再根据防渗墙底部渗压监测资料、数值模拟方法,结合砂岩层颗粒级配分析,进一步判定该异常与防渗墙无关;最终综合评定该防渗墙防渗性能较好,不会发生渗透破坏。     

堤基管涌侵蚀破坏过程的无单元法模拟

针对堤基管涌侵蚀破坏过程的复杂渗流场模拟问题,采用无单元Galerkin法数值模拟研究管涌动态发展过程及机理,介绍了管涌区域破坏的判别方法、管涌尖端附近节点加密方法等,并结合砂槽模型试验和有限元模拟结果对无单元法的计算结果进行了验证与分析。结果表明,采用无单元法计算得到的管涌渗流场和有限元计算结果基本吻合,且管涌发展过程和模型试验结论较为一致;获得了管涌侵蚀破坏过程中管涌通道尖端水平渗透比降的变化规律,弥补了砂槽模型试验的不足。     

长江武惠堤堤防渗透破坏风险计算模型及应用

针对渗透水压力引起堤防渗透破坏问题,以堤防渗透破坏风险为目标,考虑堤防计算水位条件和土层渗透系数的不确定性,建立了堤防渗透破坏风险计算模型。以长江武惠堤17+750断面为例,对汉口水文站水位监测资料进行分析并拟合水位概率密度函数,对该断面渗流规律进行有限元分析,从而拟合渗透破坏概率密度函数,以此建立该断面堤防渗透破坏风险定量表达式。研究结果表明,武惠堤17+750断面堤防在警戒水位与防洪设计水位下,渗透破坏概率分别为0.442 9、0.764 0,渗透破坏风险分别为0.001 421、0.002 52;堤防渗透破坏风险随着堤外水位的升高而增加,但在防洪设计水位内运行时,堤防渗透破坏风险低,堤防渗流安全可得到有效控制。     

海马箐水库粘土心墙堆石坝渗流稳定有限元分析

为同时考虑粘土心墙堆石坝渗流场和应力场耦合作用,以海马箐水库工程粘土心墙堆石坝为例,采用有限单元法计算了正常蓄水位时坝体位移、应力特性及渗流时坝体边坡稳定性。结果表明,大坝在正常蓄水位下不会出现渗透破坏,心墙坝的应力〖CD1〗应变符合一般规律,坝体的应力和变形性态基本良好;在稳定渗流作用下,上、下游坝坡稳定,抗滑稳定安全系数均满足规范要求。     

防渗墙裂缝对沥青心墙坝坝基渗流的影响

针对防渗墙在施工和运行过程中可能出现裂缝,高压渗水对坝基渗透稳定性造成影响的问题,以新疆大河沿水库工程为例,应用渗流有限元法,建立坝址区三维有限元模型,研究了防渗墙裂缝型式和裂缝宽度对坝基渗流场的影响,并分析了裂缝出现后土体渗透破坏的范围。计算结果表明,防渗墙完好情况下,坝基渗透稳定满足要求;防渗墙出现裂缝时,坝基土体可能会发生渗透破坏,并且上部横向裂缝比竖向裂缝对坝基渗流场影响更大,同时裂缝宽度也会对坝基渗透破坏范围产生较大影响。     

多孔介质中高温气体非稳态渗流传热数值计算

针对水平导管中填充颗粒物料层内的高温气体参流传热现象，考虑渗流与传热的相互作用并采用局部非平衡假设建立多孔介质中的瞬态渗流传热物理数学模型。研究不同情况下填充物料中的渗流速度和气固温度分布。计算结果表明，高温热气体对水平导管中移动颗粒料层的热渗透主要发生在渗流入口端区域，随着渗流时间延长，热渗透深度沿导管推进。增大入口渗流速度以及减小出料速度，将导致物料温度沿导管慢速下降，热渗透深度扩大，热渗透作用区域内的物料温度水平提高。在热渗透作用区域，孔隙率对流场和温度场有很大的影响。研究对于高温反应器的颗粒输运和给料器的设计与运行有一定的参考作用。     

堤基管涌破坏过程中的声发射信号特性研究

通过自行设计砂槽模型,开展了堤基管涌连续破坏的室内试验,研究了堤基管涌连续破坏过程中的声发射信号特性。通过对比分析管涌连续破坏过程中测压管水头的变化与声发射特性参数,发现管涌连续破坏过程中有明显的破坏阶段性,可分为未发生管涌、管涌发生初期、管涌发生后期3个阶段。通过分析管涌连续破坏各个阶段声发射信号的波形,发现堤基管涌连续破坏过程的声发射信号多为突发型信号。利用二进离散小波包对声发射信号进行频谱分析,发现管涌连续破坏各个阶段的声发射信号主频主要集中在[0 62.5]kHz频带,管涌发生初期和管涌发生后期的声发射信号主频范围为20~30kHz,未发生管涌阶段则主频偏小为2~7kHz。     

新疆下坂地水库上游围堰设计及软基处理

新疆下坂地水库大坝上游围堰基础下伏地层中存在饱和软土层,孔隙比高,含水量大,强度低,压缩性高,灵敏度高。在围堰的设计过程中对于软基的处理存在一定的难度。本文通过对下坂地水利枢纽工程上游围堰基础淤泥质粘土层加固处理、软粘土层处理、土工织物及土工格栅的应用设计等方面阐述了围堰的设计特点,并通过渗流计算、稳定计算进行了验证。理论计算和工程实践表明效果良好。     

格子Boltzmann方法模拟土体渗流场研究

格子Boltzmann方法模拟土体渗流场,较传统的数值计算方法具有并行计算能力好、能得到流场细节信息、擅长处理复杂边界的独特优势。通过构建入口边界为非平衡外推格式、出口边界为充分发展格式、左右边界为反弹格式的基于通用渗流模型的LBM模型,编程实现格子Boltzmann方法模拟水在同一级配三种颗粒随机分布的土壤中的渗流情况。通过经典算例验证了所编程序的正确性和有效性,并由得到的渗流场图分析发现,土体颗粒的均匀性和通透性较好时渗流场流线的形状和畅通性也较好。     

环渤海平原区咸水源热泵系统对含水层孔隙结构变化的影响

针对环渤海平原区地下咸水层孔隙结构与矿物构成的特殊性,通过物理模拟试验,结合胶体稳定性理论,揭示咸水源热泵系统运行过程中引起咸水介质堵塞的诱导机制,探索咸水层孔隙结构的变化规律。研究结果表明:在含水介质的机械组成与孔隙结构相近的条件下,将咸水层原砂渗流砂柱与人造含水介质渗流砂柱进行比较,咸水层原砂渗流砂柱中各渗流单元相对渗透系数K/K0的变化时间相对滞后,试验结束时,两类渗流砂柱的K/K0分别为82.6%,109%,累计释放颗粒的质量分别为121,169 mg;利用CT扫描技术发现,在渗流试验过程中,咸水层孔隙结构呈现出非均质性的变化规律;由于含水层中的微小颗粒具有显著的胶体性状,因此含水层中颗粒间的静电作用力会使这些颗粒的稳定性得以增强;颗粒矿物构成与形貌特征是造成咸水介质孔隙结构变化的主要影响因素。     

高混凝土面板堆石坝竖缝止水失效时坝前粘土铺盖防渗作用分析

为探讨某高混凝土面板堆石坝在强震等作用下竖缝止水失效时坝前粘土铺盖的防渗作用问题,采用饱和—非饱和渗流有限元法构建三维有限元模型,分析了不同竖缝失效后竖缝处渗透流量明显增大,粘土铺盖坡降增大,但均在允许范围之内,粘土铺盖在止水失效时起到了一定的防渗作用;随着粘土铺盖渗透系数的增大,粘土铺盖阻渗能力减弱,坝体浸润线逐渐升高至失效竖缝的顶端,浸润线抬升速度逐渐变缓,粘土铺盖渗透系数对整个坝体的防渗体系起到重要作用;在坝高100 m对应高程以下竖缝全长全失效情况下,若坝体浸润线高程渗透流量满足渗透稳定要求,就不必做防渗修补工作,面板坝仍能正常运行。     

细砂管涌破坏试验及渗透变形分析

建立颗粒孔隙通道物理模型对渗流场中的颗粒进行力和力矩的平衡分析,以判断颗粒的运动状态;通过室内方形玻璃槽渗透破坏试验,从细观角度观察颗粒的起动和移动轨迹,通过各级水头下流量的变化、渗漏通道发展过程中涌砂量的变化、流速随水力梯度的变化及孔隙水应力的变化对颗粒迁移、渗漏通道发展过程的影响进行了分析,并将临界水力梯度的理论值与试验值进行比较,两者吻合度较高。     

移动床中热气体渗流传热对煤粒热解反应过程的影响

针对移动床内热气体对煤颗粒预热处理工艺,分析了颗粒料层中热气体渗流传热对煤热解反应过程的影响,建立了多孔介质渗流传热与煤热解反应相互作用的物理数学模型。研究了不同情况下移动床内气固温度和压力分布以及煤热解反应规律,计算结果表明,高温热气对移动床煤颗粒料层的热量渗透主要发生在渗透入口端区域,热解反应发生在热渗流作用区域,煤的热解反应对应酬内温度场分布有较大的影响,改变运行参数可以调整热渗透作用区域推移速度和物料温度水平,从而控制煤热解反应过程,在热解反应区域,孔隙率对流场,压损和煤热解过程有很大的影响。图9参11     

土体渗透变形及渗透破坏过程中分形特征初探

根据天然土体及室内配制土样颗粒分析、干密度、渗透、渗透变形试验结果,基于土体分形理论计算了土体质量分维数,土体孔隙度、不均匀系数、中值粒径、干密度、渗透系数与分维数关系密切。当分维数较大时,表示小于某粒径颗粒累积含量较少,颗分曲线越平缓,土体有粗化现象,不均匀系数及中值粒径都在增大,孔隙度减小,干密度增大。利用土体分维数可判断出土体渗透破坏形式（如管涌、流土）,土体发生渗透破坏后分维数减小,渗透破坏过程中分维数逐渐减小,并随流失颗粒粒径的增大而加速减小。     

土壤固化剂在陕北淤地坝渗透破坏治理中的应用

砂土区淤地坝破坏的主要形式是渗流,在淤地坝的反滤体中运用土壤固化剂能够防止渗透破坏的发生。为探寻一种最优配比的无机固化剂,以陕西省榆林市靖边县沙旋沟淤地坝筑坝土料为例,通过原土料和添加不同配比固化剂土料的渗透破坏试验,对比分析不同配比固化剂的完全破坏临界水力坡降来寻找最优配比的固化剂,并将选出的最优固化剂应用于模型坝的试验中来检验固化剂的实际效果。结果表明,所有土料渗流流速在渗透破坏前均随水力坡降的增大而增大;添加固化剂降低了土样的渗流流速,增加了土样的抗渗能力和稳定性,其中添加5%的无机复合固化剂土样的效果最好;在模型试验中,添加无机复合固化剂的土料对于"坝后流泥"现象具有一定的修复效果。