潘口水电站面板堆石坝施工度汛断面坝坡稳定性分析

在对潘口水电站面板堆石坝施工期洪水作用下坝体与坝基渗流场进行有限元模拟的基础上,采用线性和非线性强度参数分析了施工度汛断面坝坡稳定性。结果表明,潘口面板堆石坝临时度汛断面在施工度汛期内渗流稳定性及上下游坝坡稳定性均满足现行规范要求,汛期安全性有保障;度汛期内临时断面采用挤压边墙和垫层料联合防渗的方案是可行的;与线性强度参数相比,非线性强度参数更符合堆石料的抗剪强度特性,其稳定性计算结果更合理,从而为潘口水电站面板堆石坝施工度汛断面的设计方案提供了技术支持,也为混凝土面板堆石坝施工期临时度汛坝体的坝坡稳定安全问题提供了一种有效的分析方法。     

黄河下游冰凌特征变化及影响因素分析

针对黄河下游封冻河段不稳定、凌情复杂的问题,依据1950～2017年黄河下游历史冰情资料,运用线性倾向估计法统计分析了该河段冰凌特征变化,并分析了影响冰情的主要因素。结果表明,黄河下游冰凌特征变化为单个凌汛期内封、开河频次不稳定;封河长度、封河天数、最大冰量均有显著下降;封河流量、开河流量明显减小;封河气温明显上升。受多种因素共同影响,1999年小浪底水库运用后下游冰情发生了明显变化,主要表现为流凌日期推迟6d,首封日期提前1d,开河日期提前8d,封河天数减少7d,封河长度缩短140km,封冻冰量减少约77%,不封河年频率由14.3%增加到31.6%等。研究结果为黄河下游河道未来防洪最不利标准的设定提供凌汛条件。     

库水位变动及降雨共同作用下心墙坝坝坡稳定性研究

为研究库水位变动和降雨共同作用对心墙坝上下游坝坡稳定性的影响,考虑渗流场和应力场的耦合作用,基于非饱和渗流原理,考虑不同降雨强度、不同降雨类型（4种）及不同库水位升降速率,对心墙坝遭遇库水位变动和降雨时的渗流和坝坡稳定性情况进行有限元模拟。结果表明,水位变动速率主要影响上下游坝坡安全系数趋于稳定的时间;降雨类型和降雨强度是影响心墙坝下游坝坡安全系数的主要因素,但对上游坝坡的安全系数变化影响较小;在下游坝坡安全系数〖JP2〗趋于稳定时,各降雨类型的安全系数大小为前锋型≥中锋型＞〖JP〗平均型＞后锋型;无论是水位上升阶段还是水位下降阶段,降雨都会降低下游坝坡的安全系数。该研究结果为心墙坝遭遇极端工况条件时进行风险分析和应急管理提供了参考依据。     

溪古水电站消力池边坡降雨条件下渗流场三维有限元分析

针对因公路改线在坝顶高程附近开挖溪古水电站消力池高边坡时雨季曾出现局部塌滑破坏、边坡顶部变形较大并出现明显的坡面拉裂缝等问题,基于饱和—非饱和渗流理论,建立了该边坡渗流分析三维有限元模型,模拟了坡面张拉裂缝等入渗通道和内部主要结构面,根据坝址气象资料拟定了典型降雨过程线,研究了该边坡在降雨条件下的渗流场及其变化规律,并计算分析了工程治理措施对边坡渗流场的影响。结果表明,同时封闭后缘透水带和坡面张拉裂缝等入渗通道可显著减小坡体暂态饱和区,且暂态饱和区向坡内延伸的垂直深度最大可减小约15 m,有利于提高边坡稳定性。     

降雨入渗对土石坝渗流场及坝坡稳定性的影响

基于多孔介质饱和-非饱和非稳定渗流理论,以那板心墙土石坝为例,采用有限元法模拟正常蓄水位时不同降雨强度、降雨历时条件下的土石坝暂态渗流场,然后将暂态渗流场与极限平衡法相结合计算坝坡的稳定性,为了考虑基质吸力对坝体材料抗剪强度的影响,计算中采用修正的摩尔-库伦（Mohr Coulomb）破坏准则。结果表明,降雨强度和降雨历时对土石坝暂态渗流场及坝坡稳定性有明显的影响。     

某堤防工程排水管幕方案比选

为解决某堤防工程排水管幕工程渗流问题,提出9种排水管幕布置方案,并采用改进子结构法模拟该工程排水管幕,首先建立岸坡结构三维有限元模型;其次分析岸坡浸润面形态及排水效果;最后综合考虑经济及排水效果等因素提出相应的满足不同侧重面的排水管幕布置方案。研究结果表明,若侧重于排水效果,选择方案7;若兼顾排水效果及经济,选择方案8;若侧重经济且兼顾排水效果,选择方案1;本工程排水管幕布置选择方案7,该方案已运用于除险加固工程中,取得良好的效果。研究结果为解决相关工程的渗流问题提供技术支持。     

三峡水库蓄水运用后进出库水沙变化分析

为了研究三峡水库运用对进出库水沙条件的影响程度,利用水沙指标变化幅度公式,定量分析了三峡水库运用后2003~2009年进出库水沙指标的变幅。结果表明,三峡水库运用后,在均值上,4、5、6月的月均流量变幅最大,6、10、11月的月均含沙量和月均输沙率变幅最大,5、6、11月的月均来沙系数变幅最大;在极值上,非汛期最大流量、汛期最小含沙量、最小来沙系数和最小输沙率变幅最大;在极值之比上,汛期流量、含沙量、来沙系数和输沙率的最大/最小的变幅最大;在极值与年值之比上,汛期流量的最小/年均及非汛期含沙量、汛期来沙系数、年输沙率的最大/年均的变幅最大;在年内分布上,4、5、10月的月均流量/年均流量、5、6、8月的月均含沙量/年均含沙量和月均输沙率/年均输沙率、5、8、9月的月均来沙系数/年均来沙系数、汛期输沙率/非汛期输沙率、汛期含沙量/非汛期含沙量的变幅最大。     

植被根系对黄土边坡稳定性及固土效果的影响

为了研究植被根系对黄土边坡稳定性及固土效果的影响,通过室内直剪试验、模型试验及数值模拟方法,研究了植被根系对黄土强度、边坡抗冲刷能力、边坡渗流场的影响。结果表明,植被根系可明显提高黄土抗剪强度,且随着植被根系数量的增多,黄土的最大抗剪强度和残余抗剪强度均有明显增大;坡表种植植被后,黄土边坡表面的抗冲刷能力增强,在相同的水流冲刷条件下,原状黄土的冲刷深度为20cm,种植植被后冲刷深度仅为1.5cm,可见植被根系对黄土具有较好的保持作用,渗流数值模拟发现坡面种植植被后,防渗效果明显提高。     

库水位降落作用下均质土石坝渗流场及坝坡稳定性分析

为研究某水库均质土石坝库水位降落作用下均质土石坝瞬态流场特性及其对坝坡稳定性的影响,基于饱和-非饱和非稳定渗流理论及极限平衡法,应用GeoStudio有限元分析软件中的SEEP/W及SLOPE/W模块进行库水位降落作用下的瞬态渗流场及稳定性数值模拟分析,探讨了不同速率库水位降落作用下的坝体内部渗流场及坝坡稳定性变化规律。结果表明,考虑非饱和渗流时,在库水位降落作用下,坝体浸润线变化滞后于库水位降落,且库水位降落速率越大,滞后现象越严重,上游坝坡内部形成倒流现象,产生指向坝坡外部的渗透压力;库水位降落作用下,坝坡稳定性呈现"降低—回升—平缓"的变化趋势,库水位降落速率越大,坝坡稳定性系数最小值越低,对坝坡稳定性越不利。研究结果可为土石坝边坡稳定性评价提供参考。     

Forchheimer型非达西渗流参数特征分析

针对目前Forchheimer方程中研究渗流参数较少的问题,运用数值模拟对比分析了Forchheimer型非达西渗流和达西渗流,验证了高渗流速度下Forchheimer型非达西渗流的正确性,进而通过非达西效应分析了Forchheimer型非达西渗流参数特征。结果表明,非达西流影响系数与渗流速度为反比关系;发生非达西渗流时,渗透系数会降低;非达西效应越明显,渗透系数越低。     

岩溶裂隙对坡面饱和水流汇集的影响研究

针对传统基于松散介质特性建立的分布式水文模型难以模拟喀斯特流域的水文过程,在分布式水文-土壤-植被模型(DHSVM)基础上引入裂隙渗流立方定律,考虑裂隙导水介质各向异性对坡面饱和水流汇集的影响,实现了对DHSVM的改进,以适用于喀斯特流域的水文过程模拟.结果表明,喀斯特裂隙对坡面饱和水流路径及汇集产生影响,对水流汇集的影响由流域上游至下游逐渐减弱,为进一步研究喀斯特流域的水文过程提供了科学依据和理论基础.     

基于数值流形法的堤防垂直防渗铺膜防渗效果研究

为研究防渗膜损伤和不利工作条件对堤防渗透稳定性的影响,提出了能有效进行连续-非连续渗流模拟的数值流形方法,通过引入Hermite插值进行改进,通过添加计算自由度来提高偏导数计算精度。以分淮入沂整治工程为例,对不同影响因素下堤防垂直铺膜的防渗效果进行模拟分析。结果表明,改进的数值流形方法在含防渗膜的工程模拟计算中具有很大优势,建模相对简单且对于不连续边界的计算结果更为精确。同时,垂直铺膜具有很好的防渗效果,当地下存在粘土层时,防渗膜插入粘土层中时防渗效果将显著提升;当膜发生破损时,破损处水力梯度会大幅升高,但影响范围较小,堤防仍处于渗透稳定状态。研究成果可为工程实践提供指导。     

非稳定渗流条件下含类泥质互层面板堆石坝稳定性分析

国外某水电站混凝土面板堆石坝施工期间,坝体分层碾压时层面形成类泥状物质,因无法彻底清除,从而导致堆石区80cm/10cm的互层。为分析类泥质互层对面板堆石坝坝坡稳定性影响,建立了含类泥质互层三维坝体渗流及二维坝坡稳定性分析模型,分析了非稳定渗流条件下坝体渗流场,研究了渗流作用下坝坡的稳定性。结果表明,蓄水及泄放洪期,类泥质互层对坝坡稳定性影响较大;滑弧底部基本是沿着类泥质夹层层面滑出;泄放洪期,水位骤降引起内水外渗,易导致坝坡失稳,因此提出控制水位下降速率以保证坝坡稳定性。     

考虑降雨重现期的尾矿坝渗流稳定性分析

降雨为影响尾矿坝渗流的一个重要因素,根据多年降雨资料,利用P-Ⅲ型分布描述降雨重现期,模拟得到坝坡的浸润线分布,结合改进Green-Ampt入渗模型得到坝坡湿润锋的发展过程,并以集安某尾矿坝为例,探讨了降雨重现期对尾矿坝坡顶、坡脚处孔压分布、浸润线变化及坝体稳定性的影响。结果表明,坝体孔压变幅与降雨重现期呈正相关;在堆积坝顶部浸润线先上升后下降,而在坡脚处浸润线不断上升;降雨重现期越长,坝体安全系数越小,降雨结束后安全系数的回升速率远小于暴雨期间的下降速率;坝体可靠度指标随降雨不断减小,停雨后有明显的回升,与安全系数的变化规律不一致。     

切向位移作用下粗糙单裂隙高速非达西渗流特性研究

目前的粗糙单裂隙非达西渗流特性研究主要集中于隙宽、粗糙度等因素的影响,而对切向位移作用下粗糙单裂隙非达西渗流特性研究较少。对此,基于Forchheimer方程,采用Fluent数值模拟软件,模拟研究了不同切向位移及不同粗糙度对粗糙单裂隙Forchheimer特征参数的影响,进而探讨了切向位移作用下粗糙单裂隙的非达西渗流特性。结果表明,渗透率k随粗糙度、切向位移的增大而减小;非达西影响系数β随粗糙度、切向位移的增大而增大,并获得定量的关系;临界雷诺数Rec可通过β、粗糙度、切向位移间定量关系由等效水力隙宽换算求得,且随粗糙度、切向位移的增大而增大。     

分层碾压的填方渠坡稳定渗流分析

鉴于南水北调中线工程总干渠为特大型供水渠道,填方渠段水深、量大,对输水可靠性要求较高,沿线渠坡防渗尤为重要,基于分层碾压填方渠坡的渗流场表现出的各向异性,结合碾压土层各向异性程度及渗透系数转化关系对分层碾压的填方渠坡渗流建立数学模型和有限元模型,并应用ANSYS热分析模块进行稳定渗流分析。结果表明,在模拟分层碾压的填方渠坡渗流时均质各向异性渗流场比均质各向同性渗流场中的渗流强烈,且分层碾压的填方渠坡各向异性程度越大渗流越强烈,因此对这类层状渠坡渗流分析和渗流控制的关键为选取合理的渗流场及准确掌握土层各向异性程度。     

基于FAHP-Fisher的最优分割法在汛期分期中的应用

针对传统汛期分期方法主观性较强的问题,提出以基于FAHP-Fisher的最优分割法进行汛期分期。并以张家庄水库流域为例,利用各月降雨径流的相关系数进行Fisher分割,定量确定汛期和非汛期;然后选取能够反映汛期水库流域洪水特征的旬降雨量、旬最大1日雨量、旬最大3日雨量及暴雨天数4项指标,采用FAHP法确定其权重系数;再利用Fisher对汛期进行详细划分。将分期结果与水库现行的分期方案进行对比并对该区域的气候成因进行分析,结果表明基于FAHP-Fisher的最优分割法应用结果可信,且适用性较强。     

调节水位对橡胶坝坝基渗流影响的分析

针对调节水位对橡胶坝坝基渗流的影响,以滹沱河橡胶坝为例,采用有限元法对坝基渗流进行了三维模拟研究,利用等参六面体单元精确模拟了坝区各地层和水平铺盖的空间分布及不同工况下坝基的渗流场分布规律,并分析计算了调节上游水位和降低下游水位的水头分布、单宽渗漏量及渗透坡降对坝基渗流场的影响。结果表明,该坝基满足调节上游水位时的防渗要求。     

考虑非饱和区的复合土工膜防渗坝渗流分析

针对传统的渗流分析主要考虑饱和区的渗流而不考虑非饱和区的渗流存在一定的安全隐患问题,基于饱和—非饱和渗流理论,结合复合土工膜防渗坝设计了四种不同的水位组合,分别计算了饱和渗流量及饱和—非饱和渗流量,并分析了正常蓄水位下考虑与不考虑非饱和区的渗流速度场等变化规律。结果表明,考虑非饱和区后单宽渗流量有了明显下降,出溢点的渗流溢出坡降变小,且渗流路径变的较为陡直,靠近上游部分区域的渗透坡降相对较大,水压力在土工膜中的降低相对减小。     

胶南市风河浅层地下水源地非汛期预警及预警管理

针对目前地下水实际预警管理中存在预警期较短的问题,以胶南市风河浅层地下水源地为例,选择非汛期为预警期,在多元回归方法分析的基础上,对非汛期预警进行研究。提出了非汛期不同降水频率下红、橙、黄、蓝四条地下水位警戒线和相应预警区的确定方法,并对非汛期无降水、降水频率分别为95%、50%和5%四种条件下的非汛期初始地下水位进行了预警。结果表明,不同预警级别的初始地下水位警戒线和预警区的合理划定应综合考虑非汛期开采量和降水量;对非汛期初始地下水位进行预警时,预警程度随降水量的增加而降低。