含浅层强透水层堤基的上覆砂层管涌破坏试验研究

堤基中往往存在局部浅层强透水层并形成渗流优先通道,该通道不能大幅度削减流体的水头势能,易引起堤基管涌破坏,此类堤基管涌破坏机理的研究尚不明朗,仍需进一步研究。采用砂槽试验模拟堤基渗流,试验中通过抬升水箱水位,观察砂土中细颗粒流失现象,并分析渗流量、渗透坡降、测压管水头、砂土颗粒级配、锥头阻力、沉降量等关键参数。试验结果表明,水箱水位增大至48 cm,浅层强透水层上覆砂层被“击穿”发生管涌破坏,管涌破坏分为稳定渗流阶段、细颗粒流失阶段（0.05 < d ≤ 0.075粒级砂土流失）、较细颗粒流失阶段（0.075 < d ≤ 0.1粒级砂土流失）、管涌破坏扩大阶段（0.1 < d ≤ 0.25粒级砂土流失）。管涌破坏过程中,细颗粒砂土流失,锥头阻力降低,砂土层发生沉降,且较细颗粒流失阶段的沉降较为突出。细颗粒砂土流失导致砂土层孔隙率和渗透系数上升,渗流量和渗透坡降随之增大。     

砂砾石坝料渗透特性试验研究

结合乌鲁瓦提工程,针对乌鲁瓦提砾石料的级配特性,通过试验研究,结果表明处于骨架颗粒孔隙中的细颗粒在水流的作用下极易产生移位和流失,而使砾石料的整体渗透特性发生变化;细颗粒的移位及流失不会使骨架颗粒产生有影响的变位     

堤基侵蚀型管涌的砂槽试验研究

堤基侵蚀型管涌是汛期堤防工程中常见的一种渗透变形现象,其发生完全位于堤基或坝体内部,通常不易被发现,难以及时采取相应措施予以控制。同时,随着侵蚀型管涌的发展,堤基进一步会产生不均匀沉降,最终威胁大坝的安全,因而其发展机理和破坏特性的研究一直是国内外研究的热点和难点。为探究堤基侵蚀型管涌的发生发展过程及破坏规律,通过引入多色填充砂示踪方法实现了对土样中填充细料颗粒运移的顺序和方向进行判别,从而更直观地揭示管涌发展过程。根据不同管涌土判别方法选取了三种间断级配的土样进行侵蚀型管涌双层堤基砂槽模型试验,并对现有管涌土判别方法的有效性进行了比较。同时考虑变水头条件和土料级配两种因素对管涌侵蚀结果的影响,分析“扰动”作用与管涌发展的关系。通过研究表明：侵蚀型管涌破坏始于管涌口周围的细料流失,随着渗透侵蚀的发展,细料起动和流失位置均逐渐向上游发展;侵蚀过程中细料的流失具有明显的渐进性,而细料起动可以发生在侵蚀范围之外;外部因素或渗流稳定因素造成的“扰动”作用对侵蚀型管涌过程具有促进作用。     

基于离散元法的橡胶颗粒沥青混合料细观结构分析

为分析橡胶颗粒沥青混合料的破坏机理及宏观力学性能差异的内在本质,建立离散元模型,首先系统研究间断级配橡胶颗粒沥青混合料、连续级配橡胶颗粒沥青混合料和普通沥青混合料的接触力矢量图、力链网络图及接触力局部放大图,分别得到其内部的强力链、弱力链和变形特点,提出了其承载能力排序和变形能力排序;然后深入研究橡胶颗粒沥青混合料的位移矢量图和黏结接触破坏位置局部放大图,得到橡胶颗粒沥青混合料的破坏机理．结果表明,承载能力由大到小依次为:普通沥青混合料、间断级配橡胶颗粒沥青混合料、连续级配橡胶颗粒沥青混合料;变形能力由小到大依次为:普通沥青混合料、间断级配橡胶颗粒沥青混合料、连续级配橡胶颗粒沥青混合料．     

砂砾石坝料渗透特性试验研究

结合乌鲁瓦提工程,针对乌鲁瓦提砾威严产的级配特性,通过试验研究,结果表明处于骨架髁粒孔隙中的细粒颗在水流的作有征极易产生移位和流失,而使砾石料的整体渗透性委生变化;细颗粒的移位及流失不会使骨架颗粒产生有影响的变位。     

渗流作用下粉土质砂潜蚀演化特征与预测模型

长期渗流作用下,土体发生内部潜蚀常会诱发结构变形甚至破坏。利用自主研发的渗流装置开展砂土潜蚀试验,研究渗流作用下不同初始孔隙比粉土质砂的颗粒流失过程及潜蚀演变特征,并阐明各影响因素的作用机制,建立颗粒流失量随水力梯度和时间增长的预测模型,继而基于颗粒级配试验和三相关系推演,揭示粒度分布与孔隙比的变化规律。结果表明：渗流作用易导致砂土内部细颗粒和砂粒流失并逐渐形成优势渗流通道,诱发砂土局部坍塌并在持续潜蚀后呈整体不均匀沉降变形,直至水压主要沿优势通道消散时,达到潜蚀稳定;初始孔隙比或密实度是影响土体潜蚀程度的主要内部因素,直接改变了颗粒移动的起动水力梯度、流失速率、累积总质量及土样沉降变形量,水力梯度增大会加快颗粒流失、通道形成和潜蚀稳定;建立的预测模型拟合度高,能较好地反映上述演化特征以及初始孔隙比和水力梯度对颗粒流失发展规律及稳定时间的影响;潜蚀对粉土质砂物理状态的影响主要表现在孔隙比总体增大而颗粒粒径的不均匀性降低。     

管涌的砂槽试验研究及颗粒流模拟

为了揭示管涌发展的细观机理,分析了土体内部细颗粒运移引起管涌破坏的动态过程,进行了管涌砂槽模型试验和颗粒流数值模拟,根据数值模拟结果,分析了管涌发展过程中试样细观变化规律及流体的变化规律,并与砂槽模型试验结果进行了比较.结果表明在不同的颗粒组成、孔隙率大小和渗径长度下数值模拟获得的临界水力梯度与室内试验结果均比较接近,从而证明了采用颗粒流程序研究管涌问题是合理的,为从细观尺度上解释和分析管涌现象提供了一条新的途径.     

基于离散元筛分模拟的道砟级配修正的研究

选取8种常见不同形状的道砟颗粒模型进行振动筛分模拟,探讨了颗粒形状对模拟中预设级配与过筛后真实级配之间误差的影响,并对级配曲线进行修正。结果表明：球形颗粒的预设级配曲线与筛分后真实级配曲线相一致,但不规则形状颗粒的筛后真实级配曲线会相应产生偏大或偏小型误差,偏差幅度与道砟形状相关;粘聚体颗粒存在的内部孔隙,其最小投影面相较同体积的球形颗粒更大,每层筛板的真实过筛率最低。通过对比过筛前后级配曲线和统计各粒组的界限粒径平均偏差值,然后对初始生成级配的界限粒径进行修正,从而使筛后的真实级配更加接近预设级配。通过筛分模拟标定真实级配方法可适用于不同颗粒形状及级配的离散元试样。     

前坪水库坝壳砂砾料工程特性试验研究

以前坪水库西沟—鸭兰沟砂砾石料场为例,在试验代表性级配和控制干密度的条件下,通过大型压缩试验、三轴压缩试验、渗透试验分析了坝壳砂砾石料的变形、强度、渗透特性。试验结果表明:砂砾石料具有低压缩性,饱和固结排水剪与非饱和不固结不排水剪的应力-应变关系均呈应变硬化型,曲线形状比较接近双曲线,无明显剪胀现象;三轴压缩试验过程中的颗粒破碎较为明显,颗粒级配越粗,颗粒破碎率越大,颗粒破碎越明显;坝壳砂砾料的级配宽度不大,各级配砂砾料渗透破坏形式为管涌破坏,渗透系数差异不大,均表现出强透水特性。依托试验研究成果提出了适用于大坝应力-应变分析计算的邓肯-张模型参数和物理力学指标,为坝体设计和稳定性分析提供重要的参考依据,为火成岩地区地质环境条件类似的工程提供借鉴。     

级配对粗颗粒土休止角影响试验研究

为探究级配对粗颗粒土休止角的影响,人工设计了不同级配土料,计算出级配参数最大粒径dmax、不均匀系数cu和曲率系数cc,并由试验测定各个级配土料对应的休止角,研究了级配参数对休止角的影响。结果表明:随着最大粒径dmax、不均匀系数cu、曲率系数cc的增大,休止角整体有增大的趋势,其中最大粒径dmax对休止角的影响更为显著。在此基础上,提出了一种将休止角与级配之间归一化的方法,拟合了休止角与级配参数dmax、cu和cc之间的关系公式,并通过室内试验验证了公式的合理性。     

基坑管涌诱发原因及渗流控制

基坑渗流诱发坑后土体管涌破坏是引起基坑工程事故的一个重要因素。针对基坑工程渗流问题的特殊性，探讨了基坑管涌的诱发原因。结合基坑工程典型工况，采用有限元方法分析了管涌发生和发展所引起渗流场显著变化及其对稳定和变形可能产生的危害性。阐述了进行渗流控制研究的重要意义，讨论了渗流控制的关键问题，指出改善渗流场形态是进行渗流控制的重要方面。     

电渗作用下软土细观孔隙结构

软土细观孔隙结构变化是其宏观变形的根本原因。为了探索电渗中软土细观孔隙结构变化以及与宏观变形之间的关联机制,采用杭州软土开展电渗试验,监测了电渗中土体孔隙结构分布特征和含水量,从定性和定量两个方面对试验结果进行分析。研究发现,电渗过程中,粘土颗粒重新排列形成面面接触的片堆结构,土体孔隙比降低,孔隙空间形态变光滑,结构复杂性减弱。通过含水量计算所得孔隙比较实测孔隙比小,说明电渗排水量大于土体收缩量,这是因为,电渗本质为离子带动水分子的迁移,不能直接引起土骨架压缩。实际工程中,电渗法应与堆载、真空预压等联合使用。     

堤与坝管涌发生的机理及人工智能预测与评定

分析了管涌发生的过程和影响管涌发生的因素,提出了一种预测判定管涌发生可能性的机理模型.根据机理模型从影响堤防和土石坝管涌发生的诸多复杂因素中选出既便于测量、建立观测又对管涌发生影响显著的几种因素作为系统输入,把理论机理模型和改进的BP人工神经网络模型相结合,建立预测判定堤防和土石坝中管涌发生的人工智能方法,对管涌发生的可能性因子进行了预测.并通过数据库功能,在应用中不断增加训练样本的规模,使神经网络能够学习到更全面的知识.预测结果的精度较高,表明该方法是可行的.     

砂土的应力路径损伤本构模型

在工程荷栽范围内,不计砂土骨架颗粒的变形,骨架的变形实际是颗粒接触面变形的总和.骨架的变形主要受土颗粒之间的联结方式控制,论文将土颗粒之间的联结方式分为完善联结和滑动联结.在弹性变形阶段,颗粒之间的联结为完善联结,随剪应力的增大,骨架中一部分完善联结逐渐变成滑动联结,这种转变即为损伤的演化.骨架的损伤和破坏遵循Mohr-Coulomb准则,在p-q平面中以应力点到初始损伤线和破坏线的相对距离表示损伤比,论文给出了一种描述骨架损伤和计算损伤演化的方法,进而提出了一种描述砂土变形行为的损伤本构模型.模型中的参数可根据常规三轴剪切和等应力比固结两种应力路径试验确定,模型的形式简单,可适用于复杂的应力路径情况.对试验结果的拟合表明该模型能较好地反映砂土的主要变形特征--非线性、弹塑性和剪胀性.     

烧结NdDyFeB磁体致密化过程的研究

研究了ＮｄＤｙＦｅＢ毛坯在加热及随后的烧结过程中致密度的发展规律，分析了这个过程所发生的三个重要的动力学阶段：质点重排、固溶－沉淀和固相框架的形成及其影响因素以及富钕相、晶粒尺度的变化对致密化的影响，讨论了微观结构中毛坯由聚集的粉粒向磁性相组织的转变过程。由此得到，致密度的发展同微观结构的变化密切相关。     

非均匀流与颗粒组成对管涌影响的试验研究

管涌的发展是个复杂的过程,受多种因素的影响,本文针对水流条件和试样颗粒组成两个因素进行了管涌发展的砂槽模型试验研究,观察并分析了两种典型的非均匀水流条件和三种试样颗粒组成下管涌发生发展的过程。试验结果表明,水流发散时,管涌口流量较小,管涌破坏的临界水力梯度大,侵蚀速度慢,侵蚀发生前试样内的水力梯度沿着水流发散方向逐渐减小;反之,水流汇聚时,管涌口流量大,管涌破坏的临界水力梯度小,侵蚀速度快,侵蚀发生前试样内的水力梯度沿着水流汇聚方向逐渐增大。此外,在相同的水流条件下,当试样中的细颗粒越粗时,管涌发生的临界水力梯度越大,管涌通道发展的速度也就越慢。     

不同粘粒含量土体管涌试验研究

为研究粘粒对土体管涌发生发展的影响以及管涌破坏后的力学性质,配置不同粘粒含量的土样,进行室内管涌试验模拟,并取破坏后的土样进行三轴压缩试验.对各土样水力梯度-流速曲线、应力应变曲线进行分析,研究结果表明:(1)含粘粒土样的临界水力梯度和开始发生管涌破坏时的水力梯度与粘粒含量呈负相关,破坏时流速与粘粒含量呈正相关.(2)...     

低渗透油藏CO2气驱渗流机理核磁共振研究

对超低渗透油藏和特低渗透油藏注入CO2开采,已成为提高原油采收率的重要技术手段之一.利用吉林油田超低渗透和特低渗透砂岩岩样,设计混相气驱、非混相气驱、高压水驱和低压水驱4种岩心注入工艺实验,采用核磁共振技术,从微观孔隙角度分析CO2混相气驱、非混相气驱和水驱渗流机理.研究表明:气驱驱走了岩心大部分大孔隙中的可动流体,并有一部分原油进入小孔隙成为不可动流体;相对非混相气驱,混相气驱可动流体的采出程度高是混相气驱提高采收率的根本原因;注采压差的提高,增加小孔隙中不可动流体的采出程度是基于混相气驱提高采收率的有效方法.气驱优于水驱,混相气驱优于非混相气驱.