含石率对断层土石混合体渗流特性的影响

断层破碎带是矿山突水的重要通道,大多数破碎带由土石混合体组成,其渗流特性对矿山突水的预测和防治具有重要影响。为了研究含石率对断层破碎带土石混合体渗流特性的影响,采用现场取样、实验室重塑的方法,应用 GDS 三轴试验系统研究了不同含石率土石混合体试样在不同围压和轴向压力作用下的渗透特性,并分析了渗透系数对含石率变化的敏感性;采用RFPA数值模拟方法,研究了不同含石率土石混合体试样的渗流特性和开裂破坏演化规律。研究表明:含石率越高,初始渗透系数越高,土石混合体强度也越高;土石混合体的渗透系数随围压的增大而减小,与轴压的关系可以用指数函数来描述;含石率为40%和60%时,含石率对渗透系数影响的程度最大;土石混合体渗透破坏时裂纹的扩展主要出现在块石之间的土体内,渗透系数的突变点与试样峰值强度破坏点及声发射次数最高点存在一致性。对断层破碎带土石混合体渗流特性的研究可为防治不同含石率断层区工程突水等地质灾害提供参考。     

土石混合料渗透性特征试验研究

采用室内试验方法对路基土石混合料的渗透特性进行试验研究后,得出以下结论:(1)在水力坡降小于3~5时,土石混合料的渗流遵守达西定律;(2)影响土石混合料渗透性的主要因素是土石混合料颗粒的不同堆积方式及所形成的孔隙系统的不同几何形状等物理因素;(3)土石混合料的细颗土含量与渗透系数之间存在负指数关系。     

天桥水电站除险加固工程土石围堰安全性研究

采用有限元法对天桥水电站除险加固工程土石围堰渗流场进行了模拟,指出:围堰体的单宽渗流量为13.32 m3/h,渗流量相对比较大;浸润线经过围堰体后能迅速下降,围堰体的渗流能够从下游坡脚溢出,但在下游坡脚的渗流溢出点部位渗透梯度较大.在此基础上对坝坡的稳定性进行了研究,结果表明其稳定性能够满足规范要求.     

土石混合体中抗滑桩抗滑力计算方法

抗滑桩是加固堆积层滑坡的主要工程措施之一,其与滑坡体的相互作用力决定了滑坡加固效果。堆积层滑坡多由土石混合体构成,为计算土石混合体中抗滑桩的抗滑力,引入土石混合体宏观抗剪强度指标评价模型,基于桩间土拱效应,构建了考虑块石体积含量(含石量)及休止角的抗滑力计算方法,并提出土石混合体中抗滑桩抗滑力的计算流程。针对20%~45%含石量和25°~40°休止角的土石混合体研究发现,土石混合体中抗滑桩提供的抗滑力并不总是大于纯土体中抗滑桩提供的抗滑力,其相对关系取决于块石的含石量与休止角的数值,并且存在明显的分界线。通过与数值模拟结果对比,验证了本文抗滑力计算方法的合理性,为堆积层滑坡中抗滑桩抗滑力的初步计算提供了一种可行的方法。     

碎石对土石混合体无侧限力学特性影响研究

土石混合体通常是构成库区边坡、滑坡及坝基的主要岩土体材料,其物理力学性质要较一般的土体或岩体更复杂,是目前岩土力学及地质工程界共同面临的难题。通过制备一定含石量的土石混合体试样进行无侧限条件下单轴压缩试验,研究了碎石对土石混合体单轴压缩强度及变形破坏模式的影响;结合数值模拟方法,进一步分析碎石分布对土石混合体整体强度的影响机制。研究成果表明土石混合体的单轴抗压强度及变形破坏特征受含石量及碎石分布的控制,随着含石量的增加,单轴抗压强度降低,破坏模式由单裂纹开裂变为多裂纹开裂破坏,同时裂纹贯通时间有所增加。     

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。     

压实度对筑堤用土石混合料力学特性影响研究

正土石混合体是一种以土体和块石为主的第四纪松散堆积体,是介于土体与破碎岩体之间的特殊地质体。含石率较低的土石混合体不仅有较高的强度,而且渗透性也满足设计要求,因此低含石率土石混合体在堤坝中应用非常广泛。由于施工质量差异,现场土石混合体压实度存在较大差异,需对不同压实度的土石混合体力学性能开展专项研究。一、研究现状土石混合体结构特征极为复杂,     

汉江兴隆水利枢纽一期土石围堰二维渗流分析

汉江兴隆水利枢纽一期土石围堰坐落在50~60 m深的覆盖层上,覆盖层上层为厚15~30 m粉细砂、含泥粉细砂层,抗渗稳定性差,下层为30余m厚的砂砾石层,透水性大。围堰防渗采用塑性混凝土防渗墙上接复合土工膜心墙方案。为了解方案的防渗效果,采用二维稳定渗流模型和理正渗流分析软件,计算比较了不同防渗墙深度对应的渗透出逸比降和单宽渗流量。结果表明,悬挂式防渗墙不能有效控制渗透出逸比降和渗流量,与下部相对不透水层接触的着底式防渗墙渗流控制效果显著。     

砾石心墙土复杂应力耦合作用下的渗流特性

为研究土石坝中心墙土在复杂应力状态下的渗透特性以及其渗透性演变模型,利用自行研制的渗流-应力耦合试验装置,针对长河坝水电站砾石土进行多种应力耦合作用下渗透特性试验研究。结果表明:复杂应力状态对心墙土渗流特性影响显著;土样在设计水力梯度内渗流满足达西定律,且均未发生渗透破坏;在同一围压下,砾石土体的渗透系数随着偏应力和轴向应力的增大而逐渐减小;试验过程中轴向应变随应力作用时间的变化呈阶梯状,且随着偏应力的增大,渗透梯度和轴向应变也增大;建立了土体渗透系数与应力函数的经验公式,从理论上进一步揭示了砾石心墙土应力耦合作用下的渗透机制。     

土石混合体单轴压缩试验的三维颗粒流数值模拟

为探究不同含石量土石混合体在单轴压缩荷载下的变形破坏机理,在不规则颗粒三维离散元精细建模技术的基础上,提出了一种不规则块石三维离散元模型随机生成技术,并建立了符合宏观统计规律的土石混合体三维颗粒流数值模型。进行了低、中、高不同含石量(0,10%,30%,50%,70%,90%)的土石混合体单轴压缩试验颗粒流数值模拟,获得了各种含石量的土石混合体在单轴压缩荷载下的应力应变特征和变形破坏特征,并对其变形破坏的细观机理进行了深入的分析探讨。结果表明:随着含石量的增加,土石混合体试样单轴抗压强度和弹性模量随之减小;中低含石量(0,10%,30%,50%)土石混合体的应力-应变曲线表现出典型的应变软化特征,而高含石量(70%,90%)土石混合体在达到峰值应力后表现出一定程度的塑性流动特征;中低含石量土石混合体试样中形成的微裂纹主要是张拉裂纹,宏观上表现出来的是拉裂破坏,而高含石量土石混合体试样中微裂纹很少,主要是剪切裂纹,宏观上表现出来的是剪切破坏。     

土石混合体大型三轴剪切变形特性及模拟方法

土石混合料是山区高填路基工程常见的填筑材料，其剪切变形特性及模拟方法是路基填筑设计的重要依据，但其研究仍存在诸多问题。【目的】为了更全面弄清多因素影响下土石混合体剪切变形特性，建立一种能够模拟土石混合体剪切变形过程的本构模型。【方法】首先，考虑含石量、含水率、岩性和土性等四种因素，采用正交设计试验方法，开展多因素多水平下土石混合体大型三轴剪切试验研究；然后，引入统计损伤力学理论，建立土石混合体轴向损伤模型和轴向损伤演化模型，进而建立土石混合体统计损伤本构模型，给出模型参数的确定方法；最后，将理论模型曲线与土石混合体剪切试验曲线进行比较。【结果】结果显示：土石混合体轴向剪切变形呈明显的阶段性特征；随着含石量由25%增加至70%,内摩擦角由35.5°近似线性增加至46.8°;内摩擦角不随土性和岩性的改变而显著变化；随着含水率由0增加至5%,内摩擦角由40.2°增加至42.4°,但随着含水率持续增加至试样饱和，内摩擦角逐渐减小至36.8°;此模型能够较好地模拟不同围压条件下土石混合体应力-应变试验曲线。【结论】结果表明：随着围压的增大，应变类型由软化型不断向硬化型转变，体应变由剪胀型不断向剪...     

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。     

土石混合体细观结构模型随机生成技术研究

土石混合体是一种非均匀、不连续体,内部结构复杂、无规律,其细观结构的不均匀性很大程度上决定了其力学特性与破坏机制。基于蒙特-卡罗随机模拟原理,利用FORTRAN程序语言开发相应的土石混合体细观结构随机生成程序,建立了土石混合体数值试验模型。对乌东德水电站金坪子滑坡二区滑体主要物质所作的数值试验结果表明:块石较均匀分布在土体中,块石的边数随机生成,生成的块石形状随机、空间位置随机,满足级配要求。     

土石混合体研究现状及发展趋势

在总结国内外有关土石混合体方面的研究资料的基础上,分别从土石混合体的细观结构特征、抗剪强度特征、宏观弹性参数特征、渗透性特征、细观结构与强度关系及细观力学数值试验等6个方面,对土石混合体研究成果进行了综述。在此基础上,对目前有关土石混合体物理力学性质研究方面存在的不足进行了总结,分析了其未来的发展趋势,指出综合利用地质学、几何学、计算科学、图像处理技术、形态学等多学科交叉技术对土石混合体的细观结构进行三维重建和随机生成;开发适用于复杂岩土介质的数值结构模型和新型实验设备,从细观结构层面深入研究土石混合体宏观变形与破坏机制并建立其结构化本构模型是未来发展的方向。     

MATLAB编程在土坝渗流计算中的应用

建筑土坝时必须控制通过坝身的渗流。以防止士体因受渗流作用发生破坏。渗流计算的任务就是求得渗流场内的渗流量、水头、压力、坡降等水力要素，以供住土坝设计及管理中有效地控制渗流。士坝渗流研究的一般是地下水中的重力水，在计算时从影响渗透性的因素和计算条件两个方面进行假定和简化。为便于进行工程实际问题的研究。一般作如下的规定：渗流服从达西定律；不考虑土体和水的压缩性，渗透时土体的孔隙大小和孔隙率不变；土体内水的饱和度不变。     

不同块石含量下典型土石混合体边坡稳定性研究

运用FLAC3D数值模拟软件建立典型尺寸的边坡模型,然后将模型中的块石单元随机分布排列,继而利用软件内置的强度折减法对不同含石量下的边坡稳定性进行研究,并选取四个关键点的总位移值、竖向应力值进行定量分析,同时对剪切带的分布规律和安全系数大小进行比较.研究结果表明:块石含量的增大会显著改变土石混合体边坡的总位移场、竖向应...     

深覆盖层上高土石围堰渗流场的敏感性分析

以某建基于深覆盖层上的高土石围堰工程为例,运用有限元法,进行了其渗流场关于覆盖层土体、基岩及混凝土防渗墙渗透系数的敏感性分析,探讨了围堰渗流场关于这些材料渗透系数的敏感性特征。结果表明:覆盖层土体、基岩及混凝土防渗墙渗透系数越大,围堰下游边坡出逸点越高,围堰及其地基的单宽渗流量越大,出逸段最大渗透坡降越大。因此,对于深厚覆盖层上的高土石坝围堰工程,覆盖层土体、基岩及混凝土防渗墙的渗透系数对其渗流场具有显著影响,在工程勘察设计过程中应尽可能合理地确定这些材料的渗透系数,以便通过准确合理地确定围堰及其地基渗流场,为围堰稳定分析提供可靠的依据。     

基于细观统计规律的土石混合体随机模型研究

对三峡库区一处典型堆积层滑坡的崩坡积土石混合体露头二维照片进行图像处理,获取了土石混合体的细观结构特性;并用最大似然估计法进行概率分布类型拟合,再用 Kolmogorov-Smirnov法进行假设检验;根据统计规律建立了土石混合体随机模型。统计结果表明,块体的长轴尺寸与长短轴比服从对数正态分布规律,长轴倾角服从正态分布,分布坐标服从均匀分布,且长轴尺寸的均值和方差均与土石混合体含石量呈线性关系。该随机模型很好地考虑了通常被忽略的小块体,较为细致地反映了土石混合体的细观形态。所建立的土石混合体随机模型可导入有限元软件进行物理力学性质的仿真研究。     

土石围堰溃决对下游水库的影响研究

溃口流量模拟和溃堰洪水演进分析是研究土石围堰溃堰对下游水库影响的基础.土石围堰溃堰是逐渐发展的,不可能在瞬间溃决,当溃口大小已知时,可按局部溃堰公式计算渍口流量,结合入库洪水过程计算溃口处的流量过程线,据此构建了围堰水库水量平衡-溃口流量模拟模型,根据有限元基本原理构建了一维渍堰洪水演进模型.分析土石固堰渍堰对下游水库的影响时,可将演算至下游水库的溃堰洪水与下游水库设计入库洪水峰对峰线性叠加.     

水闸侧墙与土体接合部渗透破坏过程模拟试验

为深化对穿堤涵闸土石接合部渗透破坏发展机理的认识,研发了试验装置,实现了水闸侧墙与土体接合部渗透破坏过程的室内模拟。通过对黏粒质量分数分别为4.6%、12.3%及22.6%的土体开展试验,分析了接触冲刷的破坏特征及其发生发展规律,探讨了土体性质、水力比降、接触带压实度等因素对渗透破坏的影响。试验结果表明:土石接合部接触冲刷破坏过程分为稳定渗流阶段、管涌形成发展阶段和冲蚀破坏发展阶段;土体黏粒质量分数越大、压实度越大,土体稳定时间及破坏时间越长,抗冲蚀能力越强;冲蚀量与土体黏粒质量分数、水力比降及压实度均呈现明显的反比关系;水力比降较小时,压实度对土体抗冲性能影响显著,但随着水力比降的逐渐增大,土体性质起主导作用;初始破坏阶段土体细颗粒的流失受土体性质、压实度及水力比降各因素的综合作用,表现出不同的规律性。