蛤蟆通和引汤灌区渠基膨胀土的渗透变形和裂缝冲刷试验

以黑龙江省蛤蟆通灌区和引汤灌区渠基的弱膨胀性土为研究对象,采用渗透变形试验和裂缝冲刷试验,对渠基的抗渗特性和裂缝冲刷特性进行研究。试验结果表明,蛤蟆通渠基土和引汤渠基土的渗透性极低,在渗透变形试验中均表现为流土型破坏,具有较强的抗渗透变形能力。膨胀土渠基裂缝在水流的作用下有自愈、缩小、增大和整体流失等4种演变形式,其与土体的含水率、裂缝的开度及裂缝形态等因素有关。含水率越低,裂缝开度越小,裂缝越趋向自愈;反之,裂缝具有扩大甚至产生土体整体流失破坏的趋势。横向裂缝在中部易出现贯穿性孔洞,竖向裂缝的开度则在水流冲蚀部位变大。     

分散性对心墙土料裂缝冲刷影响的试验研究

心墙土料的抗渗性对土石坝的渗透稳定有重要的影响。利用室内渗透变形和裂缝冲刷试验,研究分散性对黏性土抗渗能力的影响,以及分散性、裂缝宽度对心墙土料在有反滤层保护下的抗冲刷性能的影响。结果表明,分散性对黏性土的渗透性几乎没有影响;分散性越强的黏性土,渗透破坏坡降越小;在合适的反滤层保护下,土料的分散性越强,裂缝土样的自愈合能力越强;裂缝宽度为2mm的土样自愈合能力较好。可见,在合适的反滤层保护下,分散性黏土具有较好的抗渗性能,可以作为土石坝防渗心墙的填筑土料。     

大坝心墙料分散性及处理措施试验研究

分散性黏土是一种特殊土,具有易被水冲蚀的特性。随着国内外土石坝发展迅速,心墙土的选择范围也不断扩大,能否选用分散性黏土作为心墙填料以及分散性黏土在反滤层保护下防渗效果如何,是工程设计中十分关心的问题。针对某水利枢纽2个料场的心墙料取样开展了与分散性有关的试验研究,通过针孔、碎块、孔隙水溶液及双比重计4种室内试验鉴定方法对心墙料的分散性进行判定。对分散性心墙料掺加不同比例的水泥或生石灰进行了改性,并对改性前后的心墙料渗透特性和反滤保护措施效果进行对比研究。试验成果表明:料场的部分心墙料具有分散性;2个料场的土料在水泥掺量3%或者生石灰掺量3%~5%的情况下,基本可以消除土料的分散性;经过掺水泥或石灰等方式改性的心墙料比未掺改性材料的心墙料能承受的水力比降更高;在合适的反滤料保护下,分散性黏土能承受较高的水力比降,在裂缝等不利情况下有良好的自愈能力。     

分散性对心墙土料裂缝冲刷影响的试验研究

心墙土料的抗渗性对土石坝的渗透稳定性有非常重要的影响。利用室内渗透变形和裂缝冲刷试验，研究分散性对粘性土抗渗能力的影响，以及分散性、裂缝宽度对心墙土料在有反滤层保护下的抗冲刷性能的影响。结果表明，分散性对粘性土的渗透性几乎没有影响；分散性越强的粘性土，渗透破坏坡降越小；在合适的反滤层保护下，土料的分散性越强，裂缝土样的自愈合能力越强；裂缝宽度为2mm的土样自愈合能力较好。可见，在合适的反滤层保护下，分散性粘土具有较好的抗渗性能，可以作为土石坝防渗心墙的填筑土料。     

高土石坝心墙裂缝的自愈机理与反滤层的防护作用

通过国内五个地区的典型粘性土裂缝后的自愈机理与出口反滤料关系的试验表明,心墙产生裂缝后不一定会危及大坝安全,只要裂缝中的渗流不会连续的冲刷缝壁,土体本身有能力使裂缝自行愈合.防止心墙裂缝渗流冲刷,保证裂缝自愈的最主要的工程措施是在心墙下游面设置可靠的反滤层.文中根据试验结果给出了反滤层的等效粒径D_(20)与土的分散度D之间的关系.     

粘土与含砾土裂缝冲刷反滤层的变化机理

通过对陕西黑河大坝筑坝心墙粘土料和新疆下坂底筑坝含砾土料的裂缝冲刷试验研究,分析了粘土与含砾土在设计反滤层情况下,两种不同性质的土体在各种原因形成裂缝冲刷时,对原反滤层结构的影响及变化机理。同时揭示了次生反滤层的形成规律和裂缝自愈机理,进而从试验上进一步论证了反滤层在阻止渗透变形与破坏中的巨大作用,为裂缝土体抗冲刷时选择反滤体提供了理论依据。     

心墙土料裂缝冲刷试验研究

为了解在水流冲刷作用下反滤砂对土石坝心墙裂缝发展的保护作用的特点和机理,以西北地区某拟建土石坝心墙裂缝冲刷试验为例,采用逐级施加水头的试验方法,详细叙述了土石坝心墙裂缝冲刷试验过程及裂缝在水流冲刷过程中的特点。试验结果表明,宽度不大的裂缝在合适的反滤层保护下能防止心墙土体被水流冲刷。     

干湿循环作用下黏性土堤坝裂缝形成机制研究

干湿循环是引起黏性土裂缝发育的重要因素之一,裂缝形态和张裂深度是影响堤坝稳定的主要因素。本文基于国内外室内试验和理论研究成果,通过干湿循环作用对黏性土裂缝形态和张裂深度的研究,揭示出干湿循环作用下黏性土堤坝裂缝的形成机制。研究表明：干燥过程中黏性土的基质吸力增大,逐渐由饱和状态进入非饱和土状态;黏性土基质吸力受土体含水率影响非常大,脱湿过程中形成较大张拉应力,当非饱和土的含水率达到临界值就会引起土体开裂;干湿循环会使黏性土堤坝形成网格型裂缝,堤坝顶部裂缝带较深,底部较浅;干湿循环对黏性土堤坝裂缝张裂深度影响是一个动态过程,裂缝带主要受到气候和地下水深度的影响。研究成果可以为堤坝的安全运行管理提供理论支撑,具有较强的现实意义。     

新疆某引水工程渗管反滤料渗透特性试验研究

采用自行设计的渗管反滤料渗透试验装置对新疆某引水工程反滤料进行渗透试验,研究在清水与浑水两种工况下四层滤料及河床料综合作用下的渗透特性。结果表明:清水试验反滤料渗水效果良好;浑水试验中反滤料渗透系数随着落淤厚度的增加而减小,渗管出水效果不明显,分析了影响反滤料"滤土"和"排水"作用的原因,为设计者提出合理的建议。     

反滤层粒度组成及厚度对大坝渗流特性的影响

反滤层的粒度组成和反滤层厚度及其结构对大坝渗流特性具有显著的影响。针对某黏土心墙砂砾石坝,设计了黏土心墙两侧反滤层材料的颗粒级配范围线（上、下包线）,配制了材料颗粒级配,并对其进行了4组渗透变形试验,获得了试验材料的临界坡降、渗透系数和渗透破坏形式。根据渗透试验结果和双层反滤结构,采用有限元数值方法对两层反滤料厚度的11种组合（厚度变化范围为0.5~2.5 m）的大坝渗流特性进行了模拟分析。结果表明:（1）反滤层的第一层粒度较细,包线内土料粒度由细变粗时,对渗透系数的影响较小,对临界坡降和破坏坡降的影响较大,且破坏类型由流土变为管涌形式;第二层反滤砂砾石颗粒较粗,且粒径5 mm以下细颗粒含量很少,渗透特性取决于粗粒材料的含量,为过渡型破坏类型。（2）当双层反滤层总厚度不变（厚度3 m）时,改变反滤层的厚度组合和粒度组合,对大坝单宽渗流量和心墙出逸点高程的影响较小。第一层反滤料厚度从0.5 m增加到2.5 m,心墙和反滤料的出逸比降均呈非线性增长,第一层反滤料出逸比降增幅为92.7%,第二层反滤料的出逸比降增幅为70.0%。第一层反滤料粒度变化比第二层反滤料粒度变化对心墙和反滤料出逸比降的影响小。（3）反滤层厚度保持3 m时,建议第一层反滤料厚度取1.0~1.5 m,相应地第二层反滤料厚度取2.0~1.5 m;粒度组成选取两层反滤料都靠近下包线位置,即粒度较粗为最优。     

南四湖地区结构性粘土成因分析

对南四湖地区粘土中裂隙与孔洞的存在特性进行分析,通过对土体前期固结应力的计算,指出结构性粘土属于弱超固结土,其结构性的形成不是由于应力原因,而是由于湖堤的水文地质历史,为湖西大堤的加固防渗方案提供了强有力的选择依据,同时指出结构性粘土具有一定的膨胀性。更多还原     

压实条件对膨胀土裂隙发育影响的试验研究

裂隙是影响膨胀土力学特性的重要因素之一。以河南南阳地区高速公路路用膨胀土为研究对象,通过制备不同初始含水率和压实度的大尺寸压实膨胀土土样,观察压实膨胀土在脱湿过程中的表面裂隙发育,并拍摄数码图像,然后利用基于MatLab自编程序的改进裂隙图像特征参数提取方法对图像进行定量化分析,获得裂隙的各种特征参数,进而探讨膨胀土表面裂隙发育的相关规律。研究结果表明:压实膨胀土脱湿开裂过程可分为细小裂隙发育、主裂隙发育及裂隙回稳3个阶段;初始含水率越高,膨胀土表面裂隙发育速率越快,发育程度越高,持续时间越长;初始压实度越大,膨胀土表面裂隙率和裂隙总长越小,但宽度较大。上述裂隙发育规律可用表面蒸发和土体内部水分传输机理进行解释。     

基于CT试验的水力劈裂机理研究

利用黏土心墙料开展了室内条件下的水力劈裂试验,并通过CT仪对试验前后试样的结构形态进行了研究,分析了水力劈裂发生时试样中的裂缝状态变化、劈裂的发生机理及影响因素。研究结果表明,利用图像观测手段可以很好地观察水力劈裂过程中土体裂缝的产生过程及其具体形态;水力劈裂试验显示,均质试样不会出现劈裂现象,而初设裂缝试样在较高水压下出现了水力劈裂现象,CT图中发现了贯穿的裂缝,且试样内部结构变化较大;验证了水力劈裂中的"水压楔劈"效应,认为土体贯穿性破坏是张拉作用导致的。     

Mechanisms of hydraulic fracturing in cohesive soil

Hydraulic fracturing in the soil core of earth-rockfill dams is a common problem affecting the safety of the dams. Based on fracture tests, a new criterion for hydraulic fracturing in cohesive soil was suggested. Using this criterion, the mechanisms of hydraulic fracturing in cubic soil specimens were investigated. The results indicate that the propagation of the crack in a cubic specimen under water pressure occurs in a mixed mode I-II if the crack face is not perpendicular to any of the principal stresses, and the crack most likely to propagate is the one that is perpendicular to the minor principal stress and propagates in mode I.     

青州市黑虎山水库副坝裂缝分析

综合分析了黑虎山水库副坝及铺盖裂缝产生的内在成因及历次处理的局限性,通过非饱和土体数值分析进行了验证,在分析裂缝成因的基础上提出了加固处理措施。     

粗颗粒对黏性土干缩开裂影响的试验研究

在极端干旱条件下,黏性土失水将会产生裂隙,并会对土的工程性状产生显著影响。自然界中的土通常还含有一些粗颗粒。目前关于粗颗粒对黏性土失水开裂影响的研究很少,特别是有关粗颗粒对黏性土开裂影响的定量描述鲜见报道。为了研究粗颗粒含量对黏性土失水开裂的影响,在黏性土中掺入石英砂颗粒制作含粗颗粒的黏性土样,在自制的可自动实时摄像的恒温恒湿箱中开展失水开裂试验,采用计算机图像处理技术,定量描述了蒸发过程中含粗颗粒黏性土的开裂特征和表面裂隙的几何分维特征,定量分析和讨论了粗颗粒对黏性土开裂的影响机理。结果表明:①在蒸发过程中,黏性土中的粗颗粒会增加水分从下至上的运移距离,并且减小了过水面积,使得土样表面孔隙失水后得不到足够的补充,空气进入土样表面孔隙,提高了土样进气值含水率;②土样开裂含水率只与是否含有粗颗粒有关,与粗颗粒含量关系较小,并且土中粗颗粒能明显提高土的开裂含水率;③土中粗颗粒对裂隙宽度的发展具有阻碍作用,对裂隙长度的发展有促进作用,裂隙面积随粗颗粒含量增加先增加后减小;④土样表面裂隙的分形维数和裂隙率正相关。     

膨胀土渠坡兼有排水功能的双层结构防护方案

渠坡防护对于南水北调膨胀土渠坡变形控制和稳定是非常必要的。通过工程背景和膨胀土特性的分析,认为膨胀土渠坡防护的目标是控制膨胀土的含水量变化,从而抑制膨胀土的裂隙性;指出仅考虑防渗功能的防护方案存在局限性。基于饱和非饱和渗流理论,提出了兼有排水功能的双层结构防护方案;并充分利用非饱和粗、细粒土之间渗透性对比关系随着吸力的变化可以转变的规律,从多种途径实现控制膨胀土边坡含水量变化的目标,从而保证防护方案的长期有效性。