基于电阻率法的土石坝渗漏检测发展综述

渗漏隐患一直是影响土石坝功能正常运行的常见问题,及时探测土石坝的渗漏隐患是十分必要的。本文简单介绍了一些常规的渗漏检测方法及其不足,并综述了最广泛应用的电阻率方法对土石坝渗漏检测的发展概况,介绍了电法勘探的检测原理,并从技术层面上剖析了目前电阻率方法仍存在的一些问题,以及简单介绍了国内外运用电阻率方法进行渗漏检测的一些成功案例等。     

基于分布式光纤温度监测系统的集中渗漏通道流速计算模型

分布式光纤测温系统因其造价低、可实现实时快速分布式测温等优点,在堤坝渗漏监测方面具有良好的应用前景。但由于缺乏必要的理论基础和试验研究,目前分布式光纤测温的应用仅局限于渗漏定性分析,缺乏定量计算研究。根据分布式光纤温度监测系统在不加热和加热两种情况下的温度测量值,利用热平衡理论及坝体周围岩土体温度变化与集中渗漏流速关系建立数学物理模型,在层流和紊流两种不同流态下探讨了渗漏流速的确定方法。经过一个实例计算,验证了所推导公式的正确性,为分布式光纤测温在渗漏监测中的应用,提供了一个定量分析的依据。     

描述饱和土热固结过程的一个非线性模型及数值分析

基于多孔介质热–水–力耦合过程理论模型,给出饱和土的热固结控制方程及状态方程。考虑温度和孔隙水压力对排水模量的影响,建立了弹性模量的非线性表达式。且与已有热固结试验结果进行了对比,计算结果与试验结论基本相符。分析表明:饱和土试样中孔隙水渗透率的变化,对水压力消散及体应变的演化过程有非常明显的影响;等温排水固结过程中固体基质被压缩且体应变的变化较大,而升温不排水过程中固体基质有发生膨胀的趋势;重力影响下,饱和土试样上部体应变较下部体应变大;温度荷载加载等级的增加,使得饱和土试样中不断产生较大的孔隙水压力,且随孔隙水的排出整体平均体应变逐渐增大。     

既有地铁结构渗漏监测预警平台的设计和应用

随着北京市地下水位逐年升高,运营地铁渗漏水病害问题日益凸显。为了精准预测和预警渗漏病害,确保既有地铁结构的健康,从地铁结构发生渗漏病害的源头出发,采用自动化实时监测技术对地下水进行监测。基于“水位与水压直接相关,测出水压即可推算出水头高度,进而推算出水位标高”的基本原理,搭建了既有地铁结构渗漏监测预警平台,并通过对比分析自动化实时监测系统数据与原设计水位数据和水务局数据,验证了监测数据的准确性以及监测平台的预警效果。     

NaCl溶液运移过程的电容成像法室内监测研究

电容成像法是根据被测物质各相具有不同的介电常数,当各相组分分布或浓度发生变化时,将引起被测介质介电常数发生变化,从而使测量电极对间的电容值发生变化。以这些电容测量值作为投影数据,通过一定的图像重建算法,便可以获得介电常数分布,从而获得物质分布的图像。本研究运用电容成像法对NaCl溶液运移过程进行了实时监测,首先通过小砂盒进行了用不同浓度NaCl溶液饱和的多孔介质测定,得到了电容标定曲线,从而说明了电容成像法的有效性,然后通过砂槽进行了非饱和带中NaCl溶液的运移试验,并利用电容成像法进行了同步的动态监测,得到横纵向电容时间变化曲线,以及影像图,并通过三维电容相对值变化明显的看出NaCl溶液运移过程。这说明利用电容成像法对非饱和多孔介质中NaCl溶液的空间分布范围进行圈定并监测其迁移过程是完全可行的。     

相对湿度对光散射法颗粒物在线监测系统质量浓度转换系数的影响

光散射法颗粒物在线监测系统由于成本低廉、稳定性好、可实时监控等特点,已被广泛应用于民用建筑室内空气、通风净化系统和建筑施工等场所的颗粒物浓度实时监控。但不同气候条件及环境下,光散射法颗粒物在线监测系统需要不同的质量浓度转换系数(K)将其相对脉冲计数转换成质量浓度后才能应用于相关场所的颗粒物浓度监控。影响K值的因素有多个,其中相对湿度是常见的重要影响因素。针对相对湿度对K值的影响进行了分析。     

虚拟热源法研究坝基裂隙岩体渗漏通道

利用虚拟热源法研究坝基裂隙岩体中存在的集中渗漏通道。水库底部通常为低温水,而基岩温度随着深度的增加而升高,坝后温度异常区域可能存在库水渗漏。渗漏水与周围地层将进行热量的交换。低温的渗漏水从地层中吸收热量,而地层则释放出热量,根据能量守恒原理,这两个热量是相等的。将集中渗漏通道看作是一个虚拟线热源,通道以外地层温度的分布仅与渗漏带最外层的温度有关,与渗漏通道内部的温度分布无关,渗漏通道内部的温度是由水流带来的,其外部的温度是靠热传导进行。根据热传导及能量守恒理论,可以推导出温度在地层中的分布趋势,通过温度分布曲线可以确定渗漏范围,建立堤坝渗漏量的虚拟热源法模型;同时,对具体工程实例进行了定量计算。     

堤坝渗漏圆柱状热源模型及试验研究

 集中渗漏的地下水在流动过程中与岩土体发生热交换,从而改变附近的地温状况。结合集中渗漏通道自身特点假定渗漏通道为圆柱状,对形成集中渗漏通道后的岩土体温度场和渗流场特征进行分析,建立圆柱状渗漏通道热源模型,分别描述渗漏通道内外的传热过程。根据渗漏通道内的水流导热微分方程进行推导,确定通道为有限长和无限长2种情况下的沿程温度分布公式,由实测的温度变化通过反演可求出渗漏流速。通过室内试验模拟地下水渗漏通道的传热问题,得到不同热源强度、边界条件、渗漏水流速等相关因素影响下温度场的分布情况,并计算出不同工况下的流速,与实测数据相比误差较小,由此验证所建立的热源模型和提出的计算方法是可行的。     

堤坝集中渗漏温度场探测模型及数值试验

为确定堤坝集中渗漏通道的位置和性质,在反分析理论的基础上,建立齐次边界条件下的各向同性土体热传导模型和复杂边界条件下的渗流传热模型;求解简化边界条件后的解析解,对方程解进行变量转换,把渗漏通道位置和其他参数作为未知变量,建立反分析目标方程,指出实现回归优化的多条途径。为了验证其有效性,利用有限元软件设计数值试验,参照温度场特征,对两种主要模型不同探测线、最低温水平面及综合数据进行回归分析对比。工程实例优化结果表明,利用温度场进行集中渗漏探测是有效的方法。     

深厚覆盖层上堆石坝采用倒悬挂式防渗墙的渗流场特性研究

在深厚覆盖层基础上建筑堆石坝，由于现有施工技术条件的限制，往往使防渗墙不能完全封闭覆盖层，从而采用倒悬挂式防渗墙。通过对具有这类特点的堆石坝进行渗流场分析，得到相应的防渗结论和认识。这些结论和认识对于类似工程具有一定的指导意义。     

土石坝心墙水力劈裂计算方法研究

 总结比较并分析几种土石坝心墙水力劈裂分析判定方法,即总应力法、综合法和有效应力法,分析各种方法的优缺点。结合瀑布沟、两河口心墙堆石坝,利用这几种方法分别进行心墙水力劈裂分析,比较各种方法之间的差异,论证综合法的合理性。建议合理的总应力法或综合法的水力劈裂判定准则,指出目前常用有效应力分析法的不足与改进方法。定义一种判定水力劈裂的安全系数,可方便利用此系数进行水力劈裂判定及不同方法比较。3种方法计算的心墙抗水力劈裂安全系数表明,有效应力法的安全系数较大。所分析的两土石坝心墙能够满足抗水力劈裂要求。     

堆石坝黏土心墙应力变形的总应力法计算

 提出一种近似考虑固结程度的总应力法算法,其计算参数通过非饱和心墙料的固结不排水试验确定。该总应力法可以近似计算出固结变形,从机制上更接近实际。通过双江口堆石坝掺砾黏土心墙试验与计算,并与现有的总应力法计算结果比较,验证该总应力法算法的可行性。     

大坝/地基系统应力-应变分析的不连续有限元法

根据虚功原理,提出大坝/地基系统应力-应变分析的不连续有限元法。该方法将大坝和地基分成2个子域,它们之间的网格相互独立,通过建基面变形与两侧大坝、地基单元位移的几何相容方程、建基面的本构方程和系统整体的平衡方程来实现不连续网格的耦合。运用该方法分析一个复杂地基上的重力坝算例,并与常规有限元法的计算结果进行对比,验证所提分析方法的正确性。由于大坝和地基的网格相互独立,因而网格剖分工作相对简单且可以并行完成,特别适合于复杂地质条件下的大坝变形和稳定分析。     

高拱坝振动台地震破坏试验研究及数值仿真

 以大岗山拱坝模型的动力破坏试验为基础,从试验和数值计算角度,对整体拱坝动力特性、薄弱部位、破坏形态以及抗震性能进行研究。采用和混凝土性能相似的脆性模型材料,通过逐级加载的方式在振动台上对整体拱坝进行从弹性到破坏整个过程的模型试验,分析坝体动态特性、加速度和应变的变化规律。并采用弹脆性损伤模型对混凝土拱坝在地震作用下损伤破坏的全过程进行数值仿真,探讨拱坝动力破坏过程、破坏形态,并与试验结果进行对比分析。结果表明：模型试验和对原型进行的数值模拟所得到的破坏过程和破坏形态都较为接近。在顺河向地震作用下,顶拱的坝中部位为地震应力最高的区域,是坝体薄弱的部位,整体拱坝首先在该位置出现裂纹,其次是顶拱距左右两岸1/4拱圈处。在强震作用下,拱向和梁向裂缝贯穿上下游,将导致拱顶中部的混凝土脱离坝体,丧失壅水功能。试验和计算结果相互印证,可呈现高拱坝在强烈地震作用下的损伤破坏过程及破坏形态,确定抗震薄弱环节,为混凝土高坝的抗震功能设计提供基础。     

大花水拱坝的块体元法和拱梁分载法耦合分析

采用三维弹粘塑性块体元法与拱梁分载法的耦合分析方法对大花水拱坝的坝体应力和坝肩稳定性进行了分析。耦合分析时，用块体单元离散坝基，将坝体划分为拱梁系统。在拱坝和基础的接触面上，假设拱梁的基础节点固结在块体表面上，根据虚功原理，将拱梁单元刚度矩阵中关于基础节点的位移的刚度系数变换为关于块体位移的刚度系数。将刚度矩阵组装在一起并建立整体平衡方程，求解基础块体元和坝体内部节点的位移，然后计算各自的应力和稳定情况。计算结果表明，该坝坝肩边坡整体是稳定的。     

受断层切割影响的拱坝坝肩岩体三维稳定性数值分析及加固措施模拟

某水电站右岸坝肩岩体受断层切割，稳定性较差，成为工程安全的一大控制性因素。为研究其稳定性，对受断层切割的拱坝坝肩岩体进行了拱坝和坝肩岩体联合作用的三维非线性数值模拟。模型用点安全系数法和超水荷载法，研究坝肩岩体的稳定性，并对起控制性作用的断层进行了加固模拟，分析了加固措施对坝肩岩体安全的影响。研究结果表明：对断层采取工程加固措施后，稳定性有了明显提高，为工程建设提供了有意义的参考。